在生物醫(yī)學(xué)研究與臨床診斷領(lǐng)域，快速、高效地分離特定細(xì)胞是實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)分析的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，也是一項(xiàng)長期存在的技術(shù)挑戰(zhàn)。目前廣泛使用的傳統(tǒng)方法，如離心和膜過濾，在面對微量樣本處理時(shí)，往往在回收率、操作效率或樣本活性保持等方面仍存在著許多局限。

近期，丹麥技術(shù)大學(xué)聯(lián)合多家機(jī)構(gòu)近日開發(fā)出一種基于粘彈性流體原理的3D打印微流控富集裝置，該裝置通過創(chuàng)新性的反向噴嘴設(shè)計(jì)和可調(diào)節(jié)的毛細(xì)管系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對細(xì)胞和微粒的精準(zhǔn)分選，為生物樣本處理提供了全新解決方案。該研究以“Viscoelastic particle enrichment using a 3D-printed enrichment device"為題發(fā)表在國際期刊《Sensors and Actuators A: Physical》上。

該富集裝置的核心在于其獨(dú)特的流動聚焦機(jī)制。當(dāng)樣本注入充滿粘彈性流體的微通道時(shí)，不同尺寸的顆粒會受到差異化的彈性升力作用。較大顆粒在粘彈性流體中會以更快的速度向通道中心軸遷移，而較小顆粒則保持相對分散的狀態(tài)。這種物理現(xiàn)象使得裝置能夠按照尺寸大小實(shí)現(xiàn)顆粒的自然分離。研究團(tuán)隊(duì)采用摩方精密面投影微立體光刻（PμSL）3D打印技術(shù)（nanoArch® S140，精度：10μm）制備了該裝置。整體尺寸僅2mm厚、10mm寬，其中還包含一個(gè)獨(dú)特的漏斗型空腔和反向噴嘴結(jié)構(gòu)，配合熔融石英毛細(xì)管組成完整的進(jìn)樣和收集系統(tǒng)。這種設(shè)計(jì)不僅確保了流動的對稱性，還大大簡化了操作流程。

研究團(tuán)隊(duì)通過系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了裝置的分離能力。分別使用50μm和100μm內(nèi)徑的進(jìn)口毛細(xì)管進(jìn)行測試，結(jié)果表明該裝置能夠?qū)崿F(xiàn)可調(diào)節(jié)的尺寸分選閾值。當(dāng)使用100μm毛細(xì)管時(shí)，裝置可有效分離6μm以上的顆粒；而改用50μm毛細(xì)管時(shí)，分選閾值可降至2μm。

在不同流速條件下的測試顯示，裝置在20-100μL/min的流速范圍內(nèi)均能保持穩(wěn)定的分選性能。即使是在高流速下，10微米顆粒仍能被有效富集到收集口1，而收集口2基本檢測不到目標(biāo)顆粒，證明了裝置在較寬操作范圍內(nèi)的可靠性。

在藻類富集實(shí)驗(yàn)中，研究團(tuán)隊(duì)使用含有紅桿菌和藻類的混合樣本進(jìn)行測試。通過100μm毛細(xì)管進(jìn)樣后，流式細(xì)胞術(shù)分析顯示，藻類細(xì)胞在收集口1實(shí)現(xiàn)了近兩倍的富集效果，而收集口2主要包含單個(gè)細(xì)菌細(xì)胞，藻類污染率極低。這一結(jié)果驗(yàn)證了裝置在復(fù)雜生物樣本中按尺寸分選的有效性。

在干細(xì)胞分離實(shí)驗(yàn)中，裝置同樣展現(xiàn)出優(yōu)異性能。將人工污染了銅綠假單胞菌的人胚胎干細(xì)胞樣本通過裝置處理后，收集口1實(shí)現(xiàn)了干細(xì)胞1.4倍的富集，而收集口2則不含干細(xì)胞細(xì)胞，為污染物分析提供了純凈樣本。這種雙出口設(shè)計(jì)使得用戶能夠同時(shí)獲得富集的目標(biāo)細(xì)胞和分離的污染物，為質(zhì)量控制提供了獨(dú)特優(yōu)勢。

相比傳統(tǒng)方法，該3D打印裝置具有顯著優(yōu)勢。制造過程采用高通量的3D打印技術(shù)，單次打印可生產(chǎn)數(shù)百個(gè)裝置單元，大幅降低了制造成本和時(shí)間。模塊化的毛細(xì)管設(shè)計(jì)使得用戶能夠根據(jù)具體應(yīng)用需求靈活調(diào)整分選尺寸，無需重新設(shè)計(jì)噴嘴結(jié)構(gòu)。對于需要更高純度的應(yīng)用，可通過多次循環(huán)或串聯(lián)多個(gè)裝置來提升分離效果。這項(xiàng)技術(shù)為生物醫(yī)學(xué)研究、環(huán)境監(jiān)測和臨床診斷提供了新的樣本處理工具，特別是在需要快速分離和富集特定細(xì)胞的場景中展現(xiàn)出廣泛應(yīng)用前景。隨著進(jìn)一步優(yōu)化和驗(yàn)證，這種基于3D打印的微流控分選裝置有望成為實(shí)驗(yàn)室常規(guī)工具，推動精準(zhǔn)醫(yī)療和生物技術(shù)的發(fā)展。