《Analytical Chemistry》：Microfluidic Electro-Viscoelastic Separation of Submicron Particles and Extracellular Vesicles
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本文提出了一种创新的电-粘弹性迁移（EVM）微流控技术，通过结合电场诱导的滑移速度与粘弹性流体动力学，成功解决了纳米颗粒分离中侧向力不足的难题。该技术可在低阻塞比（β=0.002）条件下实现50/200/500 nm聚苯乙烯颗粒的高纯度分离（纯度提升29–50%），并显著提升癌细胞来源的细胞外囊泡（EVs）的提纯效率（22%），为纳米生物颗粒分离提供了新策略。
引言
微流控技术因其系统内物理现象（如斯托克斯流）的可预测性和线性特征，在颗粒操控领域广泛应用。然而，传统惯性微流控对纳米颗粒的分离效率受限，而粘弹性微流控虽能通过弹性升力增强侧向迁移，但对<100 nm颗粒的操控仍存在挑战。电场调控作为一种主动操控手段，可通过调节外加电场实时改变颗粒动力学行为。本研究将电场与粘弹性微流控结合，提出电-粘弹性迁移（EVM）技术，旨在突破纳米颗粒分离的技术瓶颈。
材料与方法
设备设计与加工
微流控芯片采用标准软光刻技术加工，通道尺寸为宽度20 μm、高度60 μm、长度30 mm。系统包含两个入口、直通道、扩展区和7–9个出口（依实验需求调整）。样本流和鞘流分别通过外侧和内侧入口注入，鞘流将颗粒导向通道侧壁。
实验设置
使用倒置显微镜观察颗粒运动，压力泵控制流速，高压电源（LabSmith HVS448）在鞘流入口和出口O1间施加纵向电场。荧光颗粒路径通过单色相机记录，并通过MATLAB和OriginPro进行数据分析。
样本制备
粘弹性溶液由聚环氧乙烷（PEO，Mw=900 kDa）溶于超纯水配制（浓度100–1000 ppm）。聚苯乙烯颗粒（50/200/500 nm）悬浮于PEO溶液，并通过KCl溶液调节电导率（10–1000 μS/cm）。细胞外囊泡（EVs）取自表达膜锚定EGFP的人肾腺癌细胞系（786-O），通过离心和超滤浓缩获得，其ζ电位为-15.5 mV。
系统性能表征
通过荧光光谱法测定颗粒浓度，纳米颗粒追踪分析（NTA）用于EVs粒径分布分析。统计采用双因素方差分析（ANOVA）和图基多重比较检验。
结果与讨论
理论背景
现有理论对电-粘弹性升力的预测存在分歧：Khair与Kabarowski公式表明颗粒向通道中心迁移，而Choudhary模型预测相反行为。实验发现，在低聚合物浓度（c/c<1）时颗粒行为符合Choudhary模型，高浓度（c/c>1）时则与Khair模型一致。这种不一致性凸显了EVM机制尚需进一步探索。
设备工作原理
在电场作用下，颗粒产生电泳滑移速度（Uep>0），与粘弹性流体相互作用产生侧向升力，使不同尺寸颗粒发生差异化迁移，最终通过不同出口实现分离。
三尺寸颗粒混合物分离
在250 ppm PEO溶液、电场强度550 V/cm、总流速11.5 μL/min条件下，50/200/500 nm颗粒分别主要富集于出口O3/O2/O1，纯度提升达39%、29%和50%，回收率分别为26%、38%和34%。
分离参数优化
流速优化显示，在鞘流/样本流压力1700/1600 mbar时分离效果最佳。电导率实验表明，低电导率（10 μS/cm）可增强中心聚焦并避免多平衡位点出现。聚合物浓度优化中，250 ppm PEO在提升分离效率的同时避免了高浓度引发的二次流干扰。
EVs的粘弹性与电-粘弹性分选及提纯
在纯粘弹性迁移（VM）中，大EVs聚焦于通道中心，小EVs滞留于侧壁低剪切区；而EVM使所有EVs强聚焦于中心出口。虽然EVM未实现EVs按尺寸分选，但其强聚焦特性可用于去除可溶性蛋白质污染物，使EVs纯度提升22%。
结论
电-粘弹性微流控技术通过电场增强粘弹性升力，实现了低阻塞比下的纳米颗粒高效分离。该技术不仅适用于合成颗粒的分选，还能显著提升生物样本（如EVs）的纯度，为纳米生物颗粒分离提供了具有潜力的平台。未来需进一步探究EVM的尺寸与电荷双依赖性分离机制，并优化系统以保障生物样本活性。
