可拉伸微流控芯片如何实现雨生红球藻的有效分离呢？

在自然界中，雨生红球藻是虾青素含量最丰富的物种之一。许多研究表明，雨生红球藻中虾青素的积累率和总产量均高于其他绿藻，其虾青素含量可达干重的3.0%甚至更高，具有抗衰老、治疗炎症等多种生物功效，被誉为天然虾青素的“浓缩物”。雨生红球藻具有复杂的生命周期，在不同的环境条件下具有不同的细胞形态。通常情况下，雨生红球藻是尺寸较小、虾青素含量较低的游动细胞。在光胁迫条件下，虾青素在尺寸较大的藻细胞中积累。因此，富含虾青素的雨生红球藻的分离对于微藻生物学和食品化学至关重要。

目前已经有多种高通量、高精度和低成本的微流控技术来分离微藻，包括利用外部物理场的方法，例如介电泳、磁泳和声泳来进行微藻分离；也有利用固定的通道结构进行分离的方法，比如惯性聚焦和弹惯性聚焦。与上述分离方法相比，粘弹性-惯性微流控芯片能够在简单的直通道中实现三维聚焦，无需任何外力场或复杂的通道结构。颗粒尺寸是弹惯性聚焦和分离的主要参数，颗粒分离的截止阈值高度依赖于阻塞率，阻塞率是颗粒尺寸与通道水力直径的比率。当阻塞率超过一定值时，大颗粒将发生反向迁移并与小颗粒分离。对于微藻细胞分离，细胞尺寸是预先确定的，调整阻塞率需要改变微流体通道的直径。然而，一旦在现有的刚性微流控器件中完成通道设计，通道几何形状就很难改变，所以目前的刚性器件不能用于分离截止尺寸不确定的微藻。因此开发一种可拉伸微流控器件，能够实时灵活地调整微流控芯片的几何形状，实现微藻分离截止尺寸的动态调整，具有一定的研究价值。

近期，深圳大学闫昇研究员课题组报道了一种制备超拉伸Ecoflex微流控芯片的新方法，实现了雨生红球藻的尺寸可调的粘弹性-惯性分离。相关成果以“Size-tunable elasto-inertial sorting of Haematococcus pluvialis in the ultra-stretchable microchannel”为题发表在国际化学权威杂志《Analytical Chemistry》上。

图1 超拉伸Ecoflex微流控系统示意图

在这项工作中，团队提出了一种制造超拉伸Ecoflex微流控芯片的新方法，并开发了一种用于雨生红球藻的尺寸可调的粘弹性-惯性分离技术。首先，研究人员使用液态金属（镓）作为模具，在没有等离子体键合的情况下直接制造了Ecoflex微流控芯片，实现了最大500%的拉伸和超过100%的通道尺寸变化。然后，研究人员系统地研究了流量、通道伸长和粒径对粘弹性-惯性颗粒迁移的影响，发现通道伸长可以高效调节颗粒的聚焦流量范围和临界聚焦尺寸。最后，研究人员展示了基于超拉伸Ecoflex微流控芯片的雨生红球藻细胞的无鞘、无标记、动态尺寸可调分离。通过调节通道几何形状，微藻分离通道的分离阈值可以从35 μm调节到15 μm。与其他微藻分离技术相比，该方法显示出优异的分选纯度、产率和可调的微藻分离阈值。

图2 雨生红球藻在一进三出通道中的分选示意图

综上所述，该研究利用通道尺寸（>100%拉伸）可以宽范围调制的微流控芯片，对具有宽尺寸分布（5μm~ 65 μm）的微藻细胞进行了尺寸可调分离。这种微藻分离的尺寸分选技术将为微藻的高产和定向进化提供了技术支持。

审核编辑：刘清