[发明专利]一种用于循环肿瘤细胞富集的惯性微流控芯片

说明书

本发明公开了一种用于循环肿瘤细胞富集的惯性微流控芯片，所述芯片，包括流道层，所述流道层包括螺旋形流道；所述螺旋形流道包括间隔性设置的突扩结构，所述突扩结构为在螺旋形流道中形成的流道变宽的结构，所述突扩结构凸出螺旋形流道外侧壁。上述芯片以螺旋形流道作为流道主体，集成螺旋形惯性流道与突扩结构，在带有曲率的弯流道中，粒子由于惯性迁移效应和曲率诱导产生的截面二次流会使粒子在迁移过程中不断聚焦成一条粒子束，从而有利于不同粒子的有效分选。利用上述芯片进行循环肿瘤细胞分选，可以实现循环肿瘤细胞的高通量、高回收率、高纯度富集同时整套装置操作简单、成本低廉、对细胞活性无影响。

技术领域

本发明属于生物医学工程技术领域，具体涉及一种用于循环肿瘤细胞富集的惯性微流控芯片。

背景技术

循环肿瘤细胞是存在于外周血中的各类肿瘤细胞的统称，近年来被认为是引发恶性肿瘤转移的重要原因，因此循环肿瘤细胞的检测对于癌症的早期排查、药物筛选、监测癌症治疗效果等有着重要的作用。然而，循环肿瘤细胞在血液中的含量极低，肿瘤转移患者每毫升全血中仅有1～10个循环肿瘤细胞，这给检测造成了很大的困难。因此，在进行循环肿瘤细胞检测之前将其从血样中高纯度、高灵敏度、高细胞活性的富集出来成为了循环肿瘤细胞临床应用的重点和难点。

随着技术的发展，循环肿瘤细胞的富集也经历了从基于物理特性的粗分离技术的第一代富集技术，到基于生化特性的免疫磁珠技术的第二代富集技术，最后到基于物理或生化特性的微流控芯片技术的第三代富集技术。

基于物理特性的粗分离技术主要通过特殊的滤膜或梯度离心等方法将循环肿瘤细胞富集出来，这种方法操作成本很低，不依赖细胞表面抗原的表达，因此难以富集到高纯度的循环肿瘤细胞，也没有相应的公司对该方法实现量产。

基于生化特性的免疫磁珠技术是通过将抗体或多肽与细胞表面抗原的特异性作用将免疫磁珠偶联到细胞上，从而在磁场的作用下实现循环肿瘤细胞的阴性或阳性富集。这其中的代表是强生子公司veridex的CellSearch系统，它是目前世界上唯一一家同时获得FDA和CFDA批准的用于循环肿瘤细胞检测的产品。但因该产品检测灵敏度不高目前已经停产。除此之外，还有AhnaGen公司的AdnaTest、Miltenyi公司的MACS以及Illumina公司的MagSweeper也都是基于免疫磁珠的技术平台。但这种方法均存在灵敏度不高且易出现假阳性的问题。

微流控芯片技术是基于循环肿瘤细胞的物理特性或生化特性或两种特性相结合来实现细胞富集。由于其所需的样品量少、灵敏度高且可以捕获活细胞，因此成为了目前主流的循环肿瘤细胞富集方法。微流控芯片技术目前经历了三个发展阶段：第一代以CTC-Chip为代表，主要通过在芯片中设置EpCAM包被的微柱阵列将其从血液中分离出来。除此之外还有Captura公司的GEDI-Chip以及Biocept公司的OncoCEE系统。但由于微柱阵列制造复杂且无法实现高通量生产，因此没有得到大规模生产。第二代芯片摒弃了微柱结构，通过特殊的表面结构来完成细胞捕获。这其中的代表是HB-Chip，其微流道的结构为鱼骨形。除此之外，还有GEM-Chip、GO-Chip以及BioFluidica公司的Modular Sinusoidal Microsystem也都是采用表面装置来捕获循环肿瘤细胞。第三代以CTC-iChip为代表，将免疫磁珠与微流控技术结合起来，捕获效率可以达到98％。除此之外还有Ephesia公司的Ephesia、Cynvenio公司的LiquidBiopsy和Fluxion公司的Isoflux，这些芯片是基于循环肿瘤细胞的生化特性来实现分选，因此具有特异性高的优点，能有效分选形状、大小相似的不同种类细胞。但缺乏公认的表面标志物限制了其在循环肿瘤细胞分选中的应用。