[发明专利]一种微流控芯片及夹具

说明书

本发明提供了一种微流控芯片及其夹具，包括硅基衬底和氮化硅层，其中，氮化硅层沉积在硅基衬底的上下两侧，氮化硅层图形化为多个构成阵列的栅形孔。成功将微滤与微流控技术相结合，并采用栅形孔设计替代微滤中常用的圆孔，通过仿真设计的3‑D栅形微纳芯片，并根据常见肿瘤细胞的物理特性，优化栅形结构参数、富集分离条件，相比于单独采用微滤或微流控技术，实现了不同类型稀有细胞的富集分离和转移，大大提高了分离能力。同时独创性地设置的涂层和环形侧冲流路，也能降低氮化硅表面的静电作用，减少细胞与氮化硅间的粘附，以及让细胞与芯片间不易形成稳定粘附，有利于细胞高效率转移。

技术领域

本发明属于微流控芯片及夹具技术领域，尤其涉及一种用于血液稀有细胞富集分离和细胞转移的微流控芯片及夹具。

背景技术

血液中存在一些含量非常少的细胞，它们在生命活动中发挥各自重要功能，对这类细胞的研究与检测一直存在困难，循环肿瘤细胞就是其中一种。CTCs来源于肿瘤原发灶，它既是肿瘤状态信息载体，也是肿瘤转移特异且直接的标志物；并且能多次采集外周血获得，被称为“液体活病理”。外周血中CTCs 非常稀少，通常CTCs 检测利用细胞的生物特性或物理性质等对CTCs 加以分离富集。

CTC细胞具有独特的生化特性和物理特征。其中，（1）生化特性：缺乏具有共性的特征性标志物，即使是上皮细胞粘附分子之类生物标志物，也应细胞类型和细胞处于不同生物阶段而表达存在差异甚至缺失；（2）物理特征：包括细胞密度、体积大小、变形性和电性能等，不同来源细胞的物理特征存在差异。研究显示肿瘤细胞变形性与正常细胞存在差异。外周血中CTCs有单细胞和成团簇两种形式，单个CTCs直径在8-19μm之间；CTCs团簇细胞数量可达数十个，整体直径可达100μm以上。

目前经FDA批准用于临床的CTCs检测平台只有Cellsearch系统、CTC-chip和IsoFlux细胞分选仪3种，它们基本采用细胞表面粘附因子和角蛋白为特征生物标志物进行细胞富集分离后检测，其他很少或基本未进入临床应用。根据以上对CTC细胞特性描述，基于生化特征的细胞富集分离技术必然存在漏检，而这种漏检对于具有转移成瘤高风险的CTC具有倾向性，这种漏检可以说对患者非常不利。现有的三种FDA都是基于此技术，其中第一个临床应用的Cellsearch系统已经与2015年底停产。

基于物理特征的物理法中，目前其他用于CTC方面的技术甚至相关专利技术均为单独采用微滤或微流控技术。但是，微滤技术采用高分子材料制成圆形多孔滤膜，只能细胞富集分离和之后分析；微滤技术完全基于大小的CTCs检测技术容易受到血中体积较大白细胞的影响，且这类方法面临最大问题是滤膜上细胞堆积和吸附，从而限制其使用效果；另外由于细胞堆积是随机发生，且堆积的细胞增加微结构上膜的流体阻力，所以通过增加过滤压力改善堆积引起的堵塞无效，甚至导致细胞破裂，最终影响样本的CTCs检出率。至于微流控技术芯片，有螺旋形、梯度柱状等形式，能部分实现富集分离和转移目的，但是微流控技术让细胞在不同构型的微流体环境中移动分离，并保留需要的细胞，该方法为了提高富集分离效果，每分钟流速仅数十微升，整个实验耗时十小时以上；虽然有技术试图改变流动路径，在不造成细胞堆积堵塞时，也能具有高达12ml/min的流速，但是由于高流速造成血小板和红细胞的裂解对后续细胞识别造成影响。

总之，上述基于物理特征的物理法中，细胞富集率和细胞富集纯度，二者互为矛盾，难有两全；同时还具有多个技术问题：流速慢，每分钟仅几微升，实验时间长，多达十几到二十多小时；实际操作容易堵塞，细胞活性受损，甚至破裂等现象；进而导致芯片滤孔变形降低捕获率；捕获的细胞转移出来难，捕获的细胞由于粘附等原因难以被有效转移出来。

发明内容

本发明的目的在于提供一种微流控芯片，它有效结合了微滤和微流控技术，克服了上述现有技术的缺陷，可以解决血液中稀有细胞，尤其是循环肿瘤细胞的分离富集与转移问题。

本发明的另一目的还在于提供一种微流控芯片夹具，提高了密封效果，并有效克服了芯片滤孔变形的问题。