[发明专利]捕获CTCs的微流控芯片组及基于高光谱的检测方法

说明书

本发明公开了一种捕获CTCs的微流控芯片组及基于高光谱的检测方法，微流控芯片组包括捕获芯片和富集芯片，捕获芯片包括第一捕获部和第二捕获部，第一捕获部顶面和底面之间设置有若干分别与第一捕获部侧面平行的第一滤层，第一滤层有若干微柱等间隔排列而成，微柱的顶端和底端分别与第一捕获部顶面和底面固定连接，第二捕获部的一侧面和与第一滤层平行的第一捕获部相连通，不与第一滤层相交的第一捕获部的两个侧面相交处开设有第一进口，第一进口与相近的第一滤层相连通；本发明能够克服现有技术中无法找到CTCs特征光谱，CTCs捕获率不高的不足，能够获得CTCs特征光谱，提高了CTCs的捕获率，避免个别CTCs被遗漏。

技术领域

本发明涉及生物物理技术领域，特别是涉及一种捕获CTCs的微流控芯片组及基于高光谱的检测方法。

背景技术

癌症，又名恶性肿瘤。是危害人类生命健康，全世界上导致人类死亡的第一大恶疾。癌症具有细胞分化和增殖异常、生长失去控制、浸润性和转移性等生物学特征。90％的癌症病人死于癌转移。攻克癌症是人类一项艰巨的任务。传统的治疗方法为手术治疗、化学治疗、放射线治疗、靶向治疗和免疫治疗等。传统的方法成本高，复杂，给病人带来较大痛苦且具有复发性。循环肿瘤细胞(CTCs)是从原生瘤脱落，进入血液循环系统中的肿瘤细胞。这些肿瘤细胞会在一个适合生长的地方滋生滋长，发展为新的瘤。称为癌转移。循环肿瘤细胞携带与原生瘤及其相似的成分，CTCs数目与癌症病人的病情相关，数目多，肿瘤严重，数目少，病情轻。因此，CTCs对肿瘤预后，早期诊断和抗癌治疗有着至关重要的作用。

高光谱图像集样本的图像信息与光谱信息于一体。图像信息可以反映样本的大小、形状、缺陷等外部品质特征，非常适合细胞形态的观测。由于不同成分对光谱吸收也不同，在某个特定波长下图像对某个缺陷会有较显著的反映，而光谱信息能充分反映样品内部的物理结构、化学成分的差异。因此光谱信息能够反映肿瘤细胞的构成成分如基因和蛋白质。高光谱对肿瘤细胞的分子基因学检测具有重要作用。

目前CTCs检测中人们使用的是表面拉曼散射增强(SERS)。制作纳米粒子，连接CTCs。(1)该纳米粒子如AuNP-MBA-rBSA-FA，或者磁性纳米粒子SPION-PEI@AuNPs-MBA-rBSA-FA。纳米粒子里的MBA是个拉曼报告分子。而纳米粒子最外层FA(叶酸)能够被绝大多数肿瘤细胞识别，因为接大多数肿瘤细胞过表达FR，FA和FR匹配，所以这样制作的纳米粒子能够连接绝大多数肿瘤细胞。SERS测得的是具有一点肿瘤特征的纳米粒子的光谱，而不是肿瘤细胞或CTCs(循环肿瘤细胞)特征光谱。(2)纳米粒子的制作相当复杂，而且只能检测纳米粒子最外层FA识别的肿瘤细胞，对于其他肿瘤细胞识别不了，具有局限性。不如高光谱直接检测肿瘤细胞，尤其是病人血液中循环肿瘤细胞(CTCs)特征光谱高效直接。(3)因为SERS检测的是纳米粒子的光谱信号，信号强度随每个细胞连接纳米粒子数量的不同会有所差别，所测得的信号强度与肿瘤细胞数量之间的关系不可靠，不足以令人信服。(4)高光谱检测是肿瘤病人血样中每一个肿瘤细胞的特征光谱。信号来自于病人血液中的循环肿瘤细胞，CTCs。因此信号真实反映循环肿瘤细胞数量，真实、可信。

微流控芯片尺寸小，与细胞尺寸匹配，可携，所需消耗试剂量小，在科研与生产中具有广泛应用。微流控芯片捕获循环肿瘤细胞应尽可能满足4个要求：高捕获率，捕获住肿瘤病人血样中每一个肿瘤细胞；高纯度，捕获的CTCs受血细胞(白细胞和红细胞)干扰小；高通量，高效快速分离出CTCs；高活性，捕获的肿瘤细胞能够培养，以便开展分子基因学的分析。

目前微流控芯片分离捕获循环肿瘤细胞主要分为两类：亲和性，在微流控芯片的微通道和微结构上修饰抗体anti-EpCAM(抗上皮粘附分子)或适配体。利用抗原于抗体的结合捕获CTCs。2007，哈佛医学院的Sunith Nagrath课题组设计了78,000圆柱形微流控芯片，利用抗原与抗体的结合捕获了100多个肿瘤病人血样里的CTCs。为了提高CTCs与微结构的碰撞几率，Stott设计了Herringbone-chip，鱼骨形的微结构。氧化石墨烯芯片，3D氧化石墨烯芯片，OncoBean芯片都是利用该原理。但该方法结构设计复杂，抗体十分昂贵。