中國科學技術大學等科研單位的研究人員開發出一款微型磁驅動旋轉過濾器，以過濾芯片實驗室微流控器件內的微粒。

用于微流控通道的微型磁驅動旋轉過濾器，這款過濾器寬僅70微米，高只有60微米，兩個側翼布有很多6.5微米的方形開口（圖片來源：中國科學技術大學，比例尺：10微米）

據麥姆斯咨詢報道，由中國科學技術大學、合肥工業大學和日本理化學研究所光量子工學研究中心（RIKEN Center for Advanced Photonics，RAP）的研究人員組成的一支國際研究團隊制造了一款微型磁驅動旋轉過濾器，可用于過濾芯片實驗室（lab-on-a-chip）器件內的微粒。他們通過開發一種可用于高精度3D打印（雙光子聚合技術）的磁性材料，制作了該款微型旋轉過濾器。

據研究人員介紹，微流控芯片，或稱為芯片實驗室器件，可在僅幾平方厘米或更小的芯片上執行多種實驗室功能。該類器件可用于眾多生物醫療領域，例如篩選具有治療潛力的藥物分子、通過血液檢測來發現疾病等。

“通過改變外部磁場的方向，我們制造的微型磁驅動旋轉過濾器可以實現遠程操作，按需過濾特定大小的微粒。”中國科學技術大學的研究人員吳東介紹說，“該功能可用于芯片實驗室器件在化學和生物方面的多種研究工作，重要的是，該濾波器可以被重復使用。”

該研究團隊表示，這款微型磁驅動旋轉過濾器可以在芯片實驗室器件中對微粒進行高效分選。

“這款微型過濾器可用于分類不同大小的細胞，例如分離循環腫瘤細胞（CTC）并進行分析，或檢測預示可能患病的異常細胞。”中國科學技術大學的研究人員王朝煒說道，“隨著進一步研究，該微型過濾器甚至可以作為癌癥檢測的器件植入人體內。”

帶有微米級孔徑的過濾器常用于微流控芯片，作為一種根據孔徑大小對微粒或細胞進行分選的方法。然而，由于微型過濾器中孔的數量和形狀不能動態改變，現有器件對不同類型的微粒或細胞缺乏按需分類的靈活性。為了擴大微流控芯片的用途，該研究團隊開發了一款可以在選擇性過濾和“通過”等模式之間自由切換的微型過濾器。

該研究團隊利用雙光子聚合（Two-photon polymerization，TPP）技術制造了該款微型過濾器。雙光子聚合是一種基于光敏材料（光刻膠）同時吸收兩個光子的非線性光學過程，該項技術可以高于光衍射極限的精度制造任意3D結構。最終結構材料不僅限于聚合物，例如通過二次化學轉化過程可將材料轉化為硅。

雙光子吸收需要高光強——這是由高度聚焦的飛秒激光束來實現的。由于雙光子吸收強度與光強的平方成正比，雙光子吸收僅僅在光束聚焦處發生，從而提供很高的空間分辨率。同樣地，光刻膠僅僅在光束的橢圓焦點處發生聚合，被稱為“體素”（Voxel）。通過利用激光在三維空間內掃描光刻膠可以逐個體素“寫出”目標結構。在雙光子聚合過程中，材料周圍的氧氣在某種程度上淬滅自由基，使得最小特征尺寸可達100nm左右。雙光子聚合的另一個優點是，許多聚合物在近紅外波段線性吸收幾乎為零，這使得該波段激光可深入滲透到材料內部。這兩個優點使得其余方法無法實現的納米結構得以生成。

為了制造這款微型過濾器，研究人員合成了磁性納米粒子，并將其與光刻膠混合，并且還需要優化用于雙光子聚合的激光功率密度、脈沖數和掃描間隔。在載玻片上測試其磁驅動特性之后，研究人員將微型過濾器集成到芯片實驗室器件中。

為了過濾較大的微粒，研究人員先采用垂直于微通道的磁場，利用過濾器“滯留”大微粒。過濾過程完成之后，可以通過施加一個平行于微通道的磁場，將過濾器旋轉90度，以清除大微粒，從而可以根據需要再進行下一次過濾操作。

研究人員利用直徑為8.0微米和2.5微米的聚苯乙烯微粒，混合在酒精溶液中，驗證了微型過濾器的過濾性能。

“很明顯，小于孔徑的微粒很容易通過這款微型過濾器，而較大的微粒則被濾出。”中國科學技術大學的研究人員張晨初說道，“當切換到‘通過’模式，過濾器捕獲的大微粒都會被流體沖走，這防止了過濾器被堵塞，并實現了過濾器的重復使用。”

該研究成果已發表在Optics Letters期刊上。

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