[发明专利]一种用于细胞富集与提取的微流体生物芯片

说明书

技术领域

本发明涉及一种生物芯片，具体涉及一种用于细胞富集与提取的微流体生物芯片。

背景技术

微流体生物芯片诞生于20世纪末，近年来发展迅速，成为一种有效的检测手段，并被广泛应用于医学、生物等领域。它体现了将分析实验室的功能转移到微型芯片上的思想，具有便携性和高度集成性。鉴于长期以来微流体生物芯片相关技术富有成就性地发展，美国科学促进会将微流体生物芯片评选为1998年的十大科技突破之一，认为微流体生物芯片技术将是继大规模集成电路之后的又一次具有深远意义的科学技术革命。微流体生物芯片是利用微加工技术，在硅、玻璃、塑料等基片上刻蚀出预先设计的微通道和其它功能单元，然后用盖片将其封闭，通过不同的通道网络、反应器、检测单元等组成部件的设计和布局，以实现集微量样品的制备、进样、反应、分离、检测等功能于一体的快速、高效、低能耗的微型实验装置。微流体生物芯片在高效快速的分离、灵活性的设计和多功能单元集成等方面的潜力引人注目，成为当今的研究热点之一。

最近几年，大批学者尝试利用微流体生物芯片对微纳米生物分子和细胞进行富集与提取。生物分子（如蛋白质、核酸、抗原和抗体）或细胞的富集与提取在生物医学、食品与环境监测等领域有重要作用，如疾病诊断、食品安全检测和水质监测等。在生物医学的研究中，首先需要将目标细胞从全血中富集并提取出来，以便排除其他细胞或微粒的干扰。例如对癌症的诊断和治疗中，需要将恶性肿瘤细胞（俗称癌细胞）从血液中进行有效的富集与提取。癌细胞在发病晚期会产生转移，由初始病灶区脱离并进入血液循环系统，而后依附于另一个器官或组织，形成新的癌症发病点，但是在癌细胞扩散期，血液中的癌细胞含量只占到血液细胞总量的亿分之一，相当于一毫升血液中最多只有一个癌细胞，因此将转移期血液中极低浓度的癌细胞进行有效的富集与提取，对癌症的监测治疗和病情的预估有着重要的意义。另一方面，癌细胞的富集与提取，可以用于对用药前后血液中癌细胞的浓度水平进行检测和对比，对抗癌药效和治疗效果的评估意义重大。

传统的用于细胞富集与提取的设备，按照原理不同，主要分为离心力富集、介电力富集、速度沉降富集、固相萃取和声波表面富集。目前被广泛采用的是离心力富集，如干细胞处理系统，它是基于不同种类细胞的密度差异，在离心力的作用下将目标细胞进行有效的富集和提取。其细胞提取物包括造血干细胞、红细胞、血浆、血小板等，为下一步的临床诊断或科学研究奠定基础。介电力细胞富集，是利用不同细胞的介电常数差异，在外加电场作用下实现目标细胞的富集与提取，其结构较离心式细胞富集提取设备简单，但无法排除极化现象对细胞的影响。此外，电场强弱、流体粘度、细胞尺寸和电特性都会对介电力细胞富集与提取效果产生影响，因而难于广泛推广应用。速度沉降富集基于细胞尺寸的差异，使不同细胞在具有十分平缓的密度梯度的介质中以不同的速度沉降而达到富集与提取的目的。需要指出的是，此种方法富集不同目标细胞时，需要不同密度的沉降介质从而保证目标细胞在沉降介质中发生有效沉降。此外，速度沉降细胞提取十分缓慢，不便应用于细胞快速分析场合。其余诸如固相萃取、表面声波富集等尚处于理论研究阶段，鲜见有实际应用与推广。由于传统细胞提取设备一般都需要如电机、流量控制阀、特制的流动闭合回路等精密元件，制造难度较大，机构异常复杂。而且价格昂贵，不利于医疗技术的快速进步，有悖于家庭医疗和个人保健等先进的健康理念。

传统的细胞富集与提取设备主要存在以下问题：

1）体积庞大，不便携带；

2）需要外加动力，耗能高；

3）流量需要精确控制，容易受各种因素影响；

4）组件多，结构复杂，如需要电机、流量控制装置等精密元器件，生产制造较为困难；

5）单台设备价格昂贵，不利于在基层医疗机构中的推广和使用。

发明内容

为解决上述现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种用于细胞富集与提取的微流体生物芯片，能对细胞进行高效富集与提取，也可用于血浆的萃取，具有操作方便、结构简单、成本低、精度高、便于携带等优点，具有很好的应用前景。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：