由大到小排到好

Original publish date:Jun 25, 2004

編輯 youko 報導

科學家製造出一個微流體裝置，可以又快又好地分離微米尺寸顆粒。

以往想要分離不同大小的物質顆粒，最常使用的方法就是尺寸排除色層分析法（size exclusion chromatography, SEC）或是流動色層分析法（hydrodynamic chromatography, HDC）。不過在這些方法當中，由於大小相近的粒子，不會以同樣的路徑移動，這使得這些方法的解析度受到影響。對於後者來說，不同的流速也會影響分離的解析度。於是分離物質的速度以及解析度似乎成為了令科學家兩難的問題，不過由普林斯頓大學的Lotien R. Huang所領導的研究卻提供了一個好解答。

拜現今微型製造技術（microfabrication technology）之賜，Huang等人製造了一個以微米為單位的障礙物陣列裝置（類似彈珠台的設計），其中每一列都會與其他列錯開一點。障礙物之間的渠道，可以再細分為三個小流道。由於每個小流道的雷諾數（Reynolds number)低（約10^-3），而且是以層流（laminar flow）的形式流動，所以各個小流道的水流不會相混。

當待測物顆粒小於小流道的寬度，則待測物會在遇到障礙物時，移動到不同編號的流道，他們將這種移動方式稱為Z字模式（zigzag mode）。若待測物顆粒大於小流道寬度，則待測物即使遇到障礙物也會待在同樣編號的流道中，他們將這種移動方式稱為取代模式（displacement mode）。由於可以預知待測物顆粒行進的路徑，只要改變渠道的寬度，就可以改變分離待測物的解析度。

他們使用直徑分別為0.8、0.9、1.03微米的小珠子，以每秒400微米的流速來進行實驗，所花的時間為40秒。珠子分離結果的變異係數分別為1.1％、1.2％、1.9％。利用準彈性雷射光散射（quasi-elastic laser light scattering）來檢驗其結果，變異係數也是在1％左右；穿透式電子顯微鏡（transmission electron microscopy）的檢驗結果顯示，這個裝置的對於顆粒大小的解析度誤差約在1～2％左右，大約小於20奈米。

以同樣大小的珠子用流動色層分析法來分離，其結果的精確度為15％，準彈性雷射光散射則為3％，電子顯微鏡的精確度雖可小於1％，但無法在分離過程中同時進行檢驗。

他們也使用這個裝置來分離細菌的染色體，這是以電流來驅動染色體的前進，其染色體移動的模式也與用液體驅動物質顆粒一樣。所使用的細菌染色體分別為61kb以及158kb，其以重量為衡量基準的變異係數分別為12％及5％左右。不過分離時間僅花了10分鐘，相較於傳統的方法來說快了許多。

該研究團隊認為，這個裝置可以為生物學上的研究帶來重大的改進，除了取代離心機的功能之外，也許能用來分離尺寸只有些許不同的各種病毒。其他的應用上，這個裝置也可以協助分離不同大小的藥物粒子，甚至改進噴墨印表機的列印品質。

原始論文：

Lotien Richard Huang, et al. Continuous Particle Separation Through Deterministic Lateral Displacement. Science, 304, 987 – 990,(2004).

參考來源：

• EurekAlert!: Tiny tango: Device sorts microscopic particles with speed an

相關連結：

• size exclusion chromatography
• HDC-Chip

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