[实用新型]一种用于捕获循环肿瘤细胞的双层微流控芯片

说明书

本实用新型公开了一种用于捕获循环肿瘤细胞的双层微流控芯片，属于微流控技术领域。本实用新型的双层微流控芯片，包括上下对应设置且相互连通的上层芯片和下层芯片，上层芯片和下层芯片内均设有微柱阵列以实现对肿瘤细胞的多次捕获；且下层芯片内还设有碗形结构以聚集肿瘤细胞，当利用激光检测富集CTCs的特征光谱时信号增强，可以获得该肿瘤病人的肿瘤类型及基因蛋白质光谱特征。本实用新型的双层微流控芯片，克服了现有技术中肿瘤细胞捕获率不高的不足，其结构设计巧妙，可以根据需求对循环肿瘤细胞的捕获方法进行结合选用，提高了CTCs的捕获率，避免个别肿瘤细胞被遗漏。

技术领域

本实用新型属于微流控技术领域，更具体地说，涉及一种用于捕获循环肿瘤细胞的双层微流控芯片。

背景技术

癌症是威胁人类健康的第一大疾病。2018年全球新增1810万癌症病例，死亡人数达960万，全球癌症负担进一步加重。在全球癌症发病率中排在前三是肺癌、乳腺癌和结肠癌，同时它们分别在各类癌症死亡率排行榜上排第一、第五和第二。综合看来，这三类癌症发病率和死亡率占据了全球癌症的1/3。90％的癌症病人死于癌转移，攻克癌症是人类孜孜以求不停追求的目标。传统的切除、化疗、放射线治疗等方法成本高，给病人带来较大痛苦且具有复发性。循环肿瘤细胞(CTCs)是从原生瘤或再生瘤脱落，进入血液循环系统或淋巴系统中的肿瘤细胞。这些肿瘤细胞定植远端组织，最终形成癌症转移，导致病人死亡。然而，对循环肿瘤细胞的分离及后续分子生物学、基因分析等对肿瘤的检测诊断、肿瘤的进展转移研究和疗效评价具有重要意义。血液循环系统CTCs的数目是极其稀少的，癌症病人血液中分离循环肿瘤细胞具有高技术的难度。CTCs的数目与癌症的严重程度有着密切的联系。数目多，病情严重，数目少病情轻或治疗有效。

微流控芯片的微通道与细胞的尺寸相当，是一种体积小、成本低、试剂消耗低、便携性好的新技术，被称为“液体活检”。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三类：

一类利用亲和性(Affinity-based)原理进行细胞的捕获与分离，该方法基于在微流控芯片内部的微通道或微结构上修饰能够与肿瘤细胞表面抗原结合的特异性抗体如anti-EpCAM如CTC-chip，或者适配体。Herringbone-chip(HB-Chip)的微漩产生的鱼鳞形芯片改变微柱阵列(CTC-Chip设计78,000圆柱形微柱)为鱼鳞形，提高了细胞与抗体修饰的微结构碰撞几率，提高了捕获效率与纯度。但这种微流控芯片的结构通常非常复杂，修饰时间长，抗体昂贵且依赖于EpCAM的不同表达。当肿瘤细胞发生上皮间质转化(EMT)时，肿瘤细胞的EpCAM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EpCAM的肿瘤细胞。该捕获方法依赖于细胞与抗体修饰的柱子的碰撞几率，加速流速时，细胞与抗体修饰柱子的碰撞几率降低且相互作用的时间减少，捕获率下降。典型的基于亲和性微流控芯片结构有CTC-chip、HB-Chip、氧化石墨烯芯片(a graphene oxide chip)、HTMSU、Onco-BeanChip和a GO-polymer device。

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，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，结构勿需过于复杂、不需修饰且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导致损失一部分和白细胞尺寸有重叠部分的CTCs，尤其是那些尺寸较小的CTCs。因为经历了EMT的转变，所以漏掉的CTCs恶性程度更高，且容易破裂、纯度不高，容易发生堵塞。但与亲和性或其他如双向电泳等方法相比较，该方法简易切实可行，更适于临床应用如利用惯性分离的圆形螺旋形芯片、CTC聚合芯片、MOA过滤器和微流棘齿。