利用磁珠作为液体载体的相图表征

以下实验的总体目标是利用磁珠分析实验室管状装置中相邻液体段之间的残留体积。该实验通过使用疏水性管路构建装置实现，该装置由注射泵驱动，包含多个由气阀隔开的液体段，并将磁珠和荧光染料加入其中一种液体中。第二步，在利用外置磁铁完成磁珠转移后，通过显微镜测量相邻液体段的荧光强度。

接下来对这些荧光强度测量值进行数值分析，以计算磁珠的携带体积。结果表明，基于利用磁珠作为在相邻储液池之间转移微升级液体体积的方法，对由两种液体组成的多组分系统中的相变进行分析是可行的。因此，正如我今天希望您所看到的，我们正在研究一种非常令人兴奋且简单的技术，该技术涉及在简单管中使用磁珠来转移液体，而不是采用更复杂的传统微流控回路。

我们最初将该技术应用于可接受流体之间的界面研究，目前正将其拓展至其他应用领域，包括全血中红细胞与蛋白质的分离分析、尿液分析、免疫分析等。与使用微流控通道等现有方法相比，该技术的主要优势在于操作简单且制造成本低廉。该方法在不同实验类型之间具有较高的用户可调性，并能获得稳定一致的结果。

尽管该方法可为需要移动微量、峰值体积的应用提供参考，也可应用于其他系统，如血液分离、药物靶向以及造影剂等。准备管道时，首先将管道切割成15厘米的段，用胶带将管道段垂直悬挂，并在管道下方放置纸巾以收集多余的氟聚合物溶液。使用移液器向每段管道顶部开口注入100 µL氟聚合物溶液，使其与管壁内表面的整个周长接触。

将管段静置悬挂一小时，以去除多余的氟聚合物溶液。然后将管段放入100°C的烘箱中加热一小时，以退火氟聚合物涂层。接下来，通过将一个20毫升样品瓶置于微量天平上并归零天平，准备稀释的磁珠溶液。

振荡磁珠溶液容器，然后使用微量移液器吸取0.6毫升。将移取的溶液加入天平上的样品瓶中，并向样品瓶中加入0.4毫升蒸馏水。同时，通过将0.02 wt%的染料溶解于去离子水中，并涡旋混合溶液1分钟，来制备荧光染料。

准备导管装置时，将一个雌性鲁尔锁接头连接到导管的一端。将导管插入一个容积为三毫升、刻度为0.1毫升的鲁尔锁注射器中。将注射器放入注射泵，并将输注速率设置为每小时二毫升。

使用注射泵吸取20微升前，先将含有磁珠溶液的容器涡旋混匀。完成测试腔室的液体注入后，向管中回吸6微升空气。这部分空气体积将在两段液体之间形成一个阀。

完成气隙插入后，开始用荧光染料抽出180微升液体。将第二个雌性接头锁紧接头安装到管子的另一端，并将管状装置从注射器上取下。然后在装置的两端均装上接头锁紧帽。

使用倒置显微镜测量测试腔室和储液池的初始荧光强度。将装置置于立方磁铁上方，使磁珠全部聚集到测试腔室的某一区域。通过将装置移至磁铁上方，将磁珠转移至储液池。

将磁珠簇通过气隙转移至储液区后，将装置置于磁铁上方并旋转，使磁珠簇内滞留的液体释放，搅动磁珠直至储液区内的溶液混匀。随后将装置保持在磁铁上方，使储液区中的磁珠全部聚集至某一区域，再将磁珠簇转移回检测室。

当液滴簇到达检测室后，将装置置于磁铁上方并旋转，以搅动磁珠，释放被困的荧光液体，直至检测室内液体完全均质化。使用倒置显微镜分别测量检测室和储液室的荧光强度。

重复这些步骤，直到两个液体段的荧光强度趋于相近。准备导管装置时，将一个雌性接头锁紧帽安装到导管的一端，并将导管插入接头锁紧式注射器中。然后将注射器放入注射泵，并将进样速率设定为每小时2毫升。

使用注射泵吸取，将20微升磁珠与水按1:1比例混合的C12E5混合溶液插入管中。在测试腔室液体插入完成后，接着插入气隙，向管中回吸6微升空气。开始回吸180微升纯C12E5表面活性剂，以建立光学系统。

首先，移动连接管路装置的注射泵，使含有磁珠的测试腔在体视显微镜下处于焦点位置。使用交叉偏振器，为增强沉淀的固相与液相之间的对比度，将一张偏振膜置于LED光源上方，并将该LED光源滑动至注射泵所连接的管路下方。

使用胶带将另一片偏振片薄膜固定在体视显微镜的镜头上，确保两片偏振片薄膜相互呈90度偏移。将立方磁铁放置在测试腔室旁边，磁铁需固定在支架上。当磁珠形成聚集体后，以每小时2 mL的流速开始向管路中泵入液体，使磁珠聚集体从测试腔室穿过气隙进入表面活性剂储液腔室。

当磁珠簇到达储液腔的中点时，停止注射泵的泵送。将立方磁铁从管子旁移开，使磁珠分散，从而减少磁珠簇中滞留液体的扩散时间。一旦液体的扩散和相变完成，将磁铁重新放回储液腔旁的原位置，使磁珠重新聚集形成簇状结构。

使用注射泵吸取液体，使磁珠聚集体从表面活性剂储液池穿过气隙转移回测试腔。当磁珠聚集体到达测试腔中点后，停止注射泵，将立方磁铁从管壁移开。待液体扩散和相变过程完成后，将磁铁重新放回储液池旁的原位置，使磁珠重新聚集形成聚集体。

重复这些步骤，直至测试室显示出相变。图中显示的是磁珠水溶液以及非离子表面活性剂C12E5在疏水性管路内的图像。在初始的磁珠转移过程中，使用外部立方磁铁将磁珠固定在指定位置。

当液体在此处被泵向左侧时，珠子正离开测试室并进入 C 12 E 五。一旦磁珠进入，表面活性剂水溶液便开始从磁珠结构周围扩散。磁珠在表面活性剂室中停留五秒后，在十秒时间点仅观察到少量相变。

磁珠被表面活性剂完全包裹。相变在4分钟时持续进行至第92个标记处。相变在9分钟时进一步增加。

随着结构在垂直方向生长，水平相变开始减小。而在17分钟时，相变区域已显著缩小，到25分钟时仅剩少量相变区域残留。此处显示的是在表面活性剂转移前，含有磁珠的水相C12V五通道测试室的初始状态。

经过六次往返转移后，出现了相变。相反，在装置中不使用磁珠时，则未观察到相变，证明所观察到的结果是由于磁珠的携带转移所致，而非液体本身。在尝试该操作过程中，磁珠会黏附在管路内壁上。

在相邻储液池之间转移液体时，必须留出足够时间，以确保按照此操作步骤充分完成扩散过程。此外，还可以将电磁铁、植被等其他选项整合到系统中，以回答更多问题，例如如何加快分离过程以及如何减少人工操作。需要强调的是，这种极为简单的技术本质上仅涉及一根塑料管、磁珠和外部磁铁，已成功应用于不同液体的分离及其相图空间的探索。

然而，该技术的多功能性和简便性将在许多其他应用中发挥重要作用，主要体现在对不同液体的诊断分析领域。通过使用磁珠直接或经功能化后运输小体积样品，我们可以分析液体样本中的组分。这一技术在多个领域均具有应用前景。

例如，利用一种简单技术即可实现全血中红细胞蛋白的分离与分析，同样也可用于尿液及许多其他体液的分析，而无需采用传统微流控器件制备所涉及的复杂工艺和高昂成本。