磁源

三種類型的磁源通常用于微型和納米物體處理：電磁鐵，軟磁鐵和永磁鐵。電磁鐵和軟磁鐵都具有允許開/關(guān)切換的優(yōu)點(diǎn)，但它們通常需要繁瑣的輔助設(shè)備來執(zhí)行此任務(wù)。電磁鐵還具有焦耳加熱的缺點(diǎn)，這對(duì)微流控來說可能是一個(gè)很大的麻煩。另一方面，永磁體不能關(guān)閉。在某些情況下，這是一個(gè)很大的優(yōu)勢(shì)，特別是如果它們縮小并集成到微系統(tǒng)中，那么微系統(tǒng)就是自治的。

商業(yè)磁性顆粒分離

Miltenyi在文獻(xiàn)中報(bào)道了最早用磁體捕獲大塊磁體的作品。在這項(xiàng)工作中，使用Miltenyi Biotec公司的磁性細(xì)胞分選儀（MACS）分離磁性顆粒標(biāo)記的細(xì)胞與未標(biāo)記的細(xì)胞。可以觀察到三個(gè)基本步驟：感興趣的物體用磁性顆粒標(biāo)記; 該溶液通過MACS柱，其中標(biāo)記的細(xì)胞被磁體捕獲，而其他標(biāo)記的細(xì)胞被收集在柱的出口處; 捕獲的細(xì)胞從磁場的作用范圍中移除并收集。

用微流控進(jìn)行磁性顆粒分選

最近幾年，磁性控制顆粒和樣品的普及度有所增加。它的兩個(gè)主要優(yōu)點(diǎn)是非接觸式致動(dòng)和在吸引和/或排斥中致動(dòng)的可能性。微米和納米顆粒的制造也促進(jìn)了磁泳方法的使用。例如，精確控制的磁性顆粒可以用特定的蛋白質(zhì)，抗體或表面活性劑化合物來生產(chǎn)和功能化。因此，它們可以在某種媒介中變得穩(wěn)定，并且更重要的是，對(duì)非常特定的目標(biāo)物體起反應(yīng)。最近，微流體技術(shù)已經(jīng)成為該領(lǐng)域非常有趣的技術(shù)。它的許多優(yōu)點(diǎn)甚至被歸類為“幾乎太好，不真實(shí)”。
本綜述介紹了磁通量源，磁性粒子和微流體相結(jié)合以執(zhí)行粒子分選和處理的應(yīng)用示例。

使用大塊磁體的磁性微流體顆粒分選

Hoshino等人使用了相同的原理。開發(fā)微流體系統(tǒng)，其中反向平行磁化的體磁體并排排列，以產(chǎn)生更高的場梯度[5]。該系統(tǒng)用于捕獲磁性標(biāo)記的癌細(xì)胞并在微流體通道內(nèi)觀察它們。
其他研究小組正在研究類似的阻斷和解鎖顆粒的想法。例如，批量永磁體也被用來為磁性標(biāo)記的細(xì)胞提供一個(gè)特定的空間排列[6]，并產(chǎn)生磁性顆粒的毛發(fā)狀結(jié)構(gòu)。

用于微流控顆粒分選的軟磁體

Tseng等人展示了磁性物體在軟磁元件上方吸引的示意圖。在[8]中。宏觀的磁場源使微米或納米尺度的軟磁元件極化，其產(chǎn)生吸引圓形磁標(biāo)記物體的場和場梯度。這些元素已被廣泛用于捕獲磁性顆粒，將它們集中在確定的位置并將它們從混合溶液中分離出來。

用于微流控粒子定位的軟磁體

捕獲/釋放方法也被用于生物學(xué)研究[13]。例如，Ino等人開發(fā)了一種基于在軟鐵上生成的微結(jié)構(gòu)柱的磁性標(biāo)記細(xì)胞組織方法[14]。在某些條件下，單個(gè)細(xì)胞可以被捕獲在每個(gè)柱上方并單獨(dú)研究。

用于微流體粒子定位的電磁體

Ramadan等提出了可以集成在微器件中的微線的不同布置，特別是用于生物操縱[15,16]。該圖顯示了該組開發(fā)的一些配置以及所產(chǎn)生的粒子捕獲。

用于微流控粒子定位的永磁體

關(guān)于永久性微磁體和微流體的報(bào)道很少。Yellen 等人已經(jīng)報(bào)道了以高精度將非磁性顆粒定位在陣列磁性圖案之上的可能性[17]。由于微磁體和外部電磁體對(duì)分散在溶液中的磁性納米顆粒產(chǎn)生的磁場作用，非磁性熒光顆粒排列在精確的位置。在另一項(xiàng)工作中，當(dāng)改變外部施加磁場時(shí)，磁性顆粒在相似磁性模式之上的位移被報(bào)道[18]。

用于微流控顆粒分選的永磁體

Issadore等人 使用微米尺寸的釹鐵硼晶粒在微流體通道附近形成高磁場梯度[19]。釹鐵硼晶粒懸浮在未固化的PDMS中，并在外場存在下自組裝。所述PDMS然后被固化和微流體通道在磁體陣列上方建造。該系統(tǒng)用于分選高純度的磁性/非磁性顆粒和標(biāo)記/未標(biāo)記的細(xì)胞。

用于微流控顆粒分選的自主微型磁體

Zanini等人介紹了一種結(jié)合磁性微結(jié)構(gòu)硬磁釹鐵硼薄膜的器件。使用熱磁圖案化將平膜形成微結(jié)構(gòu)，由此產(chǎn)生尺寸在5至100μm范圍內(nèi)的微磁體。磁性微粒和納米粒子通過磁體上方產(chǎn)生的微流體通道流動(dòng)。俘獲發(fā)生在磁體上方的特定區(qū)域，通過增加通道中的流速獲得釋放。利用磁性和非磁性顆粒的磁性特征進(jìn)行分選，獲得了高效率，高達(dá)99.9％的純度[20]。

連續(xù)流動(dòng)微流體磁選

粒子捕獲和釋放可以相對(duì)容易地執(zhí)行。另一方面，持續(xù)引導(dǎo)，尤其是用微流體分選顆?？赡苁且豁?xiàng)更加困難的任務(wù)。需要良好的吸引力控制以及磁力和阻力之間的良好平衡。已經(jīng)報(bào)道了使用塊狀永磁體，軟磁體和電磁體進(jìn)行連續(xù)流動(dòng)磁性細(xì)胞分選的許多成功嘗試，如下所示。

用于連續(xù)微流體顆粒分選的大塊磁體

Pamme設(shè)計(jì)了一個(gè)結(jié)合微流體和大塊永磁體的系統(tǒng)，其目標(biāo)是根據(jù)磁性標(biāo)簽將物體導(dǎo)向不同的出口。一個(gè)通道入口用于泵入液體溶液包含研究對(duì)象，同時(shí)將緩沖溶液泵入其他進(jìn)口。應(yīng)該注意的是，磁鐵的位置在主入口的相對(duì)側(cè)。這些出口用于收集含有由標(biāo)簽分開的顆粒的溶液。這個(gè)系統(tǒng)已經(jīng)被用來根據(jù)它們的敏感性對(duì)磁性顆粒進(jìn)行分類[21]。基于磁矩和粒徑的磁性顆粒標(biāo)記的細(xì)胞[22]; 基于磁響應(yīng)溫度變化的磁性粒子[23]; 和不同類型的細(xì)胞，基于它們的內(nèi)吞能力[24]。

用于連續(xù)微流體顆粒分選的軟磁元件

Afshar等人開發(fā)了一種基于軟磁體進(jìn)行顆粒分選的系統(tǒng)。（Martin Gijs教授團(tuán)隊(duì)）。該系統(tǒng)由靠近微流體通道的軟磁極組成，該磁性元件由線圈極化。存在兩個(gè)不同的磁致動(dòng)區(qū)域。第一區(qū)具有吸引和集中在磁化元件附近流動(dòng)的磁性粒子的相同功能。第二個(gè)活動(dòng)區(qū)位于通道的更遠(yuǎn)處，并將粒子吸引到通道的另一側(cè)。作用在顆粒上的吸引力取決于它們的尺寸，因此，不同大小的顆?？梢苑珠_，如圖的第二幀所示[25]。

Han等人 使用由外部磁場磁化的鐵磁線以分離紅血球和白血球[26,27]。由于紅細(xì)胞（RBC）被吸引到最高的磁場梯度，而白細(xì)胞（WBC）被排斥，所以這些細(xì)胞可以使用簡單的裝置進(jìn)行分選。在該圖中，包含兩種類型的單元的解決方案被泵入唯一的入口并通過三個(gè)可能的出口離開通道。放置在通道中心的鐵磁線集中RBC，將RBC引導(dǎo)至中心出口，同時(shí)WBC被排斥并通過兩個(gè)外部出口排出通道。

仍然基于對(duì)象的連續(xù)分類，使用鐵磁條帶已經(jīng)取得了許多進(jìn)展。在微流體通道內(nèi)受到拖曳力作用的磁性標(biāo)記物體在軟磁條附近通過時(shí)也會(huì)受到磁力的作用。磁力與阻力之間的角度使物體偏離其初始路徑，因此可以實(shí)現(xiàn)分離。這種二元分離（磁性/非磁性）已在多個(gè)出版物中報(bào)道[28,29]。

Derec等人報(bào)道了基于分離顆粒偏差的其他系統(tǒng)。[30]和Shevkoplyas等人。[31]。在這種情況下，顆粒的偏差通過由微流體通道附近的金屬絲產(chǎn)生的永磁場來獲得。在由Shevkoplyas組產(chǎn)生的系統(tǒng)中，在中心看到微流體通道，每側(cè)都有導(dǎo)電線。通道內(nèi)部的磁性顆粒首先隨機(jī)分散，因?yàn)闆]有磁場作用于它們。一旦電流通過頂部導(dǎo)線，粒子就會(huì)被吸引并集中在通道的一側(cè)。這種方法可以用來連續(xù)分選粒子，因?yàn)樗鼈儽贿B續(xù)引導(dǎo)，而不是被捕獲/釋放。

用于連續(xù)多重微流控顆粒分選的軟磁元件

Adams等人 開發(fā)了一個(gè)基于相同原理的系統(tǒng)，但可以對(duì)三種類型的對(duì)象進(jìn)行排序[32]。該系統(tǒng)具有一個(gè)用于解決待分類物體的入口和一個(gè)用于緩沖溶液的入口。物體集中在通道的一側(cè)。第一組磁條偏離第一組磁標(biāo)記物體，而第二組偏離第二組。第三組沒有標(biāo)記，并且遵循流體流動(dòng)而沒有偏離。這三個(gè)小組收集在不同的方便放置的出口。由于使用了不同的標(biāo)簽，兩個(gè)不同的磁性標(biāo)記物體的分離是由于拖曳力和磁力的差異造成的。

用于微流控顆粒分選的電磁體

另一個(gè)有趣的系統(tǒng)是由Fulcrand等人開發(fā)的。（A.-M.Gué的團(tuán)隊(duì)），它允許動(dòng)態(tài)粒子操縱[33]。磁性顆粒通過微流體通道在液體溶液中流動(dòng)。從通道一側(cè)到另一側(cè)依次設(shè)置的一組微線圈位于通道下方。第一個(gè)線圈被激活以捕獲磁珠。隨后的線圈被激活并且先驗(yàn)被去激活，將通道中的顆粒組進(jìn)一步移位并朝向通道部分中的不同位置。重復(fù)此操作直到顆粒便于放置在通道出口處，然后顆粒從線圈中釋放出來并收集起來。