[发明专利]一种包埋功能化纳米纤维膜的微流控芯片及其应用

说明书

技术领域

本发明属于微流控芯片领域，特别涉及一种包埋功能化纳米纤维膜的微流控芯片及其应用。

背景技术

目前癌症已经成为威胁人类生命的头号杀手。早期诊断和治疗规划有助于降低癌症的死亡率。目前用于癌症诊断的方法有很多，但在大多数情况下，检测灵敏度低、检测时间长、价格昂贵，因此找出一种更加方便、快捷、经济的肿瘤检测方式至关重要。

循环肿瘤细胞(circulating tumor cells，CTCs)是从原发瘤或转移瘤病灶脱落后进入外周血液循环系统的肿瘤细胞。当循环肿瘤细胞在特定的微环境条件下停留、侵袭、扩增，导致肿瘤的转移。CTC的检测有助于研究肿瘤转移机制，对健康人群及高危人群进行早期筛查，帮助医生定制个体化治疗方案，判断治疗效果，为推断预后提供可靠参考，因而已经成为国内外肿瘤治疗关注的焦点。近年研究表明，基于循环肿瘤细胞的液体活检技术有望成为一种全新的肿瘤早期检测技术。

由于CTCs在血液中的数量非常少，10⁹个血细胞中仅含有1～100个CTCs，要在众多的血细胞中分离出稀少的CTCs细胞颇具难度，成为CTCs研究的主要阻碍。因此CTCs研究的关键在于从含有大量血细胞的复杂血液样本中准确、高效地将其分选出来。通过改进分离技术和设备，满足高捕获率、高纯度和高通量的要求，从而成为能够满足科研和临床需求的工具。

目前分离检测CTCs的方法有很多，其中主要有密度梯度离心法、基于细胞尺寸的膜过滤法、流式细胞技术和基于免疫磁珠的细胞分选技术等，但是这些技术都需要大量的样品，且获得分选效果不佳，在临床应用中存在很大的问题。微流控芯片和纳米科学的发展可以提高CTC捕获效率、灵敏度和纯度，为CTC检测提供了崭新的技术平台。

微流控芯片(Microfluidic chip)是通过微加工技术，在硅、石英、玻璃、聚甲基丙烯酸甲酯(polymethylmethacrylate，PMMA)、聚二甲基硅氧烷(polydimethylsiloxane，PDMS)等材料上，根据实际需求，制作出各种结构、尺寸在微米量级的管道进行实验的装置。由于微流通道具有极小的体积和对微量液体精确操纵的功能，使其不仅对样品的量需求极少，而且具有很高的检测灵敏度和分析速度，可以连续自动地进行各项实验。由于微流控芯片管道尺寸在微米量级和细胞尺寸非常匹配，又可以很好的操纵流体，非常适合应用于细胞分选。由于分选CTCs的样品非常有限，微流控芯片正好弥补了这一缺陷，所以受到研究者的普遍关注，近些年来，有越来越多的研究者将该技术应用在CTCs的分选上。

纳米材料至少有一个维度的尺寸在1-100nm之间，其特有的光、电、磁学性质使它们成为各种医学研究中极富潜力的新材料。静电纺丝技术可以有效地在纳米和微米尺度范围内制备具有高比表面积的纤维，而且纤维表面大量的细胞接触位点，可以显著提高细胞捕获的效率[Chen,L.,et al.,Aptamer‐Mediated Efficient Capture and Release of T Lymphocytes on Nanostructured Surfaces.Advanced Materials2011,23,4376-4380]；此外，高聚物纳米纤维表面可与生物化学、分子生物学和细胞生物学中常用的核酸、蛋白质、糖类等分子共价结合，模拟生理条件下的细胞外微环境。

目前，单纯的抗体修饰的纳米纤维膜作为一个CTCs的捕获平台受到研究者的青睐，利用功能化的纳米纤维来对细胞进行特定捕获的报道也越来越多。武汉大学Zhang等[Zhang,N.,et al.,Electrospun TiO2Nanofiber‐Based Cell Capture Assay for Detecting Circulating Tumor Cells from Colorectal and Gastric Cancer Patients.Advanced Materials2012,24,2756-2760]利用功能化二氧化钛纳米电纺丝包被基底，实现血液中CTC的分离富集。除了功能化识别抗体，基底沉积的电纺丝水平排列，其拓扑结构与细胞外基质的相互作用在提高CTC捕获率方面也起到了很大的作用。研究表明：细胞表面的纳米结构组件(微绒毛和丝状伪足)与细胞外基质相互作用，将影响细胞的黏附、活性迁移及分化等功能。因而通过纳米技术模仿细胞外基质结构构建一些纳米表面，调控细胞黏附性，可以实现对CTC的捕获。