納米尺度合成顆粒和生物顆粒的精確操控是分析化學、生物學和納米技術等眾多領域的一個關鍵環節。近年來基於黏彈性效應的流體動力方法，因其具有高效率和無需標記的優勢，開始用於匯聚與分離微米尺度顆粒，包括血細胞、循環腫瘤細胞及細菌。此方法的基本原理是黏彈性溶液剪切流場中主應力差梯度會產生彈性力作用，引起顆粒的確定性側向運動。然而，彈性力與顆粒直徑3次方成比例，因此顆粒尺寸越小，操控越困難，目前只有少數研究將此方法嘗試用於操控較大尺寸的納米顆粒。
中國科學院力學研究所非線性力學國家重點實驗室微納米流體力學課題組的研究人員，採用低剪切稀化但具有足夠彈性力的低分子量聚環氧乙烷（PEO）溶液，在雙螺旋微通道中實現了多種納米顆粒的高質量匯聚和分離。實驗證實了100納米直徑聚苯乙烯顆粒和λ-DNA分子的無鞘流匯聚效率分別為84%和85%，並且進一步實現了兩種混合顆粒（100納米/2000納米顆粒、λ-DNA/血小板）的分離，分離效率均大於95%，在各方面優於現有的黏彈性微流控方法。所發展方法具有製作簡單和處理通量高的優勢，開拓了黏彈性效應微流控器件在納米生物顆粒分離上的應用。
上述結果在線發表於《分析化學》（Analytical Chemistry）。合作者包括國家納米科學中心、清華大學。研究工作獲得了國家自然科學基金、中科院前沿科學重點研究項目和中科院B類先導項目的支持。
圖1. 採用PEO溶液中雙螺旋通道中匯聚納米顆粒的示意圖。熒光圖像顯示入口處分散的100納米顆粒採用Mw = 0.6×106 g/mol和c = 0.6 wt %的PEO溶液後在出口處很好匯聚。相反地，Mw = 4.0×106 g/mol和c = 0.25 wt %的PEO溶液不能實現匯聚
圖2. (a) 在Mw = 0.6×106 g/mol, c = 0.6 wt % PEO溶液中，直徑49納米到1000納米的聚苯乙烯顆粒匯聚效率；(b) 2000納米顆粒在流速大於2 mm /s時匯聚在通道兩邊；(ce) 5.7 mm/s 流速下，100納米/2000納米聚苯乙烯顆粒、λ-DNA/血小板的分離，分離效率均大於95%
VIA:中國科學院力學研究
留言列表
生技醫療產業 (1)