基于离子浓差极化的肿瘤标志物分离富集模拟

摘要

针对基于离子浓度极化的单膜微流控系统难以实现多组分分离与富集的问题，该研究提出了一种新型多级阳离子交换膜（CEM）微流控设计策略.通过调控CEM的参数，构建可控的局部梯度电场，从而实现复杂样品中特定痕量分子的精准分离和富集，以提升生物传感器的检测灵敏度.该研究采用有限元分析方法，建立了耦合流体动力学、离子迁移与电势分布的多物理场数值模型.在微流控通道中设计3组CEM,通过调节阳离子选择性渗透膜的位置、宽度和布局，在恒定电压与流速条件下进行有限元分析.结果显示，通道内形成3个局部电场，其强度依次增强，分别为2.51×10～4 V·m^-1、5.05×10～4 V·m^-1和8.11×10～4 V·m^-1.依托该多级电场，成功在特定位置富集了3种肿瘤标志物——基质金属蛋白酶抑制剂-1（TIMP-1）、癌胚抗原（CEA）和催乳素（PRL）,其富集峰值浓度分别为46.5μmol·L^-1、59.3μmol·L^-1和121.2μmol·L^-1.通过调节膜宽度与间距，还实现了TIMP-1、肝细胞生长因子（HGF）和前列腺特异性抗原（PSA）的有效分离与富集.

关键词

微流控 / 离子浓差极化 / 离子选择性渗透膜 / 分离 / 富集