在自然界中，雨生紅球藻是蝦青素含量最豐富的物種之一。許多研究表明，雨生紅球藻中蝦青素的積累率和總產(chǎn)量均高于其他綠藻，其蝦青素含量可達(dá)干重的3.0%甚至更高，具有抗衰老、治療炎癥等多種生物功效，被譽(yù)為天然蝦青素的“濃縮物”。雨生紅球藻具有復(fù)雜的生命周期，在不同的環(huán)境條件下具有不同的細(xì)胞形態(tài)。通常情況下，雨生紅球藻是尺寸較小、蝦青素含量較低的游動(dòng)細(xì)胞。在光脅迫條件下，蝦青素在尺寸較大的藻細(xì)胞中積累。因此，富含蝦青素的雨生紅球藻的分離對(duì)于微藻生物學(xué)和食品化學(xué)至關(guān)重要。

目前已經(jīng)有多種高通量、高精度和低成本的微流控技術(shù)來分離微藻，包括利用外部物理場(chǎng)的方法，例如介電泳、磁泳和聲泳來進(jìn)行微藻分離；也有利用固定的通道結(jié)構(gòu)進(jìn)行分離的方法，比如慣性聚焦和彈慣性聚焦。與上述分離方法相比，粘彈性-慣性微流控芯片能夠在簡(jiǎn)單的直通道中實(shí)現(xiàn)三維聚焦，無需任何外力場(chǎng)或復(fù)雜的通道結(jié)構(gòu)。顆粒尺寸是彈慣性聚焦和分離的主要參數(shù)，顆粒分離的截止閾值高度依賴于阻塞率，阻塞率是顆粒尺寸與通道水力直徑的比率。當(dāng)阻塞率超過一定值時(shí)，大顆粒將發(fā)生反向遷移并與小顆粒分離。對(duì)于微藻細(xì)胞分離，細(xì)胞尺寸是預(yù)先確定的，調(diào)整阻塞率需要改變微流體通道的直徑。然而，一旦在現(xiàn)有的剛性微流控器件中完成通道設(shè)計(jì)，通道幾何形狀就很難改變，所以目前的剛性器件不能用于分離截止尺寸不確定的微藻。因此開發(fā)一種可拉伸微流控器件，能夠?qū)崟r(shí)靈活地調(diào)整微流控芯片的幾何形狀，實(shí)現(xiàn)微藻分離截止尺寸的動(dòng)態(tài)調(diào)整，具有一定的研究?jī)r(jià)值。

近期，深圳大學(xué)閆昇研究員課題組報(bào)道了一種制備超拉伸Ecoflex微流控芯片的新方法，實(shí)現(xiàn)了雨生紅球藻的尺寸可調(diào)的粘彈性-慣性分離。相關(guān)成果以“Size-tunable elasto-inertial sorting of Haematococcus pluvialis in the ultra-stretchable microchannel”為題發(fā)表在國際化學(xué)權(quán)威雜志《Analytical Chemistry》上。

圖1 超拉伸Ecoflex微流控系統(tǒng)示意圖

在這項(xiàng)工作中，團(tuán)隊(duì)提出了一種制造超拉伸Ecoflex微流控芯片的新方法，并開發(fā)了一種用于雨生紅球藻的尺寸可調(diào)的粘彈性-慣性分離技術(shù)。首先，研究人員使用液態(tài)金屬（鎵）作為模具，在沒有等離子體鍵合的情況下直接制造了Ecoflex微流控芯片，實(shí)現(xiàn)了最大500%的拉伸和超過100%的通道尺寸變化。然后，研究人員系統(tǒng)地研究了流量、通道伸長和粒徑對(duì)粘彈性-慣性顆粒遷移的影響，發(fā)現(xiàn)通道伸長可以高效調(diào)節(jié)顆粒的聚焦流量范圍和臨界聚焦尺寸。最后，研究人員展示了基于超拉伸Ecoflex微流控芯片的雨生紅球藻細(xì)胞的無鞘、無標(biāo)記、動(dòng)態(tài)尺寸可調(diào)分離。通過調(diào)節(jié)通道幾何形狀，微藻分離通道的分離閾值可以從35 μm調(diào)節(jié)到15 μm。與其他微藻分離技術(shù)相比，該方法顯示出優(yōu)異的分選純度、產(chǎn)率和可調(diào)的微藻分離閾值。

圖2 雨生紅球藻在一進(jìn)三出通道中的分選示意圖

綜上所述，該研究利用通道尺寸（>100%拉伸）可以寬范圍調(diào)制的微流控芯片，對(duì)具有寬尺寸分布（5μm~ 65 μm）的微藻細(xì)胞進(jìn)行了尺寸可調(diào)分離。這種微藻分離的尺寸分選技術(shù)將為微藻的高產(chǎn)和定向進(jìn)化提供了技術(shù)支持。

審核編輯：劉清