基于离心微流控技术的无标记癌症细胞分离裂解一体化平台研发及其在液体活检中的应用

【编辑推荐】本研究开发了一种低成本全自动离心微流控平台（Lab-on-a-Disc），通过梯形收缩-扩张阵列（CEA）微通道整合四种流体动力（离心力/科里奥利力/惯性升力/迪安曳力），实现全血样本中循环肿瘤细胞（CTCs）的无标记分离（效率91.8%）及后续裂解（混合效率94.8%），为癌症早期诊断提供快速（<2分钟）、便携的床旁检测（PoC）解决方案。

　　

亮点

本研究开发了一种革命性的离心微流控平台，它像微型离心实验室一样，通过精妙的流体力学设计实现癌症细胞的"智能分选"和"一键裂解"。

微流控芯片设计与制造

图1展示了这个"碟片实验室"的奥秘：旋转产生的离心力驱动磷酸盐缓冲液（PBS）和血液样本进入三种不同形状（梯形/矩形/圆形）的收缩-扩张阵列（CEA）微通道。其中梯形设计展现出最优性能，就像精心设计的迷宫能让不同体型的细胞选择不同路径。

收敛性分析

为确保数值模拟的可靠性，研究团队进行了严格的网格收敛测试。图3显示，当网格数达到629,192时，分离单元中的流体速度变化趋于稳定（<0.5%），而混合单元在1,085,632网格时达到最佳计算精度——这相当于用超高像素相机捕捉细胞在微通道中的芭蕾舞表演。

结论

该平台如同一个微型自动化工厂：梯形CEA通道是高效的"细胞分拣机"，方波蛇形通道则是精准的"裂解鸡尾酒调制器"。实验证明，在2250转/分钟转速下，K562白血病细胞分离效率高达91.8%，而2750转/分钟时裂解混合效率达到94.8%。整个流程仅需2分钟，比煮一杯咖啡还快！

作者贡献声明

刘奕志：数据验证与论文初稿；曾文辉：软件支持；叶怡伶：概念设计；陈重宇：方法论建立；郭如男教授：就像乐队的指挥，统筹了从经费申请到论文终稿的全过程。

利益冲突声明

所有作者一致声明：本研究中不存在可能影响结果的"幕后交易"。

致谢

感谢台湾科技部（NSTC 113-2221-E-150-012-MY2）的经费支持，以及国立虎尾科技大学微纳科技共用实验室提供的"武器库"级仪器支持。