用于太空健康监测的无标记血细胞分离便携爆芽细胞生物芯片

为何太空时代的血液检测至关重要

随着人类计划前往月球和火星的更长远航程，在远离地球医院的环境中维持宇航员健康成为一项紧迫挑战。一个重要的担忧是血液癌症，尤其是急性髓系白血病（AML），它可能由太空中强烈的辐射触发。本文介绍了一种紧凑的“芯片实验室”设备，能够在无需笨重仪器或特殊染料的情况下快速分离血细胞，为在航天器上以及地球偏远诊所实现简单、实时的血液检查提供了一条可行路径。

一个能分离血液的微小螺旋

研究的核心是一块掌心大小的塑料芯片，上面刻有比人发还细的螺旋形通道。当少量血液被推动通过这段螺旋时，流动产生的微小力会根据细胞的大小和刚度将不同细胞推向不同路径。红细胞、普通白细胞以及更大的异常细胞在弯曲流道中沿不同流线“被分流”。与依赖荧光标记和复杂光学的标准医院设备不同，该芯片无需外加化学试剂，从而更为简便、低成本且易于自动化。

为恶劣与偏远环境而建

传统技术如荧光激活细胞分选（FACS）功能强大，但体积大、耗能高并且需要专家操作，这在空间站、月球基地或小型野战医院中并不现实。相比之下，螺旋微流控芯片体积小、能耗低，仅需极少量血液与试剂，适合微重力和狭窄航天舱的限制。相同的特点也使它们对地球上的乡村诊所和应急环境具有吸引力——这些地方难以获得全套实验室设备，但仍然需要快速、可靠的诊断。

将芯片付诸测试

研究人员改装了一款原本用于分离通用颗粒的商用螺旋芯片，证明它也能干净地分离真实血细胞。使用九圈螺旋和六个出口的版本，他们首先用健康供体的血样进行测试。较小且有弹性的红细胞偏向远离入口的出口，而较大的白细胞则从靠近入口的出口流出。芯片在设定出口中捕获了超过90%的白细胞，并在另一个出口中回收了80%以上的红细胞，且所用流速适中，保持了细胞完整性。这证实了基于尺寸的分离在无需染色或复杂制备的情况下可靠运行。

在一滴血中寻找白血病细胞

团队随后进行了更严苛的测试：来自急性髓系白血病患者的血样，这些样本中含有大量较大且异常的“爆芽”细胞。在以爆芽细胞为主的样本中，芯片将这些病理细胞主要浓缩到同一出口，分离效率约为83%，可与高端FACS设备的产率相媲美。体积更小的健康淋巴细胞在各个出口间分布更均匀，表明该装置可在富集危险细胞的同时对正常细胞产生较小干扰。对流体流动与颗粒路径的计算机模拟与实验结果高度一致，相差不到1%，增强了对其基本物理原理可被理解和预测的信心。

从实验台走向飞船

为使该方法真正适用于太空，作者列出了未来步骤：缩小与自动化泵浦、集成智能传感器以在芯片上直接分析分离的细胞，并在实际微重力环境中测试性能。即便在当前形式下，这项工作也表明相对简单的螺旋通道能够快速且无标记地分离健康与病变细胞。对非专业读者而言，关键的信息是，与其用一整间房的设备来做复杂的癌症相关血液检测，未来可能只需一次性芯片即可，使宇航员以及偏远或资源匮乏地区的人们能够更频繁地监测血液，早期发现危险变化并提高及时治疗的机会。

引用: Mugnano, M., Cerbone, V., Villone, M.M. et al. Label-free blood cell separation for space health monitoring using a portable blast cell biochip. npj Microgravity 12, 17 (2026). https://doi.org/10.1038/s41526-026-00561-9

关键词: 微流控血液芯片, 宇航员健康, 急性髓系白血病, 细胞分离, 太空辐射