納米材料最近引起了各個(gè)學(xué)科的極大興趣。它們是一類(lèi)有趣的材料，具有驚人的磁性、催化、機(jī)械、電學(xué)和光學(xué)特性，這是散裝材料無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。磁性納米粒子在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、化學(xué)、生物學(xué)和納米醫(yī)學(xué)等各個(gè)領(lǐng)域都產(chǎn)生了巨大的影響。由于其新穎的磁性和有前景的應(yīng)用，它們?cè)谶^(guò)去十年中引起了科學(xué)界的極大興趣。這些納米粒子代表超順磁性、交換偏壓、表面不規(guī)則性等。

生物學(xué)家已在應(yīng)用中使用磁性納米粒子，包括但不限于 (i) 與抗體結(jié)合時(shí)的診斷目的；(ii) 用于分選目的的磁性標(biāo)記生物顆粒；(iii) 裝載藥物時(shí)靶向給藥；(iv) 磁熱療；(iv) 磁共振成像 (MRI)。

微流體系統(tǒng)提供了一種用于操縱流體和微小顆粒的新型技術(shù)。微流控芯片提供的高精度、自動(dòng)化和控制帶來(lái)了更好的材料處理、成本效率、便攜性、更低的原材料消耗和更高的可重復(fù)性。借助增強(qiáng)的微加工技術(shù)，可以將多個(gè)部件集成到單個(gè)微機(jī)電系統(tǒng)中并實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的任務(wù)，例如自動(dòng)連續(xù)和順序流動(dòng)、分離、混合等。因此，微流控芯片不僅可以作為新型納米顆粒生產(chǎn)工具，而且與磁性納米顆粒一起，為生物技術(shù)提供了巨大的機(jī)遇。

一些傳統(tǒng)的納米粒子合成方法是共沉淀、溶膠-凝膠、超聲處理、聲化學(xué)處理、熱沉積、氣相合成、等離子體、微波輻射、噴霧熱解、激光熱解、機(jī)械研磨和電弧放電。納米顆粒的獨(dú)特性質(zhì)與其尺寸和形態(tài)高度相關(guān)。因此，控制它們的生產(chǎn)參數(shù)至關(guān)重要；然而，在傳統(tǒng)的批量過(guò)程中實(shí)現(xiàn)這種控制通常具有挑戰(zhàn)性，并且它們可能會(huì)受到大量批次間差異的影響。微流體系統(tǒng)，包括連續(xù)流動(dòng)微反應(yīng)器和基于液滴的微反應(yīng)器，被認(rèn)為是合成磁性納米粒子的現(xiàn)代工具，具有重大改進(jìn)。然而，研究人員仍在處理基本目標(biāo)，如大規(guī)模微流控納米粒子生產(chǎn)、高通量自組裝磁性納米粒子合成、組成控制等、尺寸;和磁性納米粒子的形態(tài)。

磁性材料

所有物質(zhì)都是“磁性的”（即存在電子軌道和原子自旋之間的量子交換相互作用）；然而，這些材料也根據(jù)它們對(duì)外部磁場(chǎng)的反應(yīng)進(jìn)行分類(lèi)。抗磁性材料是所有電子以成對(duì)形式存在的材料，原子磁矩之間沒(méi)有交換相互作用。因此，抗磁性材料的凈磁矩為零，這意味著它們?cè)跊](méi)有外部磁場(chǎng)的情況下不顯示磁性?？勾判圆牧吓懦馔獠繄?chǎng)并由于其電子獲得的額外角動(dòng)量而被磁化。這種行為導(dǎo)致其磁化率曲線(xiàn)相對(duì)于外部施加的磁場(chǎng)呈負(fù)斜率。由于所有材料都有電子對(duì)，它們都表現(xiàn)出抗磁性。

與抗磁性材料類(lèi)似，在順磁性材料中，原子磁矩之間不存在交換相互作用，在沒(méi)有外部磁場(chǎng)的情況下，凈磁矩為零。然而，這些材料中的未成對(duì)電子在外部磁場(chǎng)中會(huì)導(dǎo)致凈正磁矩由于它們的成對(duì)電子而支配抗磁性負(fù)響應(yīng)。

在鐵磁材料（例如鎳、鈷和鐵）中，即使沒(méi)有外部磁場(chǎng)，也可以使用永久原子磁偶極子。這些材料表現(xiàn)出強(qiáng)大的負(fù)交換相互作用，克服了抗磁行為。它們對(duì)外部磁場(chǎng)表現(xiàn)出滯后行為。

反鐵磁材料顯示出固體的正交換相互作用。在這些材料（例如鉻）中，在低于臨界溫度（稱(chēng)為 Néel 溫度 ( T N )）時(shí)，施加磁場(chǎng)會(huì)使相鄰的原子矩以反平行形式排列，從而導(dǎo)致凈磁化強(qiáng)度為零。在較高溫度下，反鐵磁材料表現(xiàn)出順磁行為。在反鐵磁材料的特殊情況下，稱(chēng)為亞鐵磁材料（例如磁鐵礦，F(xiàn)e 3 O 4和磁赤鐵礦，γ-Fe 2 O 3）反平行矩形成非零凈磁矩。

可用的磁性納米粒子通常是鐵氧體或氧化鐵納米粒子（例如，磁赤鐵礦 γ-Fe 2 O 3或磁鐵礦 Fe 3 O 4）、金屬納米粒子（例如，F(xiàn)e 和 Co）或合金納米粒子（例如，Co/Pt 合金） . 這些納米顆粒有時(shí)也與涂層一起合成（例如，為了增加生物相容性）。

納米粒子合成

Edel 及其同事在 2002 年提出在微流控芯片中合成納米粒子。這種方法增加了對(duì)關(guān)鍵反應(yīng)參數(shù)的控制，如溫度、試劑濃度、流速和反應(yīng)時(shí)間。這種能力導(dǎo)致更好地控制顆粒特性，例如顆粒尺寸分布?；谖⒘黧w的磁粉合成方法是連續(xù)流動(dòng)和基于液滴的微反應(yīng)器以連續(xù)流形式生產(chǎn)納米顆粒的概念降低了合成納米顆粒聚結(jié)的可能性。此外，彼此隔離的液滴反應(yīng)器以不同的方式滿(mǎn)足了這一需求。

圖1、基于微流體的納米顆粒合成的兩種主要方法。（a）連續(xù)流動(dòng)微反應(yīng)器，其中顆粒在微通道中合成，以及（b）基于液滴的微反應(yīng)器，其中納米顆粒在液滴中合成。（a）中的黃色區(qū)域（混合）是可選的。

連續(xù)流微反應(yīng)器

連續(xù)流微反應(yīng)器是用于納米顆粒合成的最常用的基于微流體的反應(yīng)器。如圖所示圖1a，在這種方法中，前體進(jìn)入微流體通道，在那里形成納米顆粒。由于微通道中的層流，在這種方法中，擴(kuò)散是關(guān)鍵的混合機(jī)制。實(shí)現(xiàn)的緩慢混合過(guò)程保證了可重復(fù)的受控納米顆粒生產(chǎn)。然而，在一些納米粒子的合成中，需要更快的相互作用，因此使用另一種混合方法（例如，螺旋通道或主動(dòng)混合方法）

共沉淀是濕化學(xué)中合成納米顆粒的主要方法之一。磁性納米粒子通常通過(guò)鐵鹽與堿的共沉淀來(lái)合成。除了在大容量室中進(jìn)行傳統(tǒng)的共沉淀外，微流控芯片還可以在該技術(shù)中發(fā)揮反應(yīng)室的作用。

合成過(guò)程中的顆粒團(tuán)聚是主要挑戰(zhàn)之一。更好地克服該問(wèn)題的一種解決方案是通過(guò)提供表面活性劑涂層來(lái)保持顆粒之間的分子間距離。典型的方法是使用長(zhǎng)鏈聚合物，例如葡聚糖。

在許多生物應(yīng)用中，磁性納米粒子是體內(nèi)工具。因此，他們需要逃避免疫系統(tǒng)。微流控芯片也通過(guò)合成帶涂層的磁性納米粒子滿(mǎn)足了這一需求。例如，研究人員報(bào)告了基于微流體的合成~6 nm 氧化鐵磁性納米粒子，其封裝在聚（甲基丙烯酸甲酯）中，總尺寸為 100-200 nm。此外，科學(xué)家們還報(bào)告了載有藥物和特定于目標(biāo)組織的分子的磁性納米粒子。他們?cè)谶B續(xù)流動(dòng)的微流控芯片中混合前體。然而，微流控芯片也通過(guò)生產(chǎn)仿生磁性納米粒子更好地滿(mǎn)足了這一需求。研究人員使用微流控電穿孔芯片將 Fe3 O 4磁性納米顆粒進(jìn)入紅細(xì)胞囊泡 。他們聲稱(chēng)由此產(chǎn)生的磁性納米粒子顯示出比傳統(tǒng)制造的納米粒子更好的治療效果。同樣，研究人員提出了一種混合微流體超聲和流體動(dòng)力學(xué)混合方法來(lái)合成具有外泌體膜的納米顆粒，這也有可能產(chǎn)生磁性納米顆粒（參見(jiàn)圖2).

圖2、提出的用于組裝仿生核殼納米粒子的微流體超聲處理方法示意圖。( A ) 微流控芯片使用超聲處理和流體動(dòng)力學(xué)混合方法合成外泌體膜 (EM)-、癌細(xì)胞膜 (CCM)-和脂質(zhì)涂層納米顆粒。前體從入口 (1-4) 注入芯片，產(chǎn)品從出口收集。( B ) 顯示了外周血單核細(xì)胞和細(xì)胞外基質(zhì)巨噬細(xì)胞對(duì)所產(chǎn)生的仿生納米顆粒的吸收減少。

基于液滴的微反應(yīng)器

盡管共沉淀是一種快速且低成本的方法，但通道堵塞是基于連續(xù)流（單相）共沉淀的微流控芯片的一個(gè)潛在問(wèn)題。由于磁性前體的高反應(yīng)性，這個(gè)問(wèn)題在磁性納米顆粒合成中更為嚴(yán)重。

基于液滴的微流體是生產(chǎn)液滴和微/納米顆粒的廣泛使用的方法之一，是顯著克服堵塞挑戰(zhàn)、交叉污染、樣品損失、擴(kuò)散時(shí)間長(zhǎng)和泰勒色散效應(yīng)的良好解決方案，這些問(wèn)題主要見(jiàn)于連續(xù)流微反應(yīng)器。如圖所示圖1b，前體進(jìn)入微流體通道形成微小的液滴。每個(gè)液滴都作為一個(gè)微小的隔離反應(yīng)器進(jìn)行反應(yīng)。還可以在單個(gè)芯片上使用單步反應(yīng)形成帶殼的顆粒。已經(jīng)開(kāi)發(fā)了各種基于液滴的微流體技術(shù)，包括 (i) 錯(cuò)流；(ii) 協(xié)同流；(iii) 流量聚焦。圖3說(shuō)明了幾種基于液滴的幾何結(jié)構(gòu)的示意圖。

圖3、顯示了用于各種工作的各種基于液滴的微流體設(shè)計(jì)的示意圖，包括 ( a – e ) 交叉流、( f , g ) 協(xié)流和 ( h – j ) 流動(dòng)聚焦。這里藍(lán)色的流體代表用于制造磁性顆粒的磁性材料，紅色箭頭表示連續(xù)相流的方向。在（e）中，形成了兩個(gè)分散相（藍(lán)色和橙色）。

包裹磁性納米顆粒的微球

除了合成磁性納米粒子外，微流控芯片還可以對(duì)微粒進(jìn)行磁性標(biāo)記。藥物輸送的一個(gè)問(wèn)題是體內(nèi)納米顆粒的快速清除。因此，將納米藥物靶向遞送至癌細(xì)胞具有增強(qiáng)其細(xì)胞攝取的巨大前景。使用微流控芯片，研究人員開(kāi)發(fā)了各種類(lèi)型的藥物釋放顆粒。例如，科學(xué)家們已經(jīng)開(kāi)發(fā)出具有巨大靶向藥物輸送潛力的 pH 響應(yīng)微粒。他們?cè)诹鲃?dòng)聚焦毛細(xì)管裝置中制造了載有多種藥物的聚合物/多孔硅復(fù)合微粒。顆粒在 pH 值從 1.2 到 5.5 時(shí)保持不變；然而，它們?cè)?pH 6.0 和 6.5 之間的兩小時(shí)內(nèi)開(kāi)始溶解并釋放約 50% 的藥物。在 pH 值高于 6.5 時(shí)，顆粒完全塌陷并釋放所有負(fù)載的藥物。在另一項(xiàng)研究中，科學(xué)家們使用相同的顆粒來(lái)封裝載藥硅納米顆粒和磁性細(xì)菌氧化鐵納米線(xiàn)。

研究人員還報(bào)道了包裹磁性納米顆粒的非球形水凝膠微粒。他們?cè)诨?/span> T 型接頭的液滴微流控芯片中生成液滴，并讓它們有時(shí)間放松并形成封閉微通道的形狀。然后，他們使用紫外線(xiàn)光聚合來(lái)固定顆粒形狀。微流體通道讓研究人員確保實(shí)現(xiàn)均勻的紫外線(xiàn)能量和粒子幾何分布。在另一項(xiàng)工作中，科學(xué)家合成了盤(pán)狀磁性 Janus 粒子。圖5顯示了這項(xiàng)工作中使用的微流體設(shè)計(jì)、合成粒子的樣本以及相關(guān)測(cè)試。作者使用 X 射線(xiàn)粉末衍射 (XRD) 分析來(lái)確認(rèn)聚偏二氟乙烯-三氟乙烯 (P(VDF-TrFE)) 和 Fe 3 O 4納米顆粒的規(guī)則晶體結(jié)構(gòu)。他們還模擬了各種流動(dòng)條件下合成的 Janus 粒子的大?。▍⒁?jiàn)圖 5H）。

圖5、（a - d）層流和微流體裝置的模擬和實(shí)驗(yàn)圖像。( e , f ) 盤(pán)狀 Janus 粒子的樣本圖像。（g）合成顆粒的XRD分析。（h）不同流速下顆粒直徑的模擬和實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

微流體液滴被廣泛用于單細(xì)胞RNA-SEQ在單細(xì)胞水平[提取細(xì)胞的基因組數(shù)據(jù)]。在這種技術(shù)中，微滴將單個(gè)帶有條形碼的磁珠與單個(gè)細(xì)胞封裝在一起。細(xì)胞裂解后，磁性顆粒收集細(xì)胞的 RNA，以進(jìn)行進(jìn)一步處理和研究。

表 2 列出了與用于合成磁性納米粒子的傳統(tǒng)和微流體反應(yīng)器相關(guān)的優(yōu)勢(shì)和挑戰(zhàn)。

粒子操縱

操縱磁性納米粒子，包括將它們從混合物中分類(lèi)和分離，是芯片實(shí)驗(yàn)室領(lǐng)域的主要目標(biāo)之一。微流體芯片為操縱微粒和納米粒子提供了很好的機(jī)會(huì)。有多種方法用于基于微流體的納米粒子分選，包括基于流體動(dòng)力學(xué)，介電電泳，光學(xué)，聲學(xué)和磁勢(shì)力。

有三種磁性納米顆粒操縱微流體類(lèi)型，包括（i）配備外部線(xiàn)圈或永磁體的微流體類(lèi)型；(ii) 裝有磁性微線(xiàn)和微線(xiàn)圈的；(iii) 嵌入磁性薄膜的那些。

使用外部永磁體或電磁體進(jìn)行粒子操作

使用永磁體進(jìn)行粒子操作是傳統(tǒng)和基于微流體的粒子分離中最簡(jiǎn)單的廣泛使用的方法之一?？茖W(xué)家報(bào)告說(shuō)，配備永磁體的簡(jiǎn)單微流控芯片可以根據(jù)其大小分離磁性納米粒子 。該技術(shù)使用對(duì)在層流中在微通道內(nèi)移動(dòng)的納米顆粒施加的磁泳力。

科學(xué)家們提出了一種診斷方法，通過(guò)使用微流控芯片內(nèi)的磁性粒子提取和擴(kuò)增核酸來(lái)檢測(cè)耐甲氧西林金黃色葡萄球菌 (MRSA)。他們使用與目標(biāo)脫氧核糖核酸 (DNA) 特異性探針結(jié)合的磁珠和永磁體來(lái)收集微流控芯片內(nèi)的 DNA。

微流控磁力混合是在微流控芯片中操縱磁性納米顆粒的另一種應(yīng)用。結(jié)果表明，將外部磁場(chǎng)應(yīng)用于裝載有納米顆粒的微流控芯片會(huì)導(dǎo)致形成納米顆粒鏈?，F(xiàn)在，通過(guò)旋轉(zhuǎn)外場(chǎng)，納米粒子鏈旋轉(zhuǎn)并混合周?chē)牧黧w。創(chuàng)建的移動(dòng)群可以變形并執(zhí)行受控的分裂和合并。組裝后的鏈可應(yīng)用于靶向遞送、用于微加工的無(wú)掩模帶狀圖案和顯微操作。與納米粒子鏈相反，一些研究人員使用了納米棒。該技術(shù)還被用于在微流控芯片中的微滴內(nèi)部產(chǎn)生渦流。

使用嵌入式微導(dǎo)線(xiàn)和微線(xiàn)圈進(jìn)行粒子操縱

載流導(dǎo)線(xiàn)產(chǎn)生磁場(chǎng)，這是微流體背后的基本思想，其中導(dǎo)線(xiàn)和線(xiàn)圈提供操縱磁性納米粒子所需的力。研究人員已廣泛使用這種技術(shù)顯示了微線(xiàn)圈如何吸引微流體通道中的磁性納米粒子。研究人員已經(jīng)在微流體芯片上集成微彈簧圈用于捕集和感測(cè)條形碼承載磁性納米顆粒。該芯片進(jìn)行基于酶聯(lián)免疫吸附測(cè)定 (ELISA) 的免疫測(cè)定。作者使用開(kāi)發(fā)的芯片來(lái)檢測(cè)卵清蛋白，能夠檢測(cè)低至約 10 pg/mL 的蛋白質(zhì)濃度。

科學(xué)家們報(bào)道了一種微流控芯片，其中巨磁阻 (GMR) 傳感器與載流微線(xiàn)相結(jié)合 。在該方法中，將直流電 (DC) 施加到微線(xiàn)以產(chǎn)生所需的磁場(chǎng)并收集磁性納米粒子（即標(biāo)記物）。他們聲稱(chēng)檢測(cè)到約 500 pg/mL 的粒子濃度，以線(xiàn)性刻度對(duì)其進(jìn)行量化，并讀取傳感器電壓以收集近 20 個(gè)磁性納米粒子。在一項(xiàng)類(lèi)似的工作中，研究人員在芯片上制造了線(xiàn)圈形狀的微線(xiàn)，以覆蓋磁阻傳感器周?chē)木砻?。這些微線(xiàn)圈產(chǎn)生磁場(chǎng)，將磁性粒子積聚在傳感器區(qū)域。作者通過(guò)使用數(shù)值方法和運(yùn)行所需的實(shí)驗(yàn)證明了這種能力。

由于在某些設(shè)計(jì)中，微線(xiàn)圈遠(yuǎn)離磁性納米粒子，因此需要大電流來(lái)產(chǎn)生足夠強(qiáng)的磁場(chǎng)。因此，在此類(lèi)芯片中，需要熱管理系統(tǒng)來(lái)散發(fā)產(chǎn)生的電阻熱?？茖W(xué)家們通過(guò)使用銅片來(lái)滿(mǎn)足這一需求。使用該芯片，可以同時(shí)吸引和排斥 300-500 nm 磁性納米粒子，正如作者聲稱(chēng)的那樣，這種能力導(dǎo)致粒子濃度增加。

形成一系列粒子和操縱單個(gè)粒子是芯片系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室主要目標(biāo)的兩個(gè)重要示例，它們?cè)诟鱾€(gè)領(lǐng)域都有應(yīng)用，包括單細(xì)胞生物學(xué)。為了實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)，我們可以在芯片上制造一系列單獨(dú)觸發(fā)的微線(xiàn)圈。通過(guò)順序觸發(fā)微線(xiàn)圈，可以定義單粒子軌跡。然而，在大型陣列中，這種布線(xiàn)系統(tǒng)變得復(fù)雜。此外，由于載流線(xiàn)圈引起的電阻加熱可能具有挑戰(zhàn)性。為了解決這個(gè)問(wèn)題，與使用有源線(xiàn)圈相反，可以磁化芯片上制造的磁性薄膜。

嵌入磁性薄膜的粒子操縱

研究人員使用了一系列磁性微帶來(lái)傳輸磁性粒子。垂直場(chǎng)和面內(nèi)場(chǎng)磁化磁性微帶。他們已經(jīng)表明，使用適當(dāng)?shù)耐獠看艌?chǎng)順序，能量最小值從一個(gè)條帶移動(dòng)到另一個(gè)條帶，從而傳輸磁性粒子。他們已經(jīng)證明粒子可以根據(jù)它們的大小以不同的速度移動(dòng)。因此，除了傳輸顆粒外，該方法還可用作尺寸分離技術(shù)。

科學(xué)家們提出了一種具有鋸齒形磁性結(jié)構(gòu)的微流體平臺(tái)，用于操縱磁性粒子。通過(guò)在所需方向上施加外部磁場(chǎng)，磁能井移動(dòng)到最近的角落。因此，隨后的磁性粒子向著磁道移動(dòng)。此外，研究表明圓形磁性圖案可以根據(jù)顆粒的大小分離顆粒。

檢測(cè)和表征

磁性傳感器可以檢測(cè)和表征微流控芯片中的磁性納米粒子。磁場(chǎng)傳感器和檢測(cè)器被廣泛用于各種應(yīng)用，包括工業(yè)導(dǎo)航傳感器，存儲(chǔ)技術(shù)，和生物傳感器?？梢允褂酶鞣N類(lèi)型的磁傳感器，包括超導(dǎo)量子干涉裝置 (SQUID)、磁電傳感器、各向異性/巨/隧道磁阻傳感器、基于磁松測(cè)量的傳感器、光泵傳感器、霍爾效應(yīng)傳感器等。在這里，我們回顧了關(guān)于各向異性/巨型/隧道磁阻傳感器、基于磁松弛測(cè)量的傳感器和其他一些基于微流體的創(chuàng)新傳感器的最新和重要工作。磁阻 (MR) 效應(yīng)是指?jìng)鞲衅鞯碾娮枰蛲饧哟艌?chǎng)的變化而發(fā)生變化。MR 傳感器與微流控芯片的集成減少了傳感器上磁性納米粒子之間的距離，降低了準(zhǔn)備時(shí)間（例如，在生物測(cè)定中），并提高了傳感器的靈敏度 。

用于合成、操作和傳感磁性納米粒子的微機(jī)電系統(tǒng)和微流體芯片可以克服傳統(tǒng)納米顆粒合成工藝的缺點(diǎn)，以重現(xiàn)性提供對(duì)各種合成參數(shù)的更多控制，從而產(chǎn)生具有所需尺寸和形態(tài)的納米顆粒。該領(lǐng)域的一個(gè)主要未來(lái)目標(biāo)是通過(guò)潛在地使用多個(gè)同步微流體反應(yīng)器或其他創(chuàng)新方法來(lái)合成具有微流體裝置的磁性納米材料，用于大規(guī)模應(yīng)用。此外，人們對(duì)尋找生產(chǎn)自組裝磁性納米顆粒結(jié)構(gòu)的技術(shù)非常感興趣。液滴微流控芯片已經(jīng)合成了核殼磁性納米粒子；然而，該領(lǐng)域仍處于起步階段，需要更多的進(jìn)步來(lái)生產(chǎn)具有任意成分、尺寸和形態(tài)的磁性納米粒子。

各種磁操縱技術(shù)包括使用永磁體、外部線(xiàn)圈或嵌入式微線(xiàn)圈的工作?；诰哂斜〈拍さ奈⒘黧w的磁粉技術(shù)是各種生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用的創(chuàng)新工具。在這些方法中，磁泳電路顯示出巨大的優(yōu)勢(shì)，例如自動(dòng)化、并行化和精確的粒子傳輸作為單粒子分辨率。除了操縱磁性納米粒子外，用磁性納米粒子標(biāo)記的微粒的傳輸也引起了人們的極大興趣。

磁粒子操縱領(lǐng)域在芯片實(shí)驗(yàn)室學(xué)科中發(fā)展迅速。然而，未來(lái)還有一些挑戰(zhàn)需要解決。在產(chǎn)生弱磁力的應(yīng)用中，顆粒和芯片表面之間的相互作用成為問(wèn)題。因此，芯片表面鈍化和提供完美的防污層被認(rèn)為是該領(lǐng)域的主要挑戰(zhàn)之一。此外，單粒子分辨率的粒子操作只能在磁泳電路中實(shí)現(xiàn)。因此，未來(lái)的研究需要以較低的成本進(jìn)行這種磁控制。

用于檢測(cè)磁性納米粒子并測(cè)量其磁化強(qiáng)度的磁性傳感器。磁阻傳感器成本相對(duì)較低，并且在很寬的頻率范圍內(nèi)具有很高的靈敏度。因此，他們將滿(mǎn)足生物學(xué)和免疫學(xué)等領(lǐng)域的要求。磁性傳感器廣泛用于免疫測(cè)定，其中檢測(cè)與感興趣的分析物結(jié)合并固定在傳感器表面上的磁性納米顆粒。檢測(cè)到的納米顆粒的數(shù)量顯示了目標(biāo)分析物的豐度。我們還討論了用于測(cè)量粒子磁性的傳感器。將這些傳感器與基于微流體的納米粒子反應(yīng)器集成的潛力使這些傳感器成為在線(xiàn)表征目的的理想選擇。

具有高 MR 值的最佳 MR 傳感器之一是 TMR 傳感器類(lèi)；然而，它們會(huì)受到很大的噪音影響。未來(lái)，這一挑戰(zhàn)需要得到解決。多層結(jié)構(gòu)可以增強(qiáng) GMR 傳感器的可檢測(cè)性；然而，它增加了制造挑戰(zhàn)。此外，雖然已經(jīng)提出了一些具有檢測(cè)單個(gè)粒子能力的傳感器，但檢測(cè)低磁化的磁性納米粒子仍然具有挑戰(zhàn)性。因此，需要做更多的工作來(lái)提高傳感器的靈敏度，這在單個(gè)生物分子檢測(cè)中具有重要的應(yīng)用。

總體而言，微機(jī)電系統(tǒng)和納米技術(shù)這兩個(gè)領(lǐng)域正在以驚人的速度發(fā)展。它們都代表了具有有趣界面的現(xiàn)代技術(shù)。未來(lái)，我們將看到很多利用芯片實(shí)驗(yàn)室設(shè)備進(jìn)一步加強(qiáng)納米技術(shù)及其應(yīng)用領(lǐng)域的工作。

Microfluidic Synthesis, Control, and Sensing of Magnetic Nanoparticles: A Review

https://doi.org/10.3390/mi12070768