[发明专利]一种全血癌细胞捕获集成微流控芯片

说明书

技术领域

本发明涉及一种微流控医疗诊断芯片，尤其是涉及一种全血癌细胞捕获集成 微流控芯片。

背景技术

当今社会，各种疾病的威胁尤其是艾滋病、癌症等严重威胁着人类健康。而 细胞研究对艾滋病、癌症等重大疾病的研究十分重要，提供一种方便、快捷的细胞 捕获和检测方法将促进细胞生物学的发展。因此从全血中分离、捕获、检测癌细胞， 对研究癌细胞的转移，术后判断等都具有重要意义。

随着微机电系统(Micro-Electro-Mechanical Systems，MEMS)技术与生命科 学、分析科学等学科的迅猛发展，生物MEMS(Bio-MEMS)技术以及基于 Bio-MEMS技术的微全分析系统(Micro Total Analysis System，μTAS)逐步成为人 们的研究热点。微流控芯片把化学和生物等领域中所涉及的样品制备、反应、分离、 检测，细胞培养、分选、裂解等基本操作单元集成在一块小芯片上，用以实现常规 化学或生物实验室的各种功能，具有体积小、试剂使用量少、反应速度快、结果准 确可靠及可抛弃等优点，在生物医疗、细胞检测等方面上有广泛的应用前景。

通过对现有技术的检索发现，Sethu P等在Anal Chem，2004，76(21)：6247-6253 中利用软光刻技术，研制一种用于快速裂解红细胞的微流控芯片，实现了将血液中 的红细胞完全裂解，这就消除了红细胞对癌细胞捕获的影响，为癌细胞的捕获奠定 了基础。此芯片只是实现了红细胞的裂解，缺少具有更重要功能的后续设计。

胡锐军等在《功能材料与器件学报》，2011，17(2)：227-232中将磁珠技术与 MEMS技术相结合，提出了一种等边三角排列的Ni微磁柱结构，在磁场作用下成 功地实现了对结肠癌细胞和CD4细胞的捕获。该芯片使用的细胞是单一的纯细胞， 不能应用于从全血中直接捕获癌细胞的研究。

Faley S等在Lab Chip，2008，8，1700-1712中利用440个18μm×18μm×10μm 的聚二甲基硅氧烷(Polydimethylsiloxane，PDMS)微结构捕获阵列成功地实现了 对CD4+T细胞的捕获。该设计侧向2μm宽的微小狭缝使得PDMS在脱模时容易 断裂，另外芯片对细胞的捕获的选择性不高，会将全血中的红细胞、白细胞和癌细 胞同时捕获。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种集成化程度 高、操作简单、细胞捕获效率高、制作工艺简单的全血癌细胞捕获集成微流控芯片。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种全血癌细胞捕获集成微流控芯片，其特征在于，包括依次连接的进口、红 细胞裂解单元、白细胞捕获单元、癌细胞捕获单元和出口，所述的进口设有三个， 所述的白细胞捕获单元包括第一分流器、软磁性微柱阵列和永磁体，所述的第一分 流器与软磁性微柱阵列连接，所述的永磁体设在软磁性微柱阵列两侧，所述的癌细 胞捕获单元包括依次连接的第二分流器和捕获微结构阵列；

全血、红细胞裂解液和含有白细胞表面抗原抗体磁珠的缓冲溶液分别从进口注 入，全血和红细胞裂解液在红细胞裂解单元中充分混合后，全血中的红细胞被裂解； 同时全血中的白细胞与含有白细胞表面抗原抗体的磁珠经充分混合结合在一起，在 永磁体产生的磁场中，含有白细胞表面抗原抗体的磁珠与白细胞捕获单元中的软磁 性微柱阵列结合来捕获白细胞；最终溶液中的癌细胞在流经癌细胞捕获单元时被捕 获微结构阵列捕获，从而实现从全血中直接提取和捕获癌细胞的目的。

所述的进口为圆柱形空腔结构，所述的出口为圆柱形空腔结构。

所述的红细胞裂解单元为S形混合流道结构，该S形混合流道结构由多个半 圆环首尾相连而成。

所述的第一分流器、第二分流器均由主流通道、第一分流结构和第二分流结构 组成，溶液从主通道通过第一分流结构流入两个相同的次通道，再通过第二分流结 构流入四个相同的分流通道。

所述的软磁性微柱阵列由软磁性微柱排列而成，每个软磁性微柱与周围六个紧 邻软磁性微柱成等间距排列，并且每个软磁性微柱周围的六个紧邻微柱中心连线组 成一个等边六角形。

所述的软磁性微柱采用铁镍合金或镍软磁性金属材料。