近年来，微流控装置在分离和操纵微粒或细胞方面引起了研究人员的兴趣。这些装置以其在微通道内流体流动期间产生不同形式的力而闻名，能够在不依赖外部力量的情况下操纵微粒，具有成本和处理效率高以及样品消耗低的特点。惯性和粘弹微流体学已广泛用于微粒/细胞分离和稀有细胞富集和分离的实际应用，并且许多研究团队已经尝试使用牛顿流体或粘弹性流体分离和操纵各种生物样品。最近的研究集中在利用共流系统分离和操纵微粒，包括牛顿流体和粘弹性流体的共流以及两种粘度不同的可混合液体的共流系统棘爪。一些研究还发现，在特定的通道横截面结构和角度下，弹性力能够增加粒子聚焦的效果。这些发现为微流控装置的设计和应用提供了新的思路和可能性。
图1的主要内容是具有T形横截面的微通道的示意图。它包括3D视图，横截面视图和5路出口的几何形状。
图1 T形横截面微通道的示意图弹性滑动。 (a) 3D视图 (b) 横截面视图, (c) 5路出口的几何形状。
图2的主要内容是使用T形微通道的共流系统进行基于尺寸的粒子分离的示意图。它展示了两种情况：情况1（牛顿/粘弹性流体）和情况2（牛顿/牛顿流体）。在情况1中，如果弹性力（FE）足够强大以克服惯性力（FL和FD）的阻力，那么弹性力可以将粒子跨越粘弹性流体和牛顿流体之间的界面，并进入牛顿流体区域。粒子的横向迁移速度需要足够快，使得粒子能够在粘弹性流体中的直径的平方与粘弹性流体中移动出去。在粘弹性流体中移动出去后，弹性力消失，但由于惯性作用，粒子仍然可以在牛顿流体流动下进一步向着平衡位置移动。在牛顿流体中，比例阻塞率（β 0.07）大的较大粒子比较小的粒子移动得更快。然而，对于比例阻塞率较低（β 0.07）的粒子，弹性力不足以将粒子移动到牛顿流体中，因此它们仍然停留在粘弹性流体中。
图2 使用T形微通道共流系统进行基于尺寸的粒子分离的示意图。 (a) 情况1（牛顿/粘弹性流体）, (b) 情况2（牛顿/牛顿流体）。
图3的主要内容是在粘弹性流体流动下，沿着通道长度粒子聚焦的荧光图像和强度图。平衡聚焦位置是通过捕获顶部和侧面视图的荧光图像来确定的。使用的流速为100 µL/min。图表显示了不同流速下通道长度上的粒子聚焦位置。它展示了在粘弹性流体流动下，不同大小的粒子在T形微通道内的不同位置聚焦。较大的粒子显示出三个明显的聚焦位置，而较小的粒子在中心线附近显示出聚焦带。
图3 在粘弹性流体流动下，沿着通道长度粒子聚焦的荧光图像和强度图。为了找到平衡聚焦位置，分别捕获了顶部和侧面视图的荧光图像（流速：100 uL/min）。
图4的主要内容是在牛顿流体流动下，沿着通道长度粒子聚焦的荧光图像和强度图。与图3类似，平衡聚焦位置是通过捕获顶部和侧面视图的荧光图像来确定的。使用的流速为100 µL/min。图表显示了不同流速下通道长度上的粒子聚焦位置。它展示了在牛顿流体流动下，不同大小的粒子在T形微通道内的不同位置聚焦。较大的粒子显示出三个明显的聚焦位置，而较小的粒子在反射角的通道横截面的角落附近显示出聚焦带。
图4 在牛顿流体流动下，沿着通道长度粒子聚焦的荧光图像和强度图。为了找到平衡聚焦位置，分别捕获了顶部和侧面视图的荧光图像（流速：100 uL/min）。
图5的主要内容是根据粘弹性/牛顿流的流速比从2到6的变化，通道出口处的粒子运动。实验结果显示了T形横截面微通道中粒子的分离。明场图像显示了5路出口的形状，荧光图像显示了2.1、5.0和12 µm粒子在出口处的不同出口。观察了不同大小粒子的迁移行为，其中12 µm粒子从粘弹性流体迁移到靠近出口的牛顿流体，而2.1 µm粒子保持在粘弹性流体区域牛顿流体，5.0 µm粒子跨越两种流体之间的边界。根据它们的迁移行为，粒子在微通道出口处被分离，并且当流速比超过2时，2.1 µm粒子能够有效地与较大粒子分离。
图5 随着粘弹性/牛顿流的流速比从2到6的变化，粒子的运动以及总流速为210 uL/min。
图6的主要内容是根据牛顿/牛顿流的流速比从2到6的变化下粒子的运动情况。
图6 随着牛顿/牛顿流的流速比从2到6的变化，粒子的运动以及总流速为210 uL/min
图7的主要内容是在两种样品/外层流条件下（粘弹性/牛顿和牛顿/牛顿）分离混合的2.1 µm（蓝色）、5.0 µm（绿色）和12 µm（红色）粒子。图表包括主微通道上10、20和30 mm处每个粒子的荧光图像bc贷最新地址，以及5路出口处三个粒子的荧光图像。图表中的图表显示了三种不同粒子混合物的分离效率。
图7 在两种样品/鞘流条件下分离混合的2.1um（蓝色）、5.0um（绿色）和12um（红色）粒子。 (a) 主微通道10、20、30mm处各粒子的荧光图像, (b) 5路出口处三种粒子的荧光图像, (c) 三种不同粒子混合物的分离效率图。
图8的主要内容是在两种样品/外层流条件下（粘弹性/牛顿和牛顿/牛顿），2.1 µm、5.0 µm和12 µm粒子的分离效率。图表包括两个子图：（a）粘弹性/牛顿和（b）牛顿/牛顿。每个子图中的图表显示了不同流速比下三种粒子尺寸的分离效率。文本中的表格提供了各种流速比下每种粒子组合的分离效率、回收率和富集系数的更详细数据。
图8 在两种样品/鞘流条件下的2.1um、5.0um和12um粒子的分离效率
在这项研究中，我们演示了在具有T形横截面的直通道中使用粘弹性和牛顿流体的共流进行连续和尺寸相关的粒子分离，其制造过程在先前的研究中已经提出。当使用粘弹性样品流体和牛顿鞘流体的共流（情况1）时，可以实现三种不同尺寸的粒子高效连续分离。由于粘弹性和牛顿流体的共流，大颗粒从粘弹性流体移动到通道的中心，而小颗粒则停留在两种流体之间的界面附近。此外，T形横截面的两个反射角（270°）有助于在高流速下分离三种不同尺寸的粒子，与方形微通道相比。随着流速比的增加，分离效率和回收率显著增加，达到了高分离效率（98%）、回收率（97%）和富集系数（700）。凭借如此简单的结构和出色的粒子分离性能，具有T形微通道的微流体器件在芯片实验室和生物医学应用中的粒子分离过程中具有巨大潜力，如细胞分离。这些粒子尺寸对应于血细胞（白细胞、红细胞和血小板）的大小，因此这种分离技术可以用于血细胞分离。