カバーピクチャー / Lab on a Chip / 03 March 2026, Issue 5

https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2026/lc/d6lc90026g

Abstract

マイクロ流体分野において、微小粒子およびナノ粒子の形状ベース分離（shape-based separation）は、強力でありながら未だ十分に開発されていない戦略として注目されており、特にバイオメディカルおよび機能性材料の応用において、従来のサイズベース分離法に比べて明確な利点を有する。サイズベース分離とは異なり、形状ベースの手法は、同一体積であっても異なる形状を持つ粒子を識別することを可能にし、これは病理学的細胞、人工的に設計された粒子、あるいは機能が形状に本質的に依存する異方性生体構造の分離において不可欠な能力である。

本レビューでは、形状選択的分離のために設計された受動型および能動型マイクロ流体プラットフォームの最近の進展を包括的かつ批判的に概説する。決定論的ラテラルディスプレースメント（deterministic lateral displacement）、ピンチドフロー分画（pinched flow fractionation）、慣性マイクロ流体、粘弾性マイクロ流体といった受動型システムは流体力学および流動–構造相互作用を利用する一方、誘電泳動（dielectrophoresis）、磁気泳動（magnetophoresis）、光泳動（optophoresis）、音響泳動（acoustophoresis）などの能動型手法は外部場を利用して粒子の幾何学的異方性に基づき軌道を制御する。

例えば、最近の研究では、デバイス構成に応じて毎分数マイクロリットルからミリリットルのスループットを維持しつつ、95%以上の高純度を達成し、最適条件下では90%以上の形状ベースの細胞および粒子分離効率を実現していることが報告されている。

各技術について、本稿では形状感受性を可能にする基礎メカニズム、主要な技術的進展、および実験的・計算的アプローチにおける新たな動向を強調する。また、粒子の回転、配向、変形性といった複雑な挙動を捉える上での課題について議論し、統合モデリング、リアルタイム制御、システムレベル最適化の必要性を指摘する。最後に、診断、治療、材料科学におけるスケーラブルかつ高精度な応用に向けた形状ベースマイクロ流体分離技術の今後の展望と機会について述べる。