納米尺度合成顆粒和生物顆粒的精確操控是分析化學(xué)、生物學(xué)和納米技術(shù)等眾多領(lǐng)域的一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)。近年來基于黏彈性效應(yīng)的流體動(dòng)力方法，因其具有高效率和無需標(biāo)記的優(yōu)勢(shì)，開始用于匯聚與分離微米尺度顆粒，包括血細(xì)胞、循環(huán)腫瘤細(xì)胞及細(xì)菌。此方法的基本原理是黏彈性溶液剪切流場(chǎng)中主應(yīng)力差梯度會(huì)產(chǎn)生彈性力作用，引起顆粒的確定性側(cè)向運(yùn)動(dòng)。然而，彈性力與顆粒直徑3次方成比例，因此顆粒尺寸越小，操控越困難，目前只有少數(shù)研究將此方法嘗試用于操控較大尺寸的納米顆粒。

中國科學(xué)院力學(xué)研究所非線性力學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室微納米流體力學(xué)課題組的研究人員，采用低剪切稀化但具有足夠彈性力的低分子量聚環(huán)氧乙烷（PEO）溶液，在雙螺旋微通道中實(shí)現(xiàn)了多種納米顆粒的高質(zhì)量匯聚和分離。實(shí)驗(yàn)證實(shí)了100納米直徑聚苯乙烯顆粒和λ-DNA分子的無鞘流匯聚效率分別為84%和85%，并且進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)了兩種混合顆粒（100納米/2000納米顆粒、λ-DNA/血小板）的分離，分離效率均大于95%，在各方面優(yōu)于現(xiàn)有的黏彈性微流控方法。所發(fā)展方法具有制作簡(jiǎn)單和處理通量高的優(yōu)勢(shì)，開拓了黏彈性效應(yīng)微流控芯片在納米生物顆粒分離上的應(yīng)用。

　　上述結(jié)果在線發(fā)表于《分析化學(xué)》（Analytical Chemistry）。合作者包括國家納米科學(xué)中心、清華大學(xué)。研究工作獲得了國家自然科學(xué)基金、中科院前沿科學(xué)重點(diǎn)研究項(xiàng)目和中科院B類先導(dǎo)項(xiàng)目的支持。

　　圖1. 采用PEO溶液中雙螺旋通道中匯聚納米顆粒的示意圖。熒光圖像顯示入口處分散的100納米顆粒采用Mw = 0.6×106 g/mol和c = 0.6 wt %的PEO溶液后在出口處很好匯聚。相反地，Mw = 4.0×106 g/mol和c = 0.25 wt %的PEO溶液不能實(shí)現(xiàn)匯聚。

　　圖2. (a) 在Mw = 0.6×106 g/mol, c = 0.6 wt % PEO溶液中，直徑49納米到1000納米的聚苯乙烯顆粒匯聚效率；(b) 2000納米顆粒在流速大于2 mm/s時(shí)匯聚在通道兩邊；(c-e) 5.7 mm/s 流速下，100納米/2000納米聚苯乙烯顆粒、λ-DNA/血小板的分離，分離效率均大于95%。

文章來源：中國科學(xué)院  《力學(xué)所等在納米顆粒的微流控匯聚與分離研究中獲進(jìn)展》