《Micro and Nano Engineering》：Geometry-tuned inertial microfluidics for label-free enrichment of CTC-sized cells in serpentine microchannels
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开发了深度调谐的蛇形微通道，用于无标记循环肿瘤细胞（circulating tumor cell, CTC）富集。105 μm/72°配置引起了最强的HeLa细胞优先分配。通道深度与末端出口对齐共同影响出口收集。选定的双出口几何结构减少了一个特定出口中非目标H
开发了深度调谐的蛇形微通道，用于无标记循环肿瘤细胞（circulating tumor cell, CTC）富集。105 μm/72°配置引起了最强的HeLa细胞优先分配。通道深度与末端出口对齐共同影响出口收集。选定的双出口几何结构减少了一个特定出口中非目标HeLa细胞的收集。优化后的装置在1000 μL/min流速下实现了92.0–97.5%的HeLa富集。全血验证支持其在复杂生物基质中的富集效果。
几何调谐惯性微流控蛇形微通道无标记富集CTC尺寸细胞的论文解读
**一、研究背景与科学问题**
循环肿瘤细胞（circulating tumor cell, CTC）是从原发或转移灶脱落进入外周血的恶性细胞，被认为是肿瘤转移扩散的关键中间环节。CTC携带原发灶和演变中转移灶的表型与分子信息，因此作为液体活检中的微创生物标志物，在治疗监测、疾病进展评估和肿瘤异质性分析方面具有重要价值。然而，CTC在大量造血细胞背景下数量极低，且表现出显著的大小、变形性、上皮/间充质标志物表达以及遗传或蛋白质组异质性，这使基于单一分子标志物的亲和捕获策略面临漏检或覆盖不全的风险。无标记微流控方法利用CTC与血液细胞内在的物理差异，如尺寸、可变形性、密度、介电特性和流体动力学行为，提供了替代途径。
在诸多无标记技术中，惯性微流控因可实现被动、连续、高通量的细胞操纵而备受关注。其物理基础是，在有限雷诺数（Reynolds number, Re）下，悬浮细胞在微通道中受到剪切梯度升力和壁面诱导升力的共同作用，侧向迁移至尺寸依赖的平衡位置；在弯曲、螺旋或蛇形通道中，曲率诱导的二次流产生Dean涡，对细胞施加横向Dean阻力。惯性升力与Dean阻力的竞争可通过几何和流动参数调节，从而使不同尺寸细胞偏向不同的流线。以往研究多关注通道宽度、曲率、流速和出口结构，而对通道深度这一直接影响水力直径、约束比、雷诺数、Dean数和二次流组织方式的设计变量，尚缺乏系统的机制性研究。本研究即针对该问题，考察通道深度与末端出口拓扑对CTC尺寸模型细胞出口分配行为的联合影响，为设计鲁棒的无标记富集平台提供配置级思路。
**二、主要技术方法**
研究人员采用固定通道宽度350 μm、内曲率半径800 μm、弯曲角280°的蛇形微流控平台，通过软光刻工艺分别制备了三出口（约90 μm和105 μm深）和双出口（73 μm深/90°出口、105 μm深/72°出口）构型的PDMS-glass集成芯片。数值模拟采用COMSOL Multiphysics 6.2求解Navier–Stokes方程和粒子轨迹，以10、15、22 μm直径球体分别对应Jurkat、K562和HeLa细胞。实验以HeLa细胞作为CTC尺寸模型，Jurkat和K562为较小血液背景细胞；全血验证使用健康供体EDTA抗凝血。采用血细胞计数板、流式细胞术和共聚焦荧光显微镜，定量出口特异性细胞分配并可视化流动依赖的侧向迁移。样本队列来源包括实验室培养的HeLa、Jurkat、K562细胞系以及来自健康供体的全血。
**三、研究结果**
**3.1 数值模拟与流体动力学设计原理**
计算结果显示了沿蛇形通道弯曲段的局部加速和壁面附近的低速区，压力沿流动
