[发明专利]一种基于涡胞旋转的肿瘤细胞形貌动态观测的微流控芯片装置

说明书

本发明公开了一种基于涡胞旋转的肿瘤细胞形貌动态观测的微流控芯片装置，由芯片主体结构、入口、主通道、对称分布的圆形和矩形微凹槽结构、出口和下底板组成。利用微凹槽产生的涡胞流场，实现对捕获的循环肿瘤细胞的三维空间旋转运动行为的精准操控，进而进行三维形貌动态追踪观测，克服了传统单细胞观测装置只能观测静止细胞单侧形貌的缺点。该芯片装置结构简单，充分利用微凹槽产生的三维涡胞结构，实现了待测细胞的三维空间旋转观测，可进一步实现CTCs细胞三维形貌重构，满足了血液中CTCs细胞的分选和三维形貌观测一体化操作要求。本发明有利于捕获CTCs细胞形貌的动态观测，为进一步单细胞分析奠定基础，对人类肿瘤疾病的科学研究具有重要意义。

技术领域

本发明涉及一种新型的可用于循环肿瘤细胞CTCs三维形貌动态观测的微流控芯片通道装置。本发明属于微流控技术、实验流体力学、细胞生物学研究领域。

背景技术

恶性肿瘤已成为我国死亡率最高的重大疾病之一，肿瘤转移是导致患者死亡的主要原因。针对患者外周血中较低浓度的循环肿瘤细胞(Circulating tumor cells，CTCs)进行检测已成为新兴“液体活检”技术的一种，对肿瘤早期诊断诊疗至关重要。在单细胞观测条件下，对捕获的CTCs细胞进行内部组织的三维空间形貌观测，将有助于深入了解单细胞结构及行为特性。

微流控技术(Microfluidics)是利用微通道操控微小体积流体(纳升到微升)的新兴科学技术，因具有精准化、微型化、可集成等颠覆性特点被应用于新一代医疗诊断、药品检测等领域。基于微凹槽结构的微流控技术利用惯性分离理论，能够将血液中含量极低(10^-9)的CTCs细胞从大量血细胞中分选出来。同时，利用微凹槽结构形成的三维涡胞流场结构，可以实现捕获CTCs细胞/粒子的精准操控的同时进行单个细胞/粒子的三维动态追踪及形貌观测。

实验开展基于微流控技术，进行微凹槽CTCs分选捕获，通过一组对称的微凹槽CTCs分选微流控芯片装置，利用微凹槽内特殊的三维涡胞流场结构，对捕获的肿瘤细胞进行三维动态形貌观测，对细胞形貌进行三维重构。在细胞生物学和临床医学等领域有重要应用前景，对单细胞生物学研究有重要意义。

发明内容：

本发明目的是实现一种基于涡胞旋转的循环肿瘤细胞CTCs三维形貌动态观测的微流控芯片装置，该装置将血液中CTCs的分选和三维形貌观测一体化，其操作简单，应用前景范围广，具有较高的科研应用价值，其采用的技术方案如下：

一种用于实现循环肿瘤细胞CTCs分选和三维形貌观测的微流控芯片装置。该通道包括芯片主体结构1、入口2、主通道3、对称分布的圆形和矩形微凹槽结构4、出口5、和下底板6。

具体而言，入口2、主通道3、对称分布的圆形和矩形微凹槽结构4、出口5为芯片主体结构1上凹槽或孔洞结构，且各结构为芯片工作时流体流动区域；对称分布的圆形和矩形微凹槽结构4入口宽度范围设定在600微米，矩形凹槽的高度和与其对称分布的圆形凹槽半径均为400微米，以充分利用凹槽内三维涡胞结构实现CTCs的捕获和形貌动态追踪，凹槽内用于捕获和观测CTCs的三维涡胞结构如图2所示；对称分布的圆形和矩形微凹槽结构4位于主通道的两侧位置处，利用惯性升力作用和碰撞捕获机理，将循环肿瘤细胞捕获进凹槽内部，同时利用微凹槽内三维流场特性和流体与细胞的相互作用力，通过对入口雷诺数的调控实现所捕获的细胞的精准操控和形貌观测；外周血液抽取装置选用5-30ml医用注射器，通过微流泵连接实验装置，使其通过入口2进入对称分布的圆形和矩形微凹槽结构4。

所述主体结构1和下底板6均由聚二甲基硅氧烷制作，并通过氧离子上下键合固定，下底板6置于主体结构1底部，以支撑芯片主体结构并提供流动空间；

本发明总体工作过程如下：