全血からのウイルス分離のためのマイクロ流体デバイスの微量散布された大型構造

細胞懸濁液や血液からの生体ナノ粒子の分離と濃縮は、多くの化学的および生物医学的慣行における重要なステップです。ここでは、血液からウイルスを捕獲するために規則的およびマルチスケールのモノリシック構造を組み込んだマイクロ流体免疫クロマトグラフィー装置の設計と製造を実証します。このデバイスには、単純なフロースループロセスでサイズ排除とアフィニティクロマトグラフィーを実行するために、マクロポーラス材料のマイクロパターン化された配列が含まれています。アレイのマイクロスケールギャップにより、マクロポーラスマトリックスがウイルスキャプチャを促進する一方で、細胞の通過が可能になります。計算分析により、多孔質マトリックスへの流体透過は、マイクロパターンの形状、分離距離、寸法によって制御可能であることが明らかになりました。モデルシステムとしてヒト免疫不全ウイルス（HIV）を含む血液サンプルを使用した実験分析は、固体マイクロパターンを含むものよりもマルチスケール構造を組み込んだデバイスを使用して、ウイルスの捕獲効率が大幅に改善されることをさらに証明します。通常およびマルチスケール構造を備えたこのようなマイクロ流体デバイスは、ナノおよび微小サイズの両方の種を含む複雑な混合物からの広範囲のバイオナノ粒子と、幅広いバイオナノ粒子の分離と濃度の可能性があります。

Separation and enrichment of bio-nanoparticles from cell suspensions and blood are critical steps in many chemical and biomedical practices. We demonstrate here the design and fabrication of a microfluidic immunochromatographic device incorporating regular and multiscale monolithic structures to capture viruses from blood. The device contains micropatterned arrays of macroporous materials to perform size-exclusion and affinity chromatography in a simple flow-through process. The microscale gaps in the array allow the passage of cells while the macroporous matrices promote viral capture. Computational analyses reveal that fluid permeation into the porous matrices is controllable by the micropattern shape, separation distance and dimensions. Experimental analyses using blood samples containing human immunodeficiency viruses (HIV) as a model system further prove significantly improved viral capture efficiency using devices incorporating multiscale structures than those containing solid micropatterns. Such microfluidic devices with regular and multiscale structures have a potential for the separation and concentration of a wide range of bio-nanoparticles as well as macromolecules from complex mixtures containing both nano- and micro-sized species.