[发明专利]一种循环肿瘤细胞分离微流控芯片装置及其使用方法

说明书

技术领域

本发明涉及细胞分选领域，具体的说是涉及一种在微流控芯片上从生物液体样本中进行自动分选循环肿瘤细胞的装置及方法。

背景技术

在生物医学等领域，经常需要从较为复杂的样品中，分选出特定的目标细胞。如检测、分选并计数癌症患者血液中的循环肿瘤细胞(CTC，circulating tumor cell)的个数在在癌症诊断与治疗中显得愈发重要。目前CTC检测技术鱼龙混杂，总体上就是利用和不利用标记物两大类，基于标记物捕获的通常包括抗体包被磁珠为基础的阳性富集法和阴性富集法。此类属于第一代CTC捕获技术，代表为强生的Cell search系统。但其技术缺陷在于抗体捕获仅局限于对特异表达EpCAM上皮抗原的上皮来源CTC的捕获，并且无法实现活细胞捕获进行后续基因检测。阴性富集法通过CD45磁珠反向去除外周血中白细胞，该方法无法对大体积样本中的微量CTC进行富集检测，以及存在磁珠的非特异性吸附问题。第一代技术过滤膜法只能捕获大粒径肿瘤细胞，漏检小粒径肿瘤细胞，而且捕获的细胞没有细胞活性，只能用于细胞计数、形态学、以及FISH检测。

微流控芯片被喻为21世纪生命科学的支撑技术，是便携式生化分析仪器的技术核心。该技术是通过构建微尺度的通道，将生物和化学等领域所涉及的样品制备、生物与化学反应分离与检测等基本操作单元集成到一块几平方厘米的芯片上，用以完成不同的生物或化学反应过程，能够在短时间内分析大量的生物分子，准确获取样品中的大量信息，信息量是传统检测手段的成百上千倍。

在微流控芯片上对血液样品中的循环肿瘤细胞进行分选已有一些研究的报道，如利用介电泳、流体动力、基于免疫磁珠和荧光分选法等。但该方法都存在不同程度的不足，如直流介电泳的方法需要施加较高的电场强度，极容易造成细胞裂解；基于免疫磁珠分离方法虽然提高了对特定抗原表达肿瘤细胞分离效率，但仍然局限于对肿瘤细胞抗原表位的识别，而循环肿瘤细胞异质性决定了采用单一抗体或几种抗体进行基于抗原识别的捕获方法，都存在对非抗原表达CTC的漏检问题。而荧光分选的方法需要对细胞进行荧光标记，并且需要搭建复杂的光学检测系统。

专利201410336948.4公开了一种循环肿瘤细胞分离PDMS微流控芯片，包括储液孔A至储液孔F、检测通道、主通道、第一、第二聚焦通道、样品出口通道、目标细胞收集通道、电磁分选通道；当循环肿瘤细胞通过检测通道时，产生的电压信号被检测到并被送至NI采集卡和处理终端，处理终端通过NI采集卡发出电压信号，使电磁继电器闭合，继而使电磁微阀结构压迫其下方PDMS层，使其发生形变，从而从储液孔E排出一部分液体，推动循环肿瘤细胞流入目标细胞收集通道中。该芯片装置需要电场和磁场装置实现细胞的分离。该芯片整体制备复杂、操作流程多且成本高。

专利201410345305.6公开了一种双螺旋微流控芯片，其包括红细胞出口、白细胞出口、流体出口和细胞滤膜，根本上还是依赖于8微米孔径过滤膜实现对肿瘤细胞过滤分离，此类方法仍然会漏检小粒径肿瘤细胞。

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循环肿瘤细胞分离微流控芯片装置及其使用方法。本发明基于循环肿瘤细胞和血细胞核质比和表面电荷上的差异，在微流控芯片上采用流体力学实现对样品中循环肿瘤细胞的非抗体依赖的分离富集。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种循环肿瘤细胞分离微流控芯片装置，其特征在于，该装置包括微流控芯片和芯片夹具，所述的微流控芯片包括芯片入口、单螺旋芯片、稀有细胞收集管道和白细胞出口，其中，所述稀有细胞收集管道包括两根，分别连接内侧出口(13)和出口(14)；所述的单螺旋芯片由单螺旋型通道构成，所述单螺旋型通道从圆形螺旋通道中心的芯片入口，经半圆形起始通道，进入螺旋形微流控通道，末端包含3个出口：分别收集不同粒径大小稀有细胞的出口(13)和出口(14)，以及收集白细胞的废液出口(15)；

所述的芯片夹具自动对接微流控芯片的芯片入口、稀有细胞收集管道和废液出口。

所述的内侧出口的宽度为110±50μm，出口的宽度为110±50μm，白细胞出口的宽度为700±100μm。

所述的CTC收集管道出口(13)和出口(14)均采用正电荷聚合物进行表面涂层处理。

所述的正电荷聚合物为阳离子聚合物，包括聚乙烯亚胺、丙烯酰胺经改性后的两亲性聚合物。

所述的单螺旋型通道为主通道，其宽度为500±100μm，高度为120±50μm，每个单一螺旋间距为500±100μm，完整螺旋数大于等于3。