在生物醫學研究與臨床診斷領域，快速、高效地分離特定細胞是實現精準分析的關鍵環節，也是一項長期存在的技術挑戰。目前廣泛使用的傳統方法，如離心和膜過濾，在面對微量樣本處理時，往往在回收率、操作效率或樣本活性保持等方面仍存在著許多局限。

近期，丹麥技術大學聯合多家機構近日開發出一種基于粘彈性流體原理的3D打印微流控富集裝置，該裝置通過創新性的反向噴嘴設計和可調節的毛細管系統，實現了對細胞和微粒的精準分選，為生物樣本處理提供了全新解決方案。該研究以“Viscoelastic particle enrichment using a 3D-printed enrichment device"為題發表在國際期刊《Sensors and Actuators A: Physical》上。

該富集裝置的核心在于其獨特的流動聚焦機制。當樣本注入充滿粘彈性流體的微通道時，不同尺寸的顆粒會受到差異化的彈性升力作用。較大顆粒在粘彈性流體中會以更快的速度向通道中心軸遷移，而較小顆粒則保持相對分散的狀態。這種物理現象使得裝置能夠按照尺寸大小實現顆粒的自然分離。研究團隊采用摩方精密面投影微立體光刻（PμSL）3D打印技術（nanoArch® S140，精度：10μm）制備了該裝置。整體尺寸僅2mm厚、10mm寬，其中還包含一個獨特的漏斗型空腔和反向噴嘴結構，配合熔融石英毛細管組成完整的進樣和收集系統。這種設計不僅確保了流動的對稱性，還大大簡化了操作流程。

研究團隊通過系統實驗驗證了裝置的分離能力。分別使用50μm和100μm內徑的進口毛細管進行測試，結果表明該裝置能夠實現可調節的尺寸分選閾值。當使用100μm毛細管時，裝置可有效分離6μm以上的顆粒；而改用50μm毛細管時，分選閾值可降至2μm。

在不同流速條件下的測試顯示，裝置在20-100μL/min的流速范圍內均能保持穩定的分選性能。即使是在高流速下，10微米顆粒仍能被有效富集到收集口1，而收集口2基本檢測不到目標顆粒，證明了裝置在較寬操作范圍內的可靠性。

在藻類富集實驗中，研究團隊使用含有紅桿菌和藻類的混合樣本進行測試。通過100μm毛細管進樣后，流式細胞術分析顯示，藻類細胞在收集口1實現了近兩倍的富集效果，而收集口2主要包含單個細菌細胞，藻類污染率極低。這一結果驗證了裝置在復雜生物樣本中按尺寸分選的有效性。

在干細胞分離實驗中，裝置同樣展現出優異性能。將人工污染了銅綠假單胞菌的人胚胎干細胞樣本通過裝置處理后，收集口1實現了干細胞1.4倍的富集，而收集口2則不含干細胞細胞，為污染物分析提供了純凈樣本。這種雙出口設計使得用戶能夠同時獲得富集的目標細胞和分離的污染物，為質量控制提供了獨特優勢。

相比傳統方法，該3D打印裝置具有顯著優勢。制造過程采用高通量的3D打印技術，單次打印可生產數百個裝置單元，大幅降低了制造成本和時間。模塊化的毛細管設計使得用戶能夠根據具體應用需求靈活調整分選尺寸，無需重新設計噴嘴結構。對于需要更高純度的應用，可通過多次循環或串聯多個裝置來提升分離效果。這項技術為生物醫學研究、環境監測和臨床診斷提供了新的樣本處理工具，特別是在需要快速分離和富集特定細胞的場景中展現出廣泛應用前景。隨著進一步優化和驗證，這種基于3D打印的微流控分選裝置有望成為實驗室常規工具，推動精準醫療和生物技術的發展。