Magnetisk perlemanipulation i mikrofluidchips til biologisk anvendelse

I de senere år er mikrofluidik dukket op som en revolutionerende teknologi til biologisk analyse og medicinsk diagnostik, der muliggør præcis kontrol og manipulation af væsker i mikroskala. Samtidig er funktionaliserede magnetiske perler blevet et uundværligt værktøj til selektiv indfangning og berigelse af målanalytter.

Integrationen af ​​mikrofluidik og magnetiske perler kan høste synergistiske fordele for at forbedre analyseydelsen. Men at realisere dette potentiale kræver innovative teknikker til aktivt at kontrollere magnetiske perler i mikrofluidiske enheder.

Over for udviklingen af ​​den nuværende magnetiske styringsteknologi har professorer Jianlong Zhao og Shilun Fengs team fra Shanghai Institute of Microsystem and Information Technology, Chinese Academy of Sciences lavet en detaljeret kategorisering og introduktion om mekanismerne for magnetisk perlemanipulation i mikrofluidchips. Artiklen "Magnetic Beads Manipulation in Microfluidic Chips for Biological Application" blev offentliggjort i tidsskriftet Cyborg and Bionic Systems den 14. april 2023.

"Den magnetiske manipulation kombineret med mikrofluidik har fået stor opmærksomhed på grund af, at der er flere mødepunkter mellem to teknologier, såsom stort overflade-til-volumen-forhold og kontrollerbarhed," sagde forfatterne. "I dette gennemgangspapir har vi til hensigt at præsentere et grundigt og dybdegående overblik over nyligt manipulation af magnetiske perler i mikrofluidisk chip og dens biologiske anvendelse."

Forfatterne af undersøgelsen har kategoriseret magnetiske perlemanipulationsteknikker i mikrofluidik i fem hovedtyper:magnetoforese, magnetiske perlekæder, magnetisk fluid bed, magnetiske dråber og magnetiske perler i mikrobrønd.

Disse metoder har forskellige anvendelsesfordele alt efter bevægelsestilstande og detektionsformål for magnetiske perler. For eksempel udnytter magnetoforese ikke-ensartede magnetiske felter til orienteret bevægelse, magnetiske perlekæder danner kædelignende strukturer til fiksering eller manipulation, magnetiske fluidiserede lejer opnår fluidisering af magnetiske perler for at forbedre målfangst, magnetiske dråber udfører biokemiske operationer på dråber, der indeholder magnetiske perler og mikrobrønd-arrays immobiliserer enkelte magnetiske perler til påvisning af enkelt molekyle.

"De magnetiske perlers hovedrolle i disse værker var faktisk en bærer af biologiske genkendelsesmolekyler til at fange specifikke biomarkører. Faktisk kan magnetiske perler også bruges som et signaloutput selv," sagde forfatterne. Og nogle eksempler og fordelene ved at bruge den magnetiske perle direkte som signaloutput blev givet i denne anmeldelse.

"Selvom det magnetiske manipulationssystem er blevet stærkt udviklet, har det stadig mange tilbageværende udfordringer, når det står over for industrielle og kliniske applikationer," sagde Feng og påpegede, at den nuværende prøvebehandlingsgennemstrømning af magneto-mikrofluidchips stadig er lav, hvilket ikke kan opfylde behovene af klinisk afprøvning i stor skala.

En fuldt automatiseret lukket-sløjfe feedback-magnetisk manipulationsplatform er stadig påtrængende, da de nuværende systemer hovedsageligt er afhængige af åben-sløjfe kontrolalgoritmer og kun kunne udføre den magnetiske kontrol ved et givet sæt af forudbestemte parametre.

Forfatterne siger, at størrelsesensartetheden af ​​de magnetiske perler, der bruges i det mikrofluidiske system, også er et kritisk spørgsmål, og det er vigtigt at udvikle innovative partikelseparationsteknikker for at opnå nøjagtig sortering af magnetiske perler med en given størrelse.

Forfattere af papiret omfatter Gaozhe Cai, Zixin Yang, Yu-Cheng Chen, Yaru Huang, Lijuan Liang, Shilun Feng, Jianlong Zhao.

Flere oplysninger: Gaozhe Cai et al., Magnetic Bead Manipulation in Microfluidic Chips for Biological Application, Cyborg and Bionic Systems (2023). DOI:10.34133/cbsystems.0023

Journaloplysninger: Cyborg og bioniske systemer

Leveret af Beijing Institute of Technology Press Co., Ltd