Магнитные шарики в микрофлюидных чипах для биологических применений
Интеграция микрофлюидики и функционализированных магнитных шариков даёт синергетический эффект для улучшения аналитических методов. Однако для реализации этого потенциала требуются инновационные методы активного управления магнитными шариками внутри микрофлюидных устройств.
Команда профессоров Цзяньлун Чжао и Шилун Фэн из Шанхайского института микросистем и информационных технологий Китайской академии наук провела детальную классификацию и описание механизмов манипуляции магнитными шариками в микрофлюидных чипах. Обзорная статья «Magnetic Beads Manipulation in Microfluidic Chips for Biological Application» была опубликована в журнале Cyborg and Bionic Systems 14 апреля 2023 года.
«Магнитное управление в сочетании с микрофлюидикой привлекает значительное внимание, поскольку у этих двух технологий есть несколько точек соприкосновения, таких как большое отношение площади поверхности к объёму и управляемость», — отметили авторы.
Исследователи классифицировали методы манипуляции магнитными шариками в микрофлюидике на пять основных типов:
- Магнитофорез — использует неоднородные магнитные поля для направленного движения.
- Цепи магнитных шариков — формируют цепочечные структуры для фиксации или манипуляции.
- Магнитный псевдоожиженный слой — обеспечивает псевдоожижение магнитных шариков для улучшения захвата цели.
- Магнитные капли — проводят биохимические операции с каплями, содержащими магнитные шарики.
- Магнитные шарики в микролунках — иммобилизация одиночных шариков в массивах микролуночек для детекции на уровне одной молекулы.
«Основная роль магнитных шариков в этих работах фактически заключалась в том, чтобы быть носителем молекул биологического распознавания для захвата специфических биомаркеров. На самом деле, магнитный шарик также может использоваться как самостоятельный сигнальный выход», — пояснили авторы, приведя соответствующие примеры.
«Хотя система магнитного управления значительно развилась, перед лицом промышленных и клинических применений у неё по-прежнему много нерешённых задач», — заявил Фэн. Он указал, что текущая пропускная способность обработки образцов магнитно-микрофлюидных чипов всё ещё низка и не удовлетворяет потребностям крупномасштабного клинического тестирования.
Платформа полностью автоматизированного магнитного управления с замкнутой обратной связью по-прежнему остро необходима, поскольку современные системы в основном полагаются на алгоритмы разомкнутого управления и могут выполнять магнитный контроль только по заданному набору предопределённых параметров.
Авторы также отмечают, что однородность размера магнитных шариков, используемых в микрофлюидной системе, является критически важной проблемой. Разработка инновационных методов разделения частиц для точной сортировки магнитных шариков заданного размера имеет большое значение.