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利用细胞的声学特性帮助微流控器件分选细胞

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       这款新的微流控细胞分选器件拥有一条极低频率下振动的微流体通道。当细胞流经该通道时,由低频振动产生的声波会与细胞产生相互作用,不同的细胞将分别被推向特定的位置。上图为该器件的一个示例。

在医学和基础研究应用领域,微流控器件具有快速分析细胞的潜力。研究人员已经基于细胞尺寸、变形性、电学性质及其它特性,设计出细胞分选系统。


       据报道,美国麻省理工学院的研究团队近日开发出一种新的细胞分选方法,细胞在声波影响下,由不同的密度和可压缩性而表现出的不同的声学特性。


       细胞的声学特性依赖于细胞内含物和细胞结构,而不受细胞尺寸影响,因此,这种方法可用于分离具有相似尺寸的细胞。该方法的另一大优势是不需要使用任何化学标记来改变细胞。


       上述细胞分选技术可用于开发手持全血细胞计数(complete blood count, CBC)装置,以实现更简便、更快速地测试。目前,相关测试需要把血样送到实验室进行分析,测试主要用于判断病人血液中红细胞和不同类型白细胞的数量。 

       麻省理工学院电机工程与计算机科学学院的教授Joel Voldman指出:“不需要任何细胞标记,我们就可以完成全血细胞计数。” 


       新器件拥有一条极低频率下振动的微流道。当细胞流经通道时,由低频振动产生的声波会与细胞产生相互作用,不同的细胞将分别被推向特定的位置。


       当细胞通过该通道内的水流时,由于细胞的密度比水大,几乎所有的细胞都聚集在通道中间。因此,研究人员在流体中添加了一种叫做等渗对比剂(碘克沙醇)的混合物,这种混合物可以在通道内建立密度梯度,液体流经通道时,通道中间的流体密度最高,流体的密度由中心向通道壁递减。 


       通常,这类密度梯度最终会因通道中间的液体的扩散而破坏。不过,研究人员发现通道中微小地振动所产生的声波可以避免上述情况的发生。这一密度梯度迫使细胞顺着通道横向移动,直到这些细胞抵达正确的区域。 


      “假如我们让中间通道的液体密度超高,边缘通道的液体密度降低,粒子或细胞就会因与声波的相互作用而移动,直到细胞的声学特性与该区域的环境相符时才会停止。” Voldman指出。 


       使用这种方法,研究人员发现他们可以分离3种不同类型的白细胞——单核细胞、淋巴细胞和嗜中性白血球。尽管单核细胞和淋巴细胞的尺寸非常类似,靠这种方法还是可以分离出来。


       除了应用于红细胞和白细胞的分析,该技术也可用于从病人血样中分离肿瘤细胞,或可应用于监测癌症的发展。在该项研究中,研究人员发现它们同样可以基于肿瘤细胞的声学特性,进行不同种类肿瘤细胞的分离。 



标签:   微流控 细胞分选 声波 全血细胞计数
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