在快速發展的微流控領域，顆粒操控技術正逐漸成為跨學科應用的關鍵技術。利用精確管理微量液體和單芯片多系統集成的能力，其涉及在流體環境中對微納米尺度的實體進行有效控制和引導。精準操控循環腫瘤細胞、細胞外囊泡、化學試劑以及各種其他顆粒對于高通量篩選、疾病診斷及細胞水平的生物學研究至關重要。將顆粒操控技術整合到芯片實驗室系統，可為現場快速診斷、個性化醫療和便攜式分析系統帶來新的范式。

近日，浙江大學胡國慶教授團隊聯合大連理工大學薛春東副教授團隊在英國皇家化學會期刊 Lab on a Chip 發表了題為“Particle manipulation under X-force fields”的Critical Review，系統闡述了X力場下顆粒操控的最新進展，并對未來發展方向進行了展望。這篇綜述涵蓋了顆粒操控的廣泛領域，從基礎的單模態方法到先進的多模態策略，都進行了深入的探討。文章首先介紹了六種基本力—流體動力、重力、光學、磁力、電力和聲力—的作用機制和單獨應用。例如，流體動力操控利用流體動力學特性和通道幾何形狀，無需外部力場即可操控顆粒，其優勢在于簡單、高通量和良好的生物相容性，廣泛應用于血液分析、微生物檢測等領域。光鑷技術作為光學操控的代表，利用高度聚焦的激光束捕獲和操縱微觀顆粒，在單顆粒操控、生物分子相互作用研究等方面具有獨特的優勢。

然而，單一力場下的顆粒操控在面對復雜應用場景時往往力不從心。因此，該綜述重點介紹了多模態操控策略，即結合兩種或兩種以上力場協同作用，實現更精準、高效的顆粒操控。例如，慣性力和彈性力的結合可以提高顆粒對準和分離的精度；電場和磁場的耦合可以實現遠距離操控和實時調節；慣性力與聲波的協同則可以提高細胞分選的效率和純度。文章詳細闡述了不同力場組合的優勢和應用場景，為多模態顆粒操控提供了全面的指導。

除了傳統的六種基本力，該綜述還探討了近年來興起的幾種創新力場，如界面力、熱梯度力、浮力和化學梯度力等。這些新興力場為顆粒操控提供了更多可能性，例如，界面力可用于控制顆粒在不同相界面處的吸附和運動；化學梯度力則可用于實現顆粒的選擇性操控。

更進一步地，該綜述還關注了人工智能、自主系統、自供電系統和通道結構重塑等前沿技術與顆粒操控的結合。AI 算法，特別是機器學習模型，可以分析顆粒行為、預測運動軌跡并優化操控策略，實現更高效、自主的顆粒操控。微納米機器人作為顆粒操控的“微型執行器”，能夠在微觀尺度下完成復雜的操控任務。自供電系統則解決了顆粒操控裝置的能源供應問題，提高了其自主性和可持續性。3D 微流控和可伸縮微流控技術則為顆粒操控提供了更靈活、更貼近實際生物環境的操作空間。

最后，該綜述總結了當前顆粒操控領域面臨的挑戰，并對未來發展方向進行了展望。可擴展性、多力場協調控制、以及在復雜環境下的穩定性和可重復性等問題仍需進一步研究。該綜述的發表，不僅總結了顆粒操控領域的最新研究進展和未來發展趨勢，也為芯片實驗室技術在生物醫學、材料科學和環境工程等領域的廣泛應用提供了有益思路。

論文信息

· Particle manipulation under X-force fields
Chundong Xue^#, Yifan Yin^#, Xiaoyu Xu, Kai Tian, Jinghong Su and Guoqing Hu*（胡國慶，浙江大學）
Lab Chip, 2025, Advance Article
https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2025/lc/d4lc00794h