[发明专利]一种用于捕获、孵育循环肿瘤细胞的整合型微流控芯片

说明书

本发明公开一种用于捕获、孵育循环肿瘤细胞的整合型微流控芯片，属于微流控技术领域。本发明的整合型微流控芯片包括从上至下依次连接的上层芯片、中层芯片和底层芯片，上层芯片内的第一微柱阵列实现对循环肿瘤细胞的一次捕获，中层芯片内设置的引流通道用于将血样从上层芯片引入底层芯片的中心，使血样呈放射状涌入U型微柱单元进行二次捕获，放射状分布的U型微柱单元使得流体通量非常大，血样流速快，捕获率高。本发明克服现有技术中微流控芯片通量较低、富集肿瘤细胞数量及纯度不够导致检测过程不够准确的不足，提供的整合型微流控芯片集捕获功能和孵育功能于一体化，且具有高通量和高捕获率。

技术领域

本发明属于微流控技术领域，更具体地说，涉及一种用于捕获、孵育循环肿瘤细胞的整合型微流控芯片。

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960万，2018年全球几乎一半的新发癌症病例及超过一半的癌症死亡病例都发生在亚洲，这是因为该地区有着全球几乎60％的人口。全球癌症病例迅猛增长之势使得如何缓解和治疗肿瘤已成为我国乃至世界人口生命与健康领域急待解决的重大问题。传统的治疗方法诸如手术切除、化疗、放射线治疗、免疫治疗、单克隆抗体治疗或其他方法成本高，给病人带来较大痛苦。而90％以上的肿瘤患者死于肿瘤的转移。循环肿瘤细胞(CTCs)是从实体瘤或转移灶脱落，进入外周血液循环的恶性肿瘤细胞，是肿瘤发生转移的必要前提。并且CTCs的数目与癌症的严重程度有着密切的联系。数量多，则意味着病情的加重，数量少，则意味着病情的减缓与好转。CTCs检测在新的肿瘤生物标志物的发现，肿瘤预后判断及个体化治疗方面存在很大的应用潜力。百万数以十亿的血细胞中仅有1～10个CTCs，CTCs的分离必须满足高捕获率，高纯度、高通量和高活性，进而满足临床的需求。

CellSearch是目前唯一应用于临床的通过美国食品和药品监督管理局(FDA)认证的CTCs检测技术。CellSearch系统通过连接了抗上皮细胞粘附分子抗体的磁珠和CTCs表面标志物的特异结合，达到捕获CTCs的目的。但该系统存在半自动化、成本高、效率不高的缺陷。微流控芯片是集样品制备、反应、分离、检测等在一块微米尺度的芯片上，自动完成分析全过程，具有体积小，消耗试样和试剂少，分析速度高的特点，是一种非侵入性的新型诊断工具。现有的利用微流控芯片研究CTCs的捕获分离方法可分为两类：一类利用抗原抗体的特异性相结合的亲和性(Affinicity reaction)原理进行细胞的捕获与分离，在芯片的微通道或微结构上修饰能够与靶细胞表面抗原结合的特异性抗体或适配体如上皮粘附分子(EpCAM)。2007年来自美国的MassGeneral Hospital和Harvard Medical School的SunithaNagrath在Nature中报道了使用微柱的微流控芯片捕获CTCs。在载玻片尺寸的硅片上，排列了包被上皮粘附分子抗体的78000个微圆柱，病人的血样通入后，与表面密致支持物接触，碰撞。被EpCAM抗体高效捕获的细胞被确认为CTCs。

人类在45岁之前，超过90％的肿瘤均源于上皮细胞。但在不同的肿瘤细胞中，EpCAM的表达各有不同。而且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。另一类是依赖于物理特性比如大小尺寸形变性进行捕获的，利用CTCs比血细胞大且不易形变的特征，滤过血细胞。例如Abnova公司的ClearCell CXSystem就是基于大小形变的原理设计制造而成。三个间距为5微米的圆柱构成一个“爪形”结构，重复排列。捕获住肿瘤细胞，白细胞与红细胞则通过形变滤过。