磁源

三種類型的磁源通常用于微型和納米物體處理：電磁鐵，軟磁鐵和永磁鐵。電磁鐵和軟磁鐵都具有允許開/關切換的優(yōu)點，但它們通常需要繁瑣的輔助設備來執(zhí)行此任務。電磁鐵還具有焦耳加熱的缺點，這對微流控來說可能是一個很大的麻煩。另一方面，永磁體不能關閉。在某些情況下，這是一個很大的優(yōu)勢，特別是如果它們縮小并集成到微系統(tǒng)中，那么微系統(tǒng)就是自治的。

商業(yè)磁性顆粒分離

Miltenyi在文獻中報道了最早用磁體捕獲大塊磁體的作品。在這項工作中，使用Miltenyi Biotec公司的磁性細胞分選儀（MACS）分離磁性顆粒標記的細胞與未標記的細胞?？梢杂^察到三個基本步驟：感興趣的物體用磁性顆粒標記; 該溶液通過MACS柱，其中標記的細胞被磁體捕獲，而其他標記的細胞被收集在柱的出口處; 捕獲的細胞從磁場的作用范圍中移除并收集。

用微流控進行磁性顆粒分選

最近幾年，磁性控制顆粒和樣品的普及度有所增加。它的兩個主要優(yōu)點是非接觸式致動和在吸引和/或排斥中致動的可能性。微米和納米顆粒的制造也促進了磁泳方法的使用。例如，精確控制的磁性顆粒可以用特定的蛋白質，抗體或表面活性劑化合物來生產和功能化。因此，它們可以在某種媒介中變得穩(wěn)定，并且更重要的是，對非常特定的目標物體起反應。最近，微流體技術已經(jīng)成為該領域非常有趣的技術。它的許多優(yōu)點甚至被歸類為“幾乎太好，不真實”。
本綜述介紹了磁通量源，磁性粒子和微流體相結合以執(zhí)行粒子分選和處理的應用示例。

使用大塊磁體的磁性微流體顆粒分選

Hoshino等人使用了相同的原理。開發(fā)微流體系統(tǒng)，其中反向平行磁化的體磁體并排排列，以產生更高的場梯度[5]。該系統(tǒng)用于捕獲磁性標記的癌細胞并在微流體通道內觀察它們。
其他研究小組正在研究類似的阻斷和解鎖顆粒的想法。例如，批量永磁體也被用來為磁性標記的細胞提供一個特定的空間排列[6]，并產生磁性顆粒的毛發(fā)狀結構。

用于微流控顆粒分選的軟磁體

Tseng等人展示了磁性物體在軟磁元件上方吸引的示意圖。在[8]中。宏觀的磁場源使微米或納米尺度的軟磁元件極化，其產生吸引圓形磁標記物體的場和場梯度。這些元素已被廣泛用于捕獲磁性顆粒，將它們集中在確定的位置并將它們從混合溶液中分離出來。

用于微流控粒子定位的軟磁體

捕獲/釋放方法也被用于生物學研究[13]。例如，Ino等人開發(fā)了一種基于在軟鐵上生成的微結構柱的磁性標記細胞組織方法[14]。在某些條件下，單個細胞可以被捕獲在每個柱上方并單獨研究。

用于微流體粒子定位的電磁體

Ramadan等提出了可以集成在微器件中的微線的不同布置，特別是用于生物操縱[15,16]。該圖顯示了該組開發(fā)的一些配置以及所產生的粒子捕獲。

用于微流控粒子定位的永磁體

關于永久性微磁體和微流體的報道很少。Yellen 等人已經(jīng)報道了以高精度將非磁性顆粒定位在陣列磁性圖案之上的可能性[17]。由于微磁體和外部電磁體對分散在溶液中的磁性納米顆粒產生的磁場作用，非磁性熒光顆粒排列在精確的位置。在另一項工作中，當改變外部施加磁場時，磁性顆粒在相似磁性模式之上的位移被報道[18]。

用于微流控顆粒分選的永磁體

Issadore等人 使用微米尺寸的釹鐵硼晶粒在微流體通道附近形成高磁場梯度[19]。釹鐵硼晶粒懸浮在未固化的PDMS中，并在外場存在下自組裝。所述PDMS然后被固化和微流體通道在磁體陣列上方建造。該系統(tǒng)用于分選高純度的磁性/非磁性顆粒和標記/未標記的細胞。

用于微流控顆粒分選的自主微型磁體

Zanini等人介紹了一種結合磁性微結構硬磁釹鐵硼薄膜的器件。使用熱磁圖案化將平膜形成微結構，由此產生尺寸在5至100μm范圍內的微磁體。磁性微粒和納米粒子通過磁體上方產生的微流體通道流動。俘獲發(fā)生在磁體上方的特定區(qū)域，通過增加通道中的流速獲得釋放。利用磁性和非磁性顆粒的磁性特征進行分選，獲得了高效率，高達99.9％的純度[20]。

連續(xù)流動微流體磁選

粒子捕獲和釋放可以相對容易地執(zhí)行。另一方面，持續(xù)引導，尤其是用微流體分選顆粒可能是一項更加困難的任務。需要良好的吸引力控制以及磁力和阻力之間的良好平衡。已經(jīng)報道了使用塊狀永磁體，軟磁體和電磁體進行連續(xù)流動磁性細胞分選的許多成功嘗試，如下所示。

用于連續(xù)微流體顆粒分選的大塊磁體

Pamme設計了一個結合微流體和大塊永磁體的系統(tǒng)，其目標是根據(jù)磁性標簽將物體導向不同的出口。一個通道入口用于泵入液體溶液包含研究對象，同時將緩沖溶液泵入其他進口。應該注意的是，磁鐵的位置在主入口的相對側。這些出口用于收集含有由標簽分開的顆粒的溶液。這個系統(tǒng)已經(jīng)被用來根據(jù)它們的敏感性對磁性顆粒進行分類[21]?；诖啪睾土降拇判灶w粒標記的細胞[22]; 基于磁響應溫度變化的磁性粒子[23]; 和不同類型的細胞，基于它們的內吞能力[24]。

用于連續(xù)微流體顆粒分選的軟磁元件

Afshar等人開發(fā)了一種基于軟磁體進行顆粒分選的系統(tǒng)。（Martin Gijs教授團隊）。該系統(tǒng)由靠近微流體通道的軟磁極組成，該磁性元件由線圈極化。存在兩個不同的磁致動區(qū)域。第一區(qū)具有吸引和集中在磁化元件附近流動的磁性粒子的相同功能。第二個活動區(qū)位于通道的更遠處，并將粒子吸引到通道的另一側。作用在顆粒上的吸引力取決于它們的尺寸，因此，不同大小的顆粒可以分開，如圖的第二幀所示[25]。

Han等人 使用由外部磁場磁化的鐵磁線以分離紅血球和白血球[26,27]。由于紅細胞（RBC）被吸引到最高的磁場梯度，而白細胞（WBC）被排斥，所以這些細胞可以使用簡單的裝置進行分選。在該圖中，包含兩種類型的單元的解決方案被泵入唯一的入口并通過三個可能的出口離開通道。放置在通道中心的鐵磁線集中RBC，將RBC引導至中心出口，同時WBC被排斥并通過兩個外部出口排出通道。

仍然基于對象的連續(xù)分類，使用鐵磁條帶已經(jīng)取得了許多進展。在微流體通道內受到拖曳力作用的磁性標記物體在軟磁條附近通過時也會受到磁力的作用。磁力與阻力之間的角度使物體偏離其初始路徑，因此可以實現(xiàn)分離。這種二元分離（磁性/非磁性）已在多個出版物中報道[28,29]。

Derec等人報道了基于分離顆粒偏差的其他系統(tǒng)。[30]和Shevkoplyas等人。[31]。在這種情況下，顆粒的偏差通過由微流體通道附近的金屬絲產生的永磁場來獲得。在由Shevkoplyas組產生的系統(tǒng)中，在中心看到微流體通道，每側都有導電線。通道內部的磁性顆粒首先隨機分散，因為沒有磁場作用于它們。一旦電流通過頂部導線，粒子就會被吸引并集中在通道的一側。這種方法可以用來連續(xù)分選粒子，因為它們被連續(xù)引導，而不是被捕獲/釋放。

用于連續(xù)多重微流控顆粒分選的軟磁元件

Adams等人 開發(fā)了一個基于相同原理的系統(tǒng)，但可以對三種類型的對象進行排序[32]。該系統(tǒng)具有一個用于解決待分類物體的入口和一個用于緩沖溶液的入口。物體集中在通道的一側。第一組磁條偏離第一組磁標記物體，而第二組偏離第二組。第三組沒有標記，并且遵循流體流動而沒有偏離。這三個小組收集在不同的方便放置的出口。由于使用了不同的標簽，兩個不同的磁性標記物體的分離是由于拖曳力和磁力的差異造成的。

用于微流控顆粒分選的電磁體

另一個有趣的系統(tǒng)是由Fulcrand等人開發(fā)的。（A.-M.Gué的團隊），它允許動態(tài)粒子操縱[33]。磁性顆粒通過微流體通道在液體溶液中流動。從通道一側到另一側依次設置的一組微線圈位于通道下方。第一個線圈被激活以捕獲磁珠。隨后的線圈被激活并且先驗被去激活，將通道中的顆粒組進一步移位并朝向通道部分中的不同位置。重復此操作直到顆粒便于放置在通道出口處，然后顆粒從線圈中釋放出來并收集起來。