微流控 ( microfluidics ) 是一種以在微納米尺度空間中對流體進(jìn)行精確操控為主要特征的科學(xué)技術(shù)，具有將生物、化學(xué)等實(shí)驗室的基本功能諸如樣品制備、反應、分離和檢測等微縮到一個(gè)幾平方厘米芯片上的能力，其基本特征和優(yōu)勢是多種單元技術(shù)在整體可控的微小平臺上靈活組合、規模集成。該技術(shù)通過(guò)對流量的控制，實(shí)現化學(xué)分析、藥物篩選、細胞培養、基因檢測等多種功能，在時(shí)間和空間上為實(shí)驗機構研究分子濃度控制帶來(lái)了全新的技術(shù)解決方案。

微流控的兩項主要應用為POCT和生物制藥科研（包括測序、基因組學(xué)和蛋白質(zhì)組學(xué)）。根據Nova One Advisor報告，2023年全球微流控產(chǎn)品市場(chǎng)規模達到321.7億美元，2024至2033年期間的年復合增長(cháng)率可達12.24%，預計2033年將達到1020.8億美元。同時(shí)，微流控設備的市場(chǎng)規模在2024~2033年，年復合增長(cháng)率為12.56%?？梢灶A見(jiàn)，微流控芯片技術(shù)將在生物醫藥的科研與實(shí)際應用中發(fā)揮巨大作用。

現階段，微流控技術(shù)主要應用在即時(shí)檢驗和生物制藥、生命科學(xué)研究等領(lǐng)域。隨著(zhù)微納3D打印技術(shù)的迭代發(fā)展，其可快速將模型數據形成實(shí)物，具有簡(jiǎn)化步驟，縮短論證時(shí)間和開(kāi)發(fā)周期等優(yōu)勢，為微流控技術(shù)研發(fā)提供了更廣闊的創(chuàng )新空間。

細胞外納米載體（包括細胞外囊泡（EVs）、脂蛋白和核糖核酸蛋白）在蛋白質(zhì)和核酸的細胞間通訊中發(fā)揮媒介作用，并且作為循環(huán)生物標志物在臨床上具有適用性。然而，由于納米載體在大小和密度上的重疊，使得迄今為止難以有效地進(jìn)行物理分離，這進(jìn)而阻礙了對下游分子的分析。

基于此，來(lái)自美國圣母大學(xué)的Hsueh-Chia Chang教授團隊研發(fā)了一種無(wú)偏差、高通量和高產(chǎn)量的連續等電位分離納米載體分離技術(shù)。該技術(shù)基于它們的等電點(diǎn)。這個(gè)納米載體分離平臺通過(guò)在雙極膜上進(jìn)行水的分解提供了一個(gè)強大且可調節的線(xiàn)性pH剖面，并通過(guò)流動(dòng)穩定化，而無(wú)需使用兩性電解質(zhì)。

雖然研究團隊已經(jīng)針對關(guān)鍵納米載體在干擾緩沖液中校準了pH流出范圍，但納米載體的等電點(diǎn)可能在血漿和其他生理液體中發(fā)生變化。為了考慮等電點(diǎn)的變化并實(shí)現精細分離，需要進(jìn)行繁瑣的調整，從pH梯度芯片中選擇所需的pH范圍，然后進(jìn)行視覺(jué)檢查和與pH參考表的比較。

為了減少驅動(dòng)的偏差并提高設備重復性，研究團隊開(kāi)發(fā)了一種自動(dòng)CIF分析器。這是一種利用機器學(xué)習的平臺，能夠實(shí)現自動(dòng)化的pH檢測，可以針對不同的生理流體和納米載體進(jìn)行重新校準。該分析器的工作流程由兩個(gè)主要模塊組成：圖像分割模塊和pH檢測模塊。圖像分割模塊通過(guò)機器學(xué)習技術(shù)來(lái)識別ROI，而pH檢測模塊則通過(guò)應用專(zhuān)門(mén)開(kāi)發(fā)的校準曲線(xiàn)，為ROI內的每個(gè)像素分配pH值，從而創(chuàng )建出ROI的空間pH分布圖。

研究團隊采用摩方精密面投影微立體光刻（PμSL）高精度3D打印技術(shù)制作出CIF微流控平臺。優(yōu)化后的技術(shù)具有0.3 ΔpI的分辨率，足以分離所有納米載體甚至納米載體的亞類(lèi)。然后使用包括血漿、尿液和唾液樣本在內的幾種生物流體對其性能進(jìn)行評估。在30分鐘內，從各種生物流體的0.75 mL樣本中實(shí)現了全面、高純度（血漿：>93%，尿液：>95%和唾液：>97%）、高產(chǎn)率（血漿：>78%，尿液：>87%和唾液：>96%）和無(wú)探針的核糖核酸蛋白分離，明顯超越了那些產(chǎn)量較低且需要較長(cháng)時(shí)間的高偏差黃金標準。EVs和不同脂蛋白的二元分離也實(shí)現了類(lèi)似的性能。

該研究為利用3D打印微流控芯片進(jìn)行疾病監控提供了全新視角。該研究工作以“A Scalable High-Throughput Isoelectric Fractionation Platform for Extracellular Nanocarriers: Comprehensive and Bias-Free Isolation of Ribonucleoproteins from Plasma, Urine, and Saliva"為題，發(fā)表在國際著(zhù)名期刊《ACS Nano》上。