CN104297298A - 一种外周血循环肿瘤细胞检测芯片及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种外周血循环肿瘤细胞检测芯片及系统，其中，检测芯片包括衬底，其特征在于，所述衬底上制备有相互连接的叉指电容电路和螺旋电感金属电路；所述叉指电容电路上紧密贴合有单层石墨烯薄膜；所述石墨烯薄膜上贴合有微流控制通道；所述微流控制通道与单层石墨烯薄膜形成了用于筛选出的肿瘤细胞的集成石墨烯微流控管道筛选微芯片；所述单层石墨烯薄膜、叉指电容电路和螺旋电感电路形成一个整体RCL谐振网络；所述螺旋电感电路还充当互耦天线的作用。检测系统包括检测信号读出分析装置和上述的外周血循环肿瘤细胞检测芯片。本发明能够实现对肿瘤细胞的快速、灵敏、准确和低成本的检测。
Description
技术领域
本发明涉及肿瘤检测技术领域，特别是涉及一种基于射频无线检测技术的外周血循环肿瘤细胞检测芯片及系统。
背景技术
循环肿瘤细胞是指从肿瘤组织上脱落进入外周血的肿瘤细胞，大量研究资料证实血液中循环肿瘤细胞的快速检测，对肿瘤的检测、个体化治疗、疗效评估及预后监测等具有重要应用价值。相对于传统的影像学和病理学的肿瘤诊断方法，循环肿瘤细胞检测具有独特优势。首先，采用循环肿瘤细胞检测法能一次性同时筛查肺癌、胃癌、肝癌等大部分多种实体肿瘤，具有更大的检测范围。同时，只需验血，避免了类似穿刺活检的操作转移风险。另外特别地，在评估肿瘤治疗效果是，传统影像学手段一般需要几个月的时间，而循环肿瘤细胞可以快速评估治疗效果，在评估肿瘤治疗效果、调整治疗方案和监测肿瘤复发转移中，具有重大现实意义。
目前，现有基于循环肿瘤细胞检测方法一般采用酶联免疫吸附实验或聚合酶链式反应，往往需要较苛刻的实验条件、比较昂贵的实验设仪器和试剂。而采用荧光谱标记的检测方法往往还需要采用比较复杂的繁琐的检测过程，所需时间比较长，不利于临床应用中快速、高效肿瘤的分析检测要求。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种基于射频无线检测技术的外周血循环肿瘤细胞检测芯片及系统，能够实现对肿瘤细胞的快速、灵敏、准确和低成本的检测。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种外周血循环肿瘤细胞检测芯片，包括衬底，所述衬底上制备有相互连接的叉指电容电路和螺旋电感金属电路；所述叉指电容电路上紧密贴合有单层石墨烯薄膜；所述石墨烯薄膜上贴合有微流控制通道；所述微流控制通道与单层石墨烯薄膜形成了用于筛选出的肿瘤细胞的集成石墨烯微流控管道筛选微芯片；所述单层石墨烯薄膜、叉指电容电路和螺旋电感电路形成一个整体RCL谐振网络；所述螺旋电感电路还充当互耦天线的作用。
所述微流控制通道采用半导体光刻技术，在衬底上制备出纵横排布的光刻胶模板，将混好的聚二甲基硅氧烷和固化剂涂覆在所述光刻胶模板上，经过真空干燥箱加热固化，将衬底模板分离得到。
所述微流控制通道的入口设有待测血样进样口，出口连接废液池。
所述衬底为硅彻底或石英玻璃衬底。
所述螺旋电感金属电路的本征谐振频率在几百kHz～1MHz之间。
所述叉指电容电路和螺旋电感金属电路采用半导体光刻和选择性电镀方法制备而成。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：还提供一种外周血循环肿瘤细胞检测系统，包括检测信号读出分析装置和上述的外周血循环肿瘤细胞检测芯片，所述检测信号读出分析装置包括用于放置所述检测芯片的样品台和位于所述样品台上方的射频阻抗分析仪；所述射频阻抗分析仪连接有与所述检测芯片上螺旋电感电路匹配的互耦线圈天线，所述射频阻抗分析仪通过互耦线圈天线发射激励射频信号，并通过互耦线圈天线反馈检测芯片的RCL谐振网络的谐振特性信号，分析肿瘤细胞检测情况。
有益效果
由于采用了上述的技术方案，本发明与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：
本发明采用无线射频检测技术，能准确、快速和高灵敏的实现肿瘤细胞检测。采用单层石墨烯材料上RCL网络谐振特性的变化能更加显著反应出肿瘤细胞捕获前后的微弱信号，避免常规直流电阻测试时阻抗信号变化被系统本底大阻抗淹没，同时射频信号也具有更强的抗干扰能力。
本发明采用以石墨烯材料为基底的微流控芯片，能实现待测血液样本中微量肿瘤细胞的有效捕获。采用的微流控管道尺寸根据所需要检测或捕获的肿瘤细胞尺寸与血细胞不同而设计从而将尺寸较大的肿瘤细胞拦截在微流通道内。采用半导体微纳制备技术，尺寸误差小，精度高可靠性好；采用石墨烯材料为基底具有很好地生物亲和性和导电性适合后端的电学检测。
采用本发明进行检测也具有便捷、快速检测的优点，和其他常规方法相比，检测过程更加简单、方便，检测速度也非常快，一旦捕获，阻抗分析仪扫描一次数秒时间便得到了结果。
本发明中结合微流控、石墨烯材料和无线射频技术优点，采用现代半导体微细加工技术，精度高，所制备的检测芯片成本低，检测程序少，简单、方便，适合于大样本、大规模推广使用，具有重要的应用价值。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明中检测读出分析装置示意图；
图3是本发明中检测芯片制备示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
本发明的第一实施方式涉及一种外周血循环肿瘤细胞检测芯片，如图1所示，包括衬底105，所述衬底105上制备有相互连接的叉指电容电路和螺旋电感金属电路103；所述叉指电容电路上紧密贴合有单层石墨烯薄膜；所述石墨烯薄膜上贴合有微流控制通道102；所述微流控制通道102与单层石墨烯薄膜形成了用于筛选出的肿瘤细胞的集成石墨烯微流控管道筛选微芯片；所述单层石墨烯薄膜、叉指电容电路和螺旋电感电路形成一个整体RCL谐振网络；所述螺旋电感电路103还充当互耦天线的作用。所述微流控制通道102的入口设有待测血样进样口101，出口连接废液池104。其中，血样进样口101由塑料导管和进样池组成。
如图3所示，本实施例提供的检查芯片制备方法如下：
在硅基或石英玻璃衬底105上采用半导体光刻和选择性电镀制备出叉指电容106和螺旋电感103，叉指电容106和螺旋电感103相互连接形成电容电感谐振网络；其中，叉指电容和螺旋电感电路均可采用相关的电磁场和电路仿真软件模拟仿真设计。螺旋电感电路的本征谐振频率在几百kHz～1MHz之间。
将制备好的石墨烯单层材料107转到制备了谐振网络的衬底上，石墨烯材料107与叉指电容106区域紧密贴合，使得石墨烯材料与叉指电容、螺旋电感一起形成一个整体的电阻、电容和电感(RCL)谐振网络；
采用半导体光刻技术，在硅基或石英衬底上制备出数厘米见方大小，深度约为50微米左右，一定宽度和纵横排布的光刻胶(聚酰亚胺或SU-8)模板，将混好的聚二甲基硅氧烷(PDMS)和固化剂涂覆在该模板上。经过真空干燥箱加热固化，将硅或石英衬底与光刻胶模板分离，得到PDMS微流通道模块102。将其紧密贴合到石墨烯表面；
将微流通道102入口接上由塑料导管和进样池构成的待测血样进样口101，出口连接废液池104。
本发明的第二实施方式涉及一种外周血循环肿瘤细胞检测系统，包括检测信号读出分析装置和第一实施方式的外周血循环肿瘤细胞检测芯片，如图2所示，所述检测信号读出分析装置包括用于放置所述检测芯片202的样品台203和位于所述样品台203上方的射频阻抗分析仪201；所述射频阻抗分析仪201连接有与所述检测芯片上螺旋电感电路匹配的互耦线圈天线，所述射频阻抗分析仪通过互耦线圈天线发射激励射频信号，并通过互耦线圈天线反馈检测芯片的RCL谐振网络的谐振特性信号，分析肿瘤细胞检测情况。其中，采用相同的电磁场和电路仿真软件设计并制备与螺旋电感相匹配的互耦线圈天线。检测时，采用阻抗分析仪激励信号，互感电感与螺旋电感互耦可以得到整个谐振网络的谐振特性，并反馈到阻抗分析仪。这样从阻抗分析仪上便可以得到谐振网络的谐振特性(谐振频率、阻抗实部、虚部等)变化，最后计算出RCL谐振网络的阻抗的变化率，从而对比得出石墨烯芯片上所捕获的肿瘤细胞的数量。
本发明的使用方法如下：先将待检测者的血液样品通入采用半导体精细加工制备方法精确控制通道尺寸的PDMS(聚二甲基硅氧烷)微流控管道中，微流控管道尺寸根据肿瘤细胞与血细胞大小不同而特别设计，石墨烯材料集成在微流控管道模块下面，形成集成石墨烯微流控管道筛选微芯片，由筛选微芯片筛选出的肿瘤细胞大多带负电，将引起作为微流控管道基底的石墨烯材料表面叉指电容电场变化，进而改变制备在石墨烯材料上与之相连的叉指电容-螺旋电感网络阻抗特性。其中，螺旋电感又充当互耦天线，采用与之相配的电感线圈天线连接相应的阻抗分析仪便可以将捕获有肿瘤细胞的石墨烯电容-电感谐振网络的谐振特性，采用无线耦合的方式读出，不同种类和数量肿瘤细胞对谐振网络的谐振特性影响非常灵敏，因此，通过优化设计的谐振网络和肿瘤样本库建立，甚至可以非常灵敏地检测到单个肿瘤细胞信号。采用这种射频无线耦合方式读出分析检测到肿瘤细胞信号的方法同时还能避免了直接采用直流阻抗测量时的微弱检测信号易被较大的回路大电阻淹没和干扰的问题。
不难发现，本发明采用以石墨烯材料为基底的微流控芯片，能实现待测血液样本中微量肿瘤细胞的有效捕获。采用的微流控管道尺寸根据所需要检测或捕获的肿瘤细胞尺寸与血细胞不同而设计从而将尺寸较大的肿瘤细胞拦截在微流通道内。采用半导体微纳制备技术，尺寸误差小，精度高可靠性好；采用石墨烯材料为基底具有很好地生物亲和性和导电性适合后端的电学检测。采用本发明进行检测也具有便捷、快速检测的优点，和其他常规方法相比，检测过程更加简单、方便，检测速度也非常快，一旦捕获，阻抗分析仪扫描一次数秒时间便得到了结果。
Claims (7)
1.一种外周血循环肿瘤细胞检测芯片，包括衬底，其特征在于，所述衬底上制备有相互连接的叉指电容电路和螺旋电感金属电路；所述叉指电容电路上紧密贴合有单层石墨烯薄膜；所述石墨烯薄膜上贴合有微流控制通道；所述微流控制通道与单层石墨烯薄膜形成了用于筛选出的肿瘤细胞的集成石墨烯微流控管道筛选微芯片；所述单层石墨烯薄膜、叉指电容电路和螺旋电感电路形成一个整体RCL谐振网络；所述螺旋电感电路还充当互耦天线的作用。
2.根据权利要求1所述的外周血循环肿瘤细胞检测芯片，其特征在于，所述微流控制通道采用半导体光刻技术，在衬底上制备出纵横排布的光刻胶模板，将混好的聚二甲基硅氧烷和固化剂涂覆在所述光刻胶模板上，经过真空干燥箱加热固化，将衬底模板分离得到。
3.根据权利要求1所述的外周血循环肿瘤细胞检测芯片，其特征在于，所述微流控制通道的入口设有待测血样进样口，出口连接废液池。
4.根据权利要求1所述的外周血循环肿瘤细胞检测芯片，其特征在于，所述衬底为硅彻底或石英玻璃衬底。
5.根据权利要求1所述的外周血循环肿瘤细胞检测芯片，其特征在于，所述螺旋电感金属电路的本征谐振频率在几百kHz～1MHz之间。
6.根据权利要求1所述的外周血循环肿瘤细胞检测芯片，其特征在于，所述叉指电容电路和螺旋电感金属电路采用半导体光刻和选择性电镀方法制备而成。
7.一种外周血循环肿瘤细胞检测系统，包括检测信号读出分析装置和权利要求1-6中任一所述的外周血循环肿瘤细胞检测芯片，其特征在于，所述检测信号读出分析装置包括用于放置所述检测芯片的样品台和位于所述样品台上方的射频阻抗分析仪；所述射频阻抗分析仪连接有与所述检测芯片上螺旋电感电路匹配的互耦线圈天线，所述射频阻抗分析仪通过互耦线圈天线发射激励射频信号，并通过互耦线圈天线反馈检测芯片的RCL谐振网络的谐振特性信号，分析肿瘤细胞检测情况。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20150121 |
|
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |