肿瘤细胞分离捕获微流控芯片及使用方法

本发明属于生物物理，尤其涉及肿瘤细胞分离捕获微流控芯片及使用方法。

背景技术：

1、循环肿瘤细胞(ctcs)是从原生瘤或再生瘤脱落，进入血液循环系统和淋巴系统中的肿瘤细胞。这些肿瘤细胞会流到其他适于生长环境位置处滋生滋长，发展为新的肿瘤。血液循环系统中检测到循环肿瘤细胞意味着癌症和可能的癌转移。ctcs的数目与癌症的严重程度有着密切的联系。数目多意味着病人病情严重，数目少则病情轻或治疗有效。

2、微流控芯片的微通道与细胞的尺寸相当，非常适于细胞分离捕获的研究。现有的利用微流控芯片研究ctcs的捕获分离方法大体可分为两类：

3、一类利用亲和性(affinity reaction)原理进行细胞的捕获与分离，该方法依赖于在微流控芯片内部的微通道或微结构上修饰能够与细胞表面抗原结合的特异性抗体，提高了捕获效率与分离纯度。但这种微流控芯片的结构通常非常复杂，修饰时间长，所用的抗体昂贵，并且在不同的肿瘤细胞中，上皮细胞粘附分子的表达各有不同。且当肿瘤细胞发生上皮间质转化(emt)时，肿瘤细胞的上皮细胞粘附分子的表达降低。因此依赖于该方法捕获ctcs有可能会失去一部分不表达或低表达上皮细胞粘附分子的肿瘤细胞。

4、另一类是基于物理特性比如尺寸形变(iset：isolation by size of epithelialtumor cells)进行捕获的，利用ctcs比血细胞大且不易形变的特征，滤过血细胞。该方法操作简单，结构无须过于复杂，不需修饰，不依赖于任何表面的标志物。但由于ctcs与白细胞的尺寸有重叠的部分，所以一部分ctcs可能会通过滤网或微柱间隙。可能会损失一部分和白细胞尺寸有重叠部分的ctcs。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供肿瘤细胞分离捕获微流控芯片及使用方法，以解决上述问题。

2、为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

3、肿瘤细胞分离捕获微流控芯片，包括：

4、第一微流控芯片，所述第一微流控芯片内开设有第一微通道，所述第一微通道的入口与外界连通，所述第一微通道内设置有第一微柱阵列；

5、第二微流控芯片，所述第二微流控芯片内开设有第二微通道，所述第二微通道的入口与所述第一微通道的出口连通，所述第二微通道内设置有第二微柱阵列；

6、第三微流控芯片，所述第三微流控芯片内开设第三微通道，所述第三微通道的入口与所述第二微通道的出口连通，所述第三微通道内设置有第二挡板，所述第二挡板靠近所述第三微通道的入口的一侧设置有第三微柱阵列，所述第二挡板远离所述第三微通道的入口的一侧设置曲形通道，第二挡板的侧壁开设有进样口，所述第三微柱阵列的出口、曲形通道的入口通过所述进样口连通，所述曲形通道固接在所述第三微通道内，所述曲形通道的出口与外界连通。

7、优选的，所述第一微柱阵列包括两个对称设置的挡板，所述挡板固定连接在所述第一微通道的顶壁、底壁之间，所述第一微通道的顶壁、底壁之间固接有若干沿所述第一微通道长度方向等间隔设置的弧形微柱阵列，若干所述弧形微柱阵列位于两个所述挡板之间，若干所述弧形微柱阵列的长度由所述第一微通道的入口至所述第一微通道的出口依次增加，所述弧形微柱阵列包括若干沿长度方向等间隔设置的叶片微柱组，所述叶片微柱组包括若干周向等间隔设置的叶片微柱，所述叶片微柱固定连接在所述第一微通道的顶壁、底壁之间。

8、优选的，所述第二微柱阵列包括若干沿所述第二微通道长度方向等间隔设置的菱形微柱阵列，若干所述菱形微柱阵列位于所述第二微通道相对的两内侧壁之间，所述菱形微柱阵列包括两组上下平行设置的小菱形微柱组，所述小菱形微柱组包括若干沿所述第二微通道的宽度方向等间隔设置的小菱形微柱，上下对应的所述小菱形微柱交错设置，若干所述小菱形微柱之间设置有至少一个大菱形微柱，若干所述大菱形微柱等间隔设置，所述大菱形微柱位于若干所述小菱形微柱的中心，所述小菱形微柱、大菱形微柱固定连接在所述第二微通道的顶壁、底壁之间。

9、优选的，所述第三微柱阵列包括固定连接在所述第三微通道的顶壁、底壁之间的第三挡板和若干叶脉状微柱阵列，所述第三挡板与所述进样口之间留有间隙，若干所述叶脉状微柱阵列的中部均交汇在所述第三挡板所在的直线上，若干所述叶脉状微柱阵列沿所述第三微通道的长度方向等间隔设置，所述叶脉状微柱阵列包括若干星型微柱，若干所述星型微柱沿所述叶脉状微柱阵列的长度方向等间隔设置，所述星型微柱固定连接在所述第三微通道的顶壁、底壁之间。

10、优选的，所述曲形通道的内侧壁设置有锯齿状微柱阵列，所述锯齿状微柱阵列包括若干固定连接有若干锯齿型微柱，若干所述锯齿型微柱沿所述曲形通道的长度方向设置，若干锯齿型微柱分别位于所述曲形通道相对的两内侧壁且交错设置，所述锯齿型微柱的迎水面与所述曲形通道的内侧壁存在夹角，所述夹角小于90°，所述锯齿型微柱的迎水面开设有若干圆弧凹槽。

11、优选的，相邻两个所述叶片微柱组的叶片微柱组间距为5μm，所述叶片微柱的长度为15μm，宽度为6μm。

12、优选的，相邻两所述小菱形微柱之间的距离为5μm，所述小菱形微柱的长对角线为40μm，所述小菱形微柱的宽对角线为20μm，所述大菱形微柱的长对角线为400μm，所述大菱形微柱的宽对角线为200μm。

13、优选的，所述叶脉状微柱阵列与竖直方向的夹角为60°，相邻两个所述星型微柱的距离为5μm，所述锯齿型微柱与水平方向的夹角为45°--60°，位于同侧的相邻两个所述锯齿型微柱的距离为100μm。

14、肿瘤细胞分离捕获微流控芯片的使用方法，包括以下步骤：

15、s1、在第一微通道和第一微柱阵列修饰抗体；

16、s2、将血样输入第一微通道的入口；

17、s3、第一微流控芯片、第二微流控芯片和第三微流控芯片分离捕获肿瘤细胞；

18、s4、提纯并富集循环肿瘤细胞。

19、与现有技术相比，本发明具有如下优点和技术效果：

20、通过设置第一微流控芯片、第二微流控芯片、第三微流控芯片三层芯片，第一微流控芯片修饰有抗体，从而实现亲和性与物理特性的双重捕获，捕获效率高；通过设置三层芯片分出了上皮表达与间质表达的两种不同的肿瘤细胞及侵袭距离，并对不同的肿瘤细胞进行捕获；不同位置处被捕获的肿瘤细胞，即可获得该肿瘤细胞的光谱或特征光谱，更好地利用光谱特性分析基因与蛋白质的特性，从而更好研究病人病情。

技术特征：

1.肿瘤细胞分离捕获微流控芯片，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的肿瘤细胞分离捕获微流控芯片，其特征在于，所述第一微柱阵列(100)包括两个对称设置的第一挡板(103)，所述第一挡板(103)固定连接在所述第一微通道的顶壁、底壁之间，所述第一微通道的顶壁、底壁之间固接有若干沿所述第一微通道长度方向等间隔设置的弧形微柱阵列，若干所述弧形微柱阵列位于两个所述第一挡板(103)之间，若干所述弧形微柱阵列的长度由所述第一微通道的入口至所述第一微通道的出口依次增加，所述弧形微柱阵列包括若干沿长度方向等间隔设置的叶片微柱组(101)，所述叶片微柱组(101)包括若干周向等间隔设置的叶片微柱，所述叶片微柱固定连接在所述第一微通道的顶壁、底壁之间。

3.根据权利要求1所述的肿瘤细胞分离捕获微流控芯片，其特征在于，所述第二微柱阵列(200)包括若干沿所述第二微通道长度方向等间隔设置的菱形微柱阵列，若干所述菱形微柱阵列位于所述第二微通道相对的两内侧壁之间，所述菱形微柱阵列包括两组上下平行设置的小菱形微柱组，所述小菱形微柱组包括若干沿所述第二微通道的宽度方向等间隔设置的小菱形微柱(201)，上下对应的所述小菱形微柱(201)交错设置，若干所述小菱形微柱(201)之间设置有至少一个大菱形微柱(203)，若干所述大菱形微柱(203)等间隔设置，所述大菱形微柱(203)位于若干所述小菱形微柱(201)的中心，所述小菱形微柱(201)、大菱形微柱(203)固定连接在所述第二微通道的顶壁、底壁之间。

4.根据权利要求1所述的肿瘤细胞分离捕获微流控芯片，其特征在于，所述第三微柱阵列(300)包括固定连接在所述第三微通道的顶壁、底壁之间的第三挡板(309)和若干叶脉状微柱阵列(301)，所述第三挡板(309)与所述进样口(310)之间留有间隙，若干所述叶脉状微柱阵列(301)的中部均交汇在所述第三挡板(309)所在的直线上，若干所述叶脉状微柱阵列(301)沿所述第三微通道的长度方向等间隔设置，所述叶脉状微柱阵列(301)包括若干星型微柱(304)，若干所述星型微柱(304)沿所述叶脉状微柱阵列(301)的长度方向等间隔设置，所述星型微柱(304)固定连接在所述第三微通道的顶壁、底壁之间。

5.根据权利要求4所述的肿瘤细胞分离捕获微流控芯片，其特征在于，所述曲形通道(302)的内侧壁设置有锯齿状微柱阵列(303)，所述锯齿状微柱阵列(303)包括若干固定连接有若干锯齿型微柱(306)，若干所述锯齿型微柱(306)沿所述曲形通道(302)的长度方向设置，若干锯齿型微柱(306)分别位于所述曲形通道(302)相对的两内侧壁且交错设置，所述锯齿型微柱(306)的迎水面与所述曲形通道(302)的内侧壁存在夹角，所述夹角小于90°，所述锯齿型微柱(306)的迎水面开设有若干圆弧凹槽(307)。

6.根据权利要求2所述的肿瘤细胞分离捕获微流控芯片，其特征在于，相邻两个所述叶片微柱组(101)的叶片微柱组间距(102)为5μm，所述叶片微柱的长度为15μm，宽度为6μm。

7.根据权利要求3所述的肿瘤细胞分离捕获微流控芯片，其特征在于，相邻两所述小菱形微柱(201)之间的距离为5μm，所述小菱形微柱(201)的长对角线为40μm，所述小菱形微柱(201)的宽对角线为20μm，所述大菱形微柱(203)的长对角线为400μm，所述大菱形微柱(203)的宽对角线为200μm。

8.根据权利要求5所述的肿瘤细胞分离捕获微流控芯片，其特征在于，所述叶脉状微柱阵列(301)与竖直方向的夹角为60°，相邻两个所述星型微柱(304)的距离为5μm，所述锯齿型微柱(306)与水平方向的夹角为45°--60°，位于同侧的相邻两个所述锯齿型微柱(306)的距离为100μm。

9.肿瘤细胞分离捕获微流控芯片的使用方法，基于权利要求1-8任一所述的肿瘤细胞分离捕获微流控芯片，其特征在于，包括以下步骤：

技术总结本发明属于生物物理技术领域，特别是涉及肿瘤细胞分离捕获微流控芯片及使用方法，包括第一微流控芯片，第一微流控芯片内开设有第一微通道，第一微通道内设置有第一微柱阵列；第二微流控芯片，第二微流控芯片内开设有第二微通道，第二微通道内设置有第二微柱阵列；第三微流控芯片，第三微流控芯片内开设第三微通道，第三微通道内设置有第三微柱阵列，第三微柱阵列的出口连通有曲形通道的入口，曲形通道固接在第三微通道内。本发明在使用时，通过第一微流控芯片采用亲和性捕获或去除白细胞，第二、第三微流控芯片采用物理性捕获，从而实现亲和性与物理特性的双重捕获；通过设置三层芯片分出不同肿瘤细胞及侵袭距离。技术研发人员：陈红梅,徐旭东,王克珩,彭国胜,李勇,王晓峰,李庆利,刘银年,焦晓栋,王倩受保护的技术使用者：安徽工业大学技术研发日：技术公布日：2024/8/27