微流控技术精确操控和高通量分析的能力，推动了细胞弹性测量和基于弹性的细胞分选。文章重点介绍了基于弹性的分选在生物医学领域的应用，包括细胞分类、临床诊断、药物筛选和干细胞分化预测。
1. 细胞弹性测量技术
传统方法如微量移液器抽吸（MPA）、原子力显微镜（AFM）和光镊在推动细胞力学研究方面发挥了重要作用，它们能够精确测量微尺度下的力和变形。
结合微流体装置可以克服传统方法存在的问题，用于高通量、自动化地测量细胞弹性并实现后续处理，如细胞分选等。
其中，微量移液器抽吸通过细吸管将细胞部分吸入微管，借助显微镜观测不同吸力下的细胞变形，从而评估其弹性；
AFM则通过压痕实验结合Hertz-Sneddon模型，实现纳米级分辨率的力学测量；
光镊技术利用激光束捕获并非接触性地拉伸细胞，可精确测量细胞的力学响应，同时与微流控结合扩展了操控能力；
磁性镊子通过磁场作用于表面附有磁珠的细胞，非侵入性地测量其变形和弹性特征。
微流体技术则通过精密设计的微通道对细胞施加控制压力，结合图像识别、深度学习与计算流体力学模型，不仅实现了收缩、拉伸及剪切变形下的细胞弹性测量，还支持大规模自动分析。
2. 基于弹性的细胞分选应用
1) 细胞类型分类
细胞弹性作为一种重要的无标记分离参数，已被广泛应用于不同类型细胞的识别与分选。
不同细胞具有各自特异的弹性模量，使其在无需荧光标记的情况下即可实现高效分离，避免了染料对细胞功能的潜在干扰，适用于细胞治疗等场景。
例如，Nawaz等人通过变形性流式细胞术在无标记条件下成功从全血中分离出不同类型血细胞，且在连续10小时的实验中实现了白细胞667倍的富集；
Wang等人设计的带有对角脊结构的微流体芯片可根据细胞在通道中松弛速度的差异，利用粘弹性将K562细胞与白细胞高效分离；
Li等人则开发了一种多阶段微流控平台，先通过DLD芯片按大小预分选，再利用锥形通道根据硬度区分循环肿瘤细胞（CTC）与白细胞，实现了从血液中高效、无标记、高纯度地富集CTC，展示了微流体在细胞分选领域的巨大潜力。
2) 疾病诊断与研究
癌细胞独特的机械特性，尤其是较低的弹性模量和较高的柔软性，已被证实是早期癌症诊断和转移潜能评估的重要指标。
癌细胞在转移过程中常表现出较强的可变形能力，有助于穿过狭窄的细胞外基质。
多项研究发现，乳腺癌、前列腺癌、卵巢癌等多种癌细胞均比正常细胞更柔软，且弹性差异可用于高效无标记分选。
例如，水凝胶微珠弹性浮选法可从全血中分离乳腺癌细胞；激光镊子技术也能基于红细胞弹性鉴别镰状细胞病变；
微流控芯片通过流体力学诱导细胞变形，结合形态参数分析，实现对不同弹性的癌细胞（如MDA-MB-231与MCF-7、RT4与T24、B16系列、卵巢癌细胞等）的高效分选与表征。
最新研究还通过设计收缩-扩张通道、周期性脊状结构或利用惯性流控策略，进一步提升了细胞分选的效率和纯度（准确率最高达99.2%）。
这些无标记、高通量、高分辨率的微流控分选平台为癌症早筛、转移监测及精准医疗提供了有力技术支撑。
3) 药物筛选
药物处理常引发细胞骨架重组，显著改变细胞机械性能，进而可作为评估抗癌治疗效果的重要指标。
研究发现，多种药物（如西妥昔单抗、顺铂、阿霉素、紫杉醇等）能提高癌细胞的弹性模量，反映其力学行为变化。
例如，西妥昔单抗和顺铂处理显著增加肺癌细胞刚度；依西美坦和依维莫司提升乳腺癌细胞弹性模量，而来曲唑则降低其刚度。
放疗同样影响细胞机械特性，细胞持久性与形变能力密切相关。
肌动蛋白丝的解聚也被证实显著降低细胞弹性，如细胞松弛素D可使细胞变软。
微流控技术也可用于分选药物敏感性不同的细胞群体，揭示耐药细胞的力学特征与凋亡敏感性、代谢活性及药物排出之间的关联。
基于机械性能变化的检测方法为抗癌药物筛选与治疗响应监测提供了高效无标记的技术手段。
4) 干细胞分化
干细胞因其自我更新和分化能力，在再生医学中备受关注，其机械特性尤其是弹性对细胞行为和分化起关键作用。
弹性差异可用于分选具有不同分化潜力的干细胞亚群，如软性脂肪组织来源的间充质干细胞（MSC）更倾向脂肪分化，而弹性模量超过150Pa的干细胞表现出高度成骨潜力。
针对造血干细胞（HSC），微流控芯片可分选出变形能力强的亚群，促进其循环和归巢。
基于变形性和粘附性的分选技术同样增强了癌症干细胞的干细胞样特征和转移能力。
微流控技术不仅帮助评估干细胞的机械特性，还能模拟体内微环境，揭示干细胞分化机制，推动干细胞治疗的发展。
5) 细胞衰老和活力
细胞衰老引起多种特性变化，包括ATP水平、基因表达和分化潜能等，同时伴随细胞刚度显著增加。
研究显示，人类上皮细胞和真皮成纤维细胞随衰老杨氏模量增加2-4倍，老年动物细胞比年轻细胞更硬。
利用微流控装置和微量移液技术，也观察到细胞代次增加时刚度大幅上升。
鉴于活细胞与死细胞硬度差异明显，细胞硬度被用于分选，如通过微流体芯片成功富集活细胞并提升纯度。
细胞刚度也会影响组织工程中细胞活力和胶原结构完整性，MEMS装置能精确测量单细胞刚度，进一步区分活细胞与非活细胞，为衰老和细胞状态研究提供重要机械指标。
ZH_CN 
EN