[发明专利]集成微流控芯片及其用于三维肿瘤定位、构建、回收方法

说明书

技术领域

本发明涉及微流控芯片技术领域，尤其涉及一种集成微流控芯片及其用于实时控制性的高通量肿瘤细胞定位、三维肿瘤组织构建与回收。

背景技术

癌症是由于细胞的分裂失控和异常生长而引起的疾病，常伴随着恶性肿瘤的形成，进而导致人类和动物疾病并最终造成死亡。广泛开展肿瘤研究是探索癌症作用机理与推动临床治疗进展的源动力。目前，常规的动物体内实验研究方法能够高度还原特定肿瘤的发生发展过程，但在动态检测，微环境控制以及肿瘤组织实时操作分析方面缺乏足够的优势。相比较，常规体外肿瘤细胞培养法在很多方面能够弥补这些欠缺，如肿瘤细胞直接操作、细胞监测分析等。体外细胞培养主要包括二维培养和三维培养。其中三维肿瘤培养因具有更好的体内肿瘤生物学特性仿生能力，近年来受到国内外研究人员的认可和关注。迄今为止，体外制备三维肿瘤组织的方法众多，包括悬滴法，琼脂糖表面培养法和旋转培养法等。这些方法对于体外肿瘤仿生研究具有较强的推动作用，但由于这些细胞操作方法仍处于宏观界面操作水平，很难完成微观尺度下的一些操作。同时，其制备方法操作较为繁琐、且需要较多的人力，所制备的三维肿瘤均一度较低。这在很大程度上限制了基于三维肿瘤的后期试验的研究进度及其研究结果的精准性。因此，大力开发、开展微观界面条件下的肿瘤细胞操作与三维肿瘤仿生构建，对于更有效地进行肿瘤研究、早日突破肿瘤治疗难题是具有重大科学意义和社会意义的。

微流控芯片，作为本世纪极具代表性的一种微型操作与分析平台，在细胞研究微型化的发展道路上扮演着非常重要的角色。微流控芯片的显著特征在于它的微型化，即微米级的芯片单元、微米级尺度下的细胞操作分析、生物样本的微纳升甚至皮升级操作处理与检测分析水平。目前，基于微流控芯片的肿瘤细胞操作多为被动式操作，在很大程度上缺乏细胞操作灵活性与时空控制能力。已开发的芯片微功能单元，如微筛、微孔，尽管能够完成肿瘤细胞的原位捕获，但由于其结构固定，无法实现实时空间控制的肿瘤细胞定位、三维肿瘤构建与分析及其回收操作与后分析研究。此外，如果采用极端条件处理进行样品回收，如使用极高流速液流，势必会造成三维肿瘤结构的破坏以及肿瘤细胞在这些固定微功能单元位置的残留，不利于三维肿瘤操作。因此，开发一种可控式高通量肿瘤细胞定位与三维肿瘤仿生构建芯片是十分有必要的。

发明内容

本发明目的在于，提供一种含有气动控制结构的集成微流控芯片，并提供一种用于平行高通量肿瘤细胞定位、三维肿瘤仿生构建及其肿瘤回收的芯片操作方法。该芯片操作简单、快捷，便于多学科研究学者掌握。

为实现上述目的，本发明采取以下的技术方案：

一种集成微流控芯片，该微流控芯片由样品流动层和气动控制层构成，所述样品流动层设有入口、微腔、出口和微管道网络，所述气动控制层设有进气入口、气动控制结构和末端封闭的微管道网络，所述气动控制结构由末端封闭的微管道网络与进气口相连接，所述气动控制结构的高度大于末端封闭的微管道网络的高度。

优选的，气动控制层高度与微管道网络高度的比值大于等于2，且小于等于5。

所述微流控芯片样品流动层设有1个入口、4-16个微腔、4-16个出口和一个对称微管道网络，每个微腔对应连接一个出口，并且微腔与出口之间通过对称微管道网络连接；所述气动控制层设有1个进气入口、144-1152个气动控制结构和一个末端封闭的微管道网络，所述气动控制结构由末端封闭的微管道网络与进气口相连接；优选的，每36-72个气动控制结构与样品流动层的一个微腔自下而上重叠对应。

本发明提供的集成微流控芯片，所述芯片制备材料为聚二甲基硅氧烷(PDMS)，与涂有PDMS聚合物的玻璃或透明塑料材料进行不可逆封接，从而确保所使用微流控芯片质量以及芯片内各个微功能单元的完整性。

优选的，本发明提供的集成微流控芯片，所述微流控芯片样品流动层高度为100-500μm；所述气动控制结构高度为20-150μm，末端封闭的微管道网络高度为10-30μm。

相对于现有技术，本发明提供的集成微流控芯片，所述气动控制层中的气动控制结构高度大于微管道网络高度。气动控制结构与样品流动层之间的PDMS膜厚度明显小于气动控制层微管道网络与样品流动层之间的PDMS膜厚度。当在外源气压为12-30psi作用下，气动控制结构对应的PDMS膜形变明显大于气动控制层微管道网络对应的PDMS膜形变，并能够形成更高的三维结构。