一种连续分离纳米颗粒的确定性横向迁移装置

　　近年来，关于如何建立芯片连续流颗粒分离方面的研究很多^[1-4] ，确定性横向迁移(DLD)装置就是其中一种。DLD利用微米尺寸的障碍物结构而不是分析物的化学性质进行分离，因此能避免任何蛋白质结构和构象变化。该装置在快速分离纳米级分子方面有很大的潜力，例如生物分子混合物中的蛋白质低聚体。这样的芯片装置可在高通量蛋白质结构状态研究中用作芯片实验室系统的一个附加组件^[5] 。

　　1 确定性横向迁移

　　DLD是一种将微流控通道的层流特征与流体在障碍物周围分叉相结合的分离方法^[4,6] ，成行的微柱或缓冲杠之间形成间隙 g，构成流体通道中的障碍模式。微柱中心之间的距离定义为λ ，相对于前一行障碍物，每行障碍物水平移动Δλ(见图1)。N定义为障碍物阵列周期数，即流体回到起始位置需要的障碍物行数(见图2a，此处，N=4)。同时，N也是任意两个水平障碍物之间的薄层数。大粒子被撞击偏移的角度θ，可由tanθ=1/N得到。 由此式可知：偏移角随着周期的增大而减小。因此，大周期将形成很小的偏移角度，进而导致分离结果难以观察。为了获得足够的分离度，大周期的装置需要合适的分离长度。

　　颗粒总是沿着流体的质量中心在障碍物矩阵中运动^[4] ，因此粒径小于流体宽度(β)的颗粒将以左右摆动的形式流过这个结构，在障碍物( “之”字形模式)周围以“之”字形随流体向下运动。小颗粒将流过流体的所有层流，经过N行后回到起始行道。另一方面， 粒径大于流体宽度的颗粒，其质量中心不在第一行道上，这些颗粒因被微柱碰撞(如图2b 所示)而将水平迁移到其他的行道(迁移模式)。两种运动模式之间的转变主要取决于临界颗粒半径(R _c)以及与流体宽度之间的关系。其中，Rc为被障碍物碰撞的最小颗粒半径，与第一道流体宽度β(平均速度分布图中，β等g/N)有关，因此R _c=ag/N。其中，参数 a在压力驱动流的情况与非均匀速度变化图有关。通过间隙之间的流体通量平衡可以得到每一个颗粒速度变化图对应的参数 a。对于均匀速度图(例如塞状流)，a=1;对于抛物线速度图

　　2 微加工方法

　　首先用光刻方法将图形转移到事先喷溅到硅板上的光阻聚合物层上，然后用深度反应离子蚀刻技术将结构转移到硅板上，最后用氧化处理来改变结构的尺寸。通过阳极键合的方式将硅板和带有入口和出口的玻璃板键合起来。如图3所示：每块硅板上都含有3组装置，周期数分别是100，150和200(相应的临界半径分别是57.5，47.0和40.5 nm)。此结构的几何参数如下：λ是8.0 μm;Δλ分别是80，53和40 nm(分别对应100，150和200的周期数);蚀刻深度是9.0 μm。