6月30日，仪器仪表领域顶级期刊《Microsystems & Nanoengineering》（IF：11.1, 一区top）刊发了我院微纳制造与医工交叉团队在细胞力学与微流控实时分选领域的最新研究成果，题为 “Mechanistic insights into cellular deformation enable enhanced extensional-flow cytometry for label-free classification and sorting”（细胞变形机制解析推动无标记拉伸流细胞术的分类与分选）。我院2024级硕士生卓华晟为论文第一作者，廖广兰教授、刘智勇副教授为共同通讯作者。
细胞力学特性（如变形性和刚度）已成为反映肿瘤转移潜能、免疫活化和干细胞分化的重要无标记指标。然而，现有基于变形的细胞术在实时分选和结果可解释性方面存在不足。针对这一挑战，研究团队提出了一种新型拉伸流微流控细胞术平台，通过流固耦合模拟重新诠释细胞变形动力学，并结合轻量化检测算法与注意力模块，实现了高精度图像识别与实时分选。该研究首次实现了拉伸流场下的细胞实时分选，建立了从力学机制解析到功能性细胞术的完整技术链条，为肿瘤细胞表型分析、功能筛选和精准医学提供了可解释、可扩展的解决方案。
细胞力学特性（如变形性与刚度）是揭示肿瘤细胞侵袭性、免疫细胞活化状态以及干细胞分化潜能的重要指标，基于细胞力学的无标记检测与分选技术在精准医学和功能筛查中具有重要应用价值。然而在实际应用中，现有变形细胞术往往存在灵敏度不足、结果可解释性差以及难以与实时分选模块兼容等问题，这对技术的稳定性和临床转化提出了更高要求。近年来，微流控平台因具备可编程性和实时控制优势，被认为是实现高通量细胞力学检测的理想架构。但基于拉伸流场的细胞术仍面临多重挑战：（1）拉伸流场下的细胞变形机理尚不完整，缺乏可解释的力学模型支撑；（2）现有平台多停留在成像阶段，难以实现与分选模块的集成，限制了功能性应用。
针对上述挑战，研究团队提出了一种新型拉伸流细胞术平台。该平台包括交叉微通道拉伸流场、轻量化检测算法和电荷驱动分选模块。团队通过流固耦合模拟重新诠释了细胞在拉伸流场下的变形动力学，揭示了近线性弹性行为，使图像特征能够稳定反映细胞力学属性。结合自定位滤波与归一化块注意力模块，平台实现了高精度图像识别（mAP 达到 96.8%），并在保持细胞活性的同时实现了实时分选（纯度 90.2% ± 4.4%）。这一方案突破了传统变形细胞术在可解释性与实时分选上的瓶颈，建立了从力学机制解析到功能性细胞术的完整技术链条。
用于细胞变形分析和分选的微流控平台设计及构建
进一步，团队正在探索该平台在肿瘤细胞亚群功能筛查、免疫细胞活性检测以及干细胞分化过程监测中的应用潜力。这项工作展现了高性能拉伸流细胞术在疾病诊断、药物筛选和个体化医疗中的广阔前景。
细胞变形与活性实验验证
该研究得到了华中科技大学交叉学科研究计划、中央高校基本科研业务费资助。
论文链接：https://www.nature.com/articles/s41378-026-01336-8
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