[发明专利]一种细胞分选方法和芯片

说明书

本发明涉及生物医学领域，特别提供一种细胞分选方法和芯片，在微流控芯片的分选区域设置微柱阵列，所述微柱的截面形貌为桃形或者水滴形。实现目标细胞的高通量高精度分选、捕获、贮存、按需释放和收集功能，为细胞的后续测试提供有力的研究工具。

技术领域

本发明涉及生物医学领域，特别涉及一种用于稀有细胞分选和捕获的微流控芯片、制作方法及其应用方法。

背景技术

世界卫生组织研究表明，肿瘤转移造成了多达90％的癌症致死病例，若能及早发现并诊治肿瘤转移，至少可避免30％死亡病例的发生。循环肿瘤细胞(Circulating tumorcells,CTCs)，作为存在于人体外周血中数量稀少的一类细胞，在临床上被认为是发生肿瘤转移的早期征兆，因而检测血液中的循环肿瘤细胞对癌症的早期诊断具有重要意义。循环肿瘤细胞在人体血液内含量极低，在1ml病人血液中含量仅为1-100个。因此，如何在保持细胞活性的前提下精确高效地移除血细胞，分离稀有循环肿瘤细胞是进行后续分析计数检测步骤的重要前提。

传统的细胞分选和捕获技术包括基于细胞生物特性的分选捕获方法(如使用免疫磁珠捕获细胞，使用人工抗体捕获细胞等)、基于细胞物理特性的分选捕获方法(如使用膜过滤分离技术，使用密度梯度离心技术等)等，但基于细胞生物特性的方法所使用的标记物会对细胞造成生理损伤并且很难清除；由于细胞具有可变形性且密度相差很小，传统的膜过滤分离和密度梯度离心方法通常分选率低、纯度较差，不适合稀有细胞分选。

微流控芯片结构特征尺寸与细胞相匹配，具有高精度、高通量、低成本的优势，非常适合于应在用稀有细胞分选领域，受到广泛关注。目前，确定性侧向位移的微流控技术分选技术是细胞分选领域的热点技术，利用特殊设置的微米级柱阵列结构，依据尺寸对细胞进行分离，小尺寸细胞维持在进入阵列时的侧向位置上，大尺寸细胞沿着微柱排列的方向，向阵列一侧聚集，从而实现分选，确定性侧向位移分选的分离尺寸范围为微米至20纳米，具有通量高、回收率高、可连续分离等优势。但其分选性能受到微柱截面形貌的影响，圆形作为较多采用的微柱截面形貌，对微柱间隙内流速调控能力低，存在分选通量低、易堵塞、所需周期多、芯片长度长的劣势。同时，采用圆形等传统微柱截面形貌无法对尺寸接近的细胞进行精确分离，例如较大的白细胞和较小的循环肿瘤细胞尺寸接近。

传统基于尺寸的细胞捕获技术是在流道中间设置阵列微槽来捕获细胞，依靠流体反向流动来释放被捕细胞，但是在流道中间设置阵列微槽易造成流动堵塞，并且只能依靠流体反向流动来释放所有被捕细胞，无法按需释放细胞。还不能满足稀有细胞等对高分离通量、低堵塞概率、高回收率、高纯度的分选的需求。

发明内容

本发明为解决上述问题，提供一种细胞分选方法和芯片。

本发明的第一目的在于提供一种阵列微结构的多功能细胞分选捕获微流控芯片；本发明第二目的是解决目标细胞与背景细胞尺度相差小，细胞变形误差不可忽略情况下适用的一种优化后可获得分选区域压力梯度的高精度分选结构。本发明的第三目的在于提供一种基于所述微流控芯片实现肿瘤细胞分选、捕获的应用方法。集成芯片具有按需释放被捕细胞、不易堵塞流体流动、多功能捕获等优势。

为实现上述目的，本发明采用以下具体技术方案：

本发明的第一方面，提供一种集分选和捕获技术一体的基于阵列微结构的多功能微流控芯片，以解决现有技术中圆形截面微柱分离能力低、传统捕获技术易堵塞流道、无法按需释放被捕细胞能力的不足，提供一种可以高回收率高纯度分选细胞、按需释放细胞、长期贮存细胞、不易堵塞流体流动的新型阵列微结构和多功能细胞分选捕获微流控芯片。