單個微粒的檢測可以揭示微滴、微塑料、細胞等異質性或獲取混合樣品的編碼信息，無標記、動態的單微粒拉曼檢測具有對微液滴、微塑料和活細胞的化學和生物異質性的研究能力，微粒的3D流體動力聚焦是實現這一目標的關鍵。目前制造3D流體動力聚焦的方法非常復雜且依賴于潔凈室以及專業操作的限制。近期，西安電子科技大學胡波教授課題組創新性地研發了一種簡便的即插即用3D流體動力聚焦拉曼平臺，相關成果以“A plug-and-play 3D hydrodynamic focusing Raman platform for label-free and dynamic single microparticle detection”為題發表在國際化學權威雜志Sensors and Actuators B： Chemical上。

3D流體動力聚焦拉曼平臺由同軸針頭、石英毛細管和3D打印支架三個部件以即插即用的方式組裝而成，不需要任何專業技能和復雜的條件，實現了微粒3D流體動力聚焦。

圖1 即插即用3D流體動力聚焦拉曼平臺的設計和實物圖

研究人員通過理論預測和實驗驗證兩方面探討了微粒在該平臺上的3D流體動力聚焦問題。系統地論證了鞘液流與核液流的流量比和總流量對微粒聚焦狀態的影響，證明該平臺實現了微粒的3D流體動力聚焦。

圖2 即插即用3D流體動力聚焦拉曼平臺的微粒3D流體動力聚焦

在相同的檢測條件和微粒濃度下，通過對比不同的聚焦狀態，良好的微粒聚焦狀態會顯著改善拉曼信號，聚焦良好的微粒的拉曼強度幾乎是未聚焦微粒的3倍。在良好的聚焦狀態下，進一步探究微粒的速度和濃度對拉曼檢測的影響，結果表明在拉曼檢測參數不變的前提下，通過降低微粒子的速度和降低微粒的濃度可以實現無標記、動態的單粒子拉曼檢測。

圖3 即插即用3D流體動力聚焦拉曼平臺聚焦狀態對拉曼檢測的影響

通過建立拉曼光譜分類的KNN模型，該平臺檢測的準確率、靈敏度和特異度均達到100%。此外該平臺還可用于兩種和三種微粒混合樣品的無標記、動態檢測，有望成為微滴內部化學反應監測、微塑料檢測與分類、活細胞非侵入性生物傳感等無標記、動態單微粒檢測有力工具。

圖4 即插即用的3D流體動力聚焦拉曼平臺的拉曼光譜分類的KNN模型及其在單微粒拉曼檢測中的應用

該研究提出了基于鞘流的即插即用3D流體動力聚焦拉曼平臺，在單粒子水平上實現了流體中微粒的拉曼檢測。該平臺基于軟管微流控的組裝思路進行開發，制作簡便、成本較低，與拉曼和SERS檢測技術具有較好的聯用效果，可以在短時間內獲得大量的光譜。該平臺作為一種簡便的即時檢測工具，將有望在生物化學、臨床診斷及食品安全領域得到廣泛的應用。