流體動力學式微流道分離及捕捉細胞

利用流體力學原理的方式，相對是對細胞傷害較小的方式，且原理簡單，只需 設計特定的微流道，影響流體的運行方式，細胞遵循流線而被捕捉，有些團隊使用 微井(圖 1-4)[28]、有些則使用微梳狀結構。普林斯頓大學 James C. Sturm 教授研究 團隊開發一種類似彈珠台結構的側向位移結構微流道(圖 1-5)[29]，依據細胞大小 不同則會有不同的橫向位移，以此原理進行細胞分離；另外加州大學柏克萊分校的 Luke Lee 教授研發團隊研發了一個利用流體動力學進行單細胞捕捉的微流體細胞 分析晶片(圖 1-6)[30]，此晶片由高密度的微溝槽陣列組成，當細胞流入微流道晶 片時，由於流線的帶動，單顆細胞將被捕捉於微溝槽上，一旦微溝槽上帶有細胞時，

流線就會改變使下一個單細胞流入其他尚未捕捉到細胞的微溝槽，此系統只需利 用流體的壓力帶動，即能達到高密度的單細胞捕捉。雖然這些系統可進行多種細胞 分離、捕捉，然而這些方式因沒有任何細胞標定步驟，無法達成專一性的細胞捕捉，

此外細胞本身的尺寸差異，也會影響捕捉的效率(yield)，因此不適合進行低細胞數 捕捉的實驗。

圖 1-4 使用重力沉積方式進行單細胞捕捉之微反應槽[28]

圖 1-5 使用特別的障礙物排列，以流線進行細胞分離[29]

圖 1-6 使用流體力學進行高密度細胞捕捉之微流體晶片[30]

過去亦有研究以多孔微透膜微流道晶片的方式進行細胞的攔截(圖 1-7)[31]，

由於透孔結構相對於其他的以障礙物的方式攔截細胞，有較高單位體積透孔率，意 思即為在同樣的流道體積內，可以抓取較多的細胞及粒子。然而這種結構的流體動 力學式微流道同樣具有低專一性的缺點，且由於流道是由三層結構所組成，製程難 度較高。

圖 1-7 使用多孔微透膜進行細胞的捕捉[31]

另一種使用微流道晶片進行細胞捕捉的方式是由東京大學的 Takeuchi 教授的 研究團隊所開發的微流體晶片[32]，其利用不同流阻的捕捉井所組成的微流道進行 微珠或細胞的捕捉及釋放，此晶片運作原理可看以等效電阻的概念去理解，當微珠 或細胞進入晶片後，會順著流體先流往流阻小而流量大的路徑，而此路徑上設計有 一個窄口的通道，若粒子的尺寸較通道寬度為大，則會被此陷阱捕捉，反之則會通 過，而當陷阱中已有粒子佔據，造成流阻提高、流量變小，則粒子會順著流體沿著 主流道流至後方區域，以此設計進行粒子及細胞的捕捉。而加州理工學院的 Changhuei Yang 教授的研究團隊，延伸此種設計進行粒子的分選(圖 1-8)[33]，然 而此種設計是直接依靠粒子的尺寸去做篩選及捕捉，若樣本中不同的粒子沒有明 顯的尺寸差異，則無法以此設計將不同的粒子分開。

圖 1-8 利用不同流阻的流道進行細胞捕捉[33]