CN107290534A - 一种血液细胞捕获芯片及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例提供一种血液细胞捕获芯片及方法，通过在微流道内布设特异性抗体‑荧光分子‑纳米磁颗粒、在玻璃基板底部固定磁性结构，使特异性抗体‑荧光分子‑纳米磁颗粒被所述磁性结构吸引固定，通过特异性抗体‑荧光分子‑纳米磁颗粒捕获血液中的目标细胞抗原，使特异性抗体‑荧光分子‑纳米磁颗粒中的荧光分子因聚集处于受激发状态而发射荧光，从而实现对目标细胞抗原的有效富集和区分，能够被广泛应用于循环肿瘤细胞、癌细胞等病变细胞的检测操作。
Description
技术领域
本发明实施例属于生物医学技术领域，尤其涉及一种血液细胞捕获芯片及方法。
背景技术
在生物医学技术领域，通常会涉及到对血液中的一些病变细胞进行检测操作。以循环肿瘤细胞(circulating tumor cell，CTC)为例，对肿瘤细胞进行检测和诊断之前，通常需要对肿瘤细胞进行分离。常用的肿瘤细胞分离技术有膜过滤分离肿瘤细胞技术(Isolation by size of epithelial tumor cells，ISET)、密度梯度离心法(densitygradient centrifuge)和免疫磁珠技术(immunomagnetic bead，IMB)等。
然而，膜过滤分离肿瘤细胞技术并不能有效收集尺寸较小的肿瘤细胞，密度梯度离心法会导致分离之后的肿瘤细胞和血液样本中的白细胞和单核细胞混合在一起，降低了检测效率，免疫磁珠技术会导致分离后的肿瘤细胞中存在少量无法被区分的非特异性结合细胞。
发明内容
本发明实施例提供一种血液细胞捕获芯片及方法，可以实现对血液中的目标细胞抗原的有效富集，并通过荧光标志物对特异性结合细胞和非特异性结合细胞进行有效区分。
本发明实施例一方面提供一种血液细胞捕获芯片，其包括相互键合的微流道芯片和玻璃基板，所述微流道芯片上设置有预设长度的微流道，所述微流道内布设有特异性抗体-荧光分子-纳米磁颗粒，所述特异性抗体-荧光分子-纳米磁颗粒为包被在纳米磁颗粒上并被荧光分子标记的特异性抗体，所述玻璃基板底部分布式固定有若干磁性结构，所述特异性抗体-荧光分子-纳米磁颗粒被所述磁性结构吸引固定在所述微流道内；
血液从所述微流道的入口流入，所述血液中的目标细胞抗原并被所述特异性抗体-荧光分子-纳米磁颗粒捕获，所述特异性抗体-荧光分子-纳米磁颗粒中的荧光分子因聚集处于受激发状态而发射荧光。
所述目标细胞抗原为循环肿瘤细胞的抗原，所述特异性抗体为肿瘤细胞特异性抗体。
在一个实施例中，所述微流道包括首尾依次连接的至少一个微流道单元。
在一个实施例中，所述微流道单元为平面螺旋结构，相邻的所述微流道单元之间通过微管道连接，所述微管道与所述微流道单元不在同一平面内。
在一个实施例中，所述平面螺旋结构为圆形螺旋结构或多边形螺旋结构。
在一个实施例中，所述微流道单元为S形结构。
在一个实施例中，所述磁性结构可拆卸式地固定在所述玻璃基板底部。
在一个实施例中，所述磁性结构为铁磁体结构或电磁铁结构。
本发明实施例另一方面还提供一种血液细胞捕获方法，其基于上述的血液细胞捕获芯片实现，所述方法包括：
在微流道内布设特异性抗体-荧光分子-纳米磁颗粒；
在玻璃基板底部的预设位置固定磁性结构，所述特异性抗体-荧光分子-纳米磁颗粒被所述磁性结构吸引固定；
从微流道的入口注入血液，通过所述特异性抗体-荧光分子-纳米磁颗粒捕获所述血液中的目标细胞抗原，使所述特异性抗体-荧光分子-纳米磁颗粒中的荧光分子因聚集处于受激发状态而发射荧光。
在一个实施例中，所述方法还包括：
反复冲洗所述微流道预设次数，减少所述微流道内的非特异性结合的细胞。
本发明实施例通过在微流道内布设特异性抗体-荧光分子-纳米磁颗粒、在玻璃基板底部固定磁性结构，使特异性抗体-荧光分子-纳米磁颗粒被所述磁性结构吸引固定，通过特异性抗体-荧光分子-纳米磁颗粒捕获血液中的目标细胞抗原，使特异性抗体-荧光分子-纳米磁颗粒中的荧光分子因聚集处于受激发状态而发射荧光，从而实现对目标细胞抗原的有效富集和区分，能够被广泛应用于循环肿瘤细胞、癌细胞等病变细胞的检测操作。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明的一个实施例提供的血液细胞捕获芯片的基本结构示意图；
图2是本发明的另一个实施例提供的血液细胞捕获芯片的基本结构示意图；
图3是本发明的又一个实施例提供的血液细胞捕获芯片的基本结构示意图；
图4是本发明的一个实施例提供的血液细胞捕获方法的基本流程框图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“包括”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含一系列步骤或单元的过程、方法或系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。此外，术语“第一”、“第二”和“第三”等是用于区别不同对象，而非用于描述特定顺序。
如图1所示，本发明的一个实施例提供一种血液细胞捕获芯片100，其包括相互键合的微流道芯片10和玻璃基板20，微流道芯片10上设置有预设长度的微流道11，微流道11内布设有特异性抗体-荧光分子-纳米磁颗粒(图中未示出)，特异性抗体-荧光分子-纳米磁颗粒为包被在纳米磁颗粒上并被荧光分子标记的特异性抗体，玻璃基板20底部分布式固定有若干磁性结构(图中未示出)，特异性抗体-荧光分子-纳米磁颗粒被磁性结构吸引固定在微流道11内。
在具体应用中，键合是指将两片表面清洁、原子级平整的同质或异质半导体材料经表面清洗和活化处理，在一定条件下直接结合，通过范德华力、分子力甚至原子力使晶片键合成为一体的技术，即在本实施例中，微流道芯片和玻璃基板是通过这种键合技术结合在一起的。
图1中示例性的示出微流道芯片10和玻璃基板20是上下层叠的两层结构，在实际应用中，微流道芯片和玻璃基板也可以是一体化结构，本实施例中不对二者的相互关系作特别限定。
在具体应用中，微流道的形状和长度可以根据实际需要进行选择，只要保证微流道的长度足够长，可以使目标细胞抗原能够充分的与特异性抗体结合即可，即预设长度可以根据实际需要进行选择设置。图1中示例性的示出微流道11为波浪形曲线结构。
在具体应用中，磁性结构可以通过任意方式固定在玻璃基板底部。
在一个实施例中，磁性结构可拆卸式地固定在玻璃基板底部，可以根据实际需要拆卸或安装磁性结构，以增减磁性结构的数量或改变磁性结构的固定位置。
在具体应用中，磁性结构可以为任意的具有电磁吸引功能的磁体。
在一个实施例中，磁性结构为铁磁体结构或电磁铁结构。
在一个实施例中，当磁性结构为电磁铁结构时，血液细胞捕获芯片还包括与电磁铁结构连接的电磁控制电路或器件，接通电源即使电磁铁结构因通电而产生电磁场，断开电源即丧失磁性，可以通过调节电源电流的大小来调节电磁铁结构的磁性大小。对应的，在一个实施例中，血液细胞芯片还包括与电磁控制电路或器件连接的控制器件，该控制器件用于控制电源的通断和电流大小，控制器件可以通过通用集成电路，例如单片机、CPU(Central Processing Unit，中央处理器)，或通过ASIC(Application SpecificIntegrated Circuit，专用集成电路)来实现。
本实施例中的荧光分子具有在聚集状态下受激发而发射荧光、在游离状态下自由旋转不发荧光的特性。
本实施例所提供的血液细胞捕获芯片的工作原理为：
血液从微流道的入口流入，血液中的目标细胞抗原并被特异性抗体-荧光分子-纳米磁颗粒捕获，特异性抗体-荧光分子-纳米磁颗粒中的荧光分子因聚集处于受激发状态而发射荧光。
在具体应用中，目标细胞抗原可以是循环肿瘤细胞的抗原、各种类型的癌症细胞的抗原、淋巴细胞抗原等可以进入外周血液中的病变或正常细胞抗原，对应的特异性抗体可以是肿瘤细胞特异性抗体、各类癌细胞抗体、淋巴细胞抗体等。
在一个实施例中，目标细胞抗原特指循环肿瘤细胞的抗原，特异性抗体特指肿瘤细胞特异性抗体。
本实施例通过在微流道内布设特异性抗体-荧光分子-纳米磁颗粒、在玻璃基板底部固定磁性结构，使特异性抗体-荧光分子-纳米磁颗粒被所述磁性结构吸引固定，通过特异性抗体-荧光分子-纳米磁颗粒捕获血液中的目标细胞抗原，目标细胞抗原与特异性抗体-荧光分子-纳米磁颗粒中的特异性抗体结合后，使特异性抗体-荧光分子-纳米磁颗粒中的荧光分子因聚集处于受激发状态而发射荧光，从而实现对目标细胞抗原的有效富集和区分，能够被广泛应用于循环肿瘤细胞、癌细胞、淋巴细胞等病变或非病变细胞的检测操作。
在本发明的一个实施例中，微流道包括首尾依次连接的至少一个微流道单元。
在具体应用中，微流道单元可以为平面螺旋结构、S性结构或其他能够增加微流道长度的任意结构。
如图2所示，示例性的示出微流道11包括三个微流道单元111，微流道单元111为方形平面螺旋结构，相邻的微流道单元111之间通过微管道112连接，微管道112与微流道单元111不在同一平面内。
在具体应用中，平面螺旋结构可以为圆形螺旋结构、椭圆形螺旋结构、异形螺旋结构或多边形螺旋结构中的任一种，例如，正方形螺旋结构、正六边形螺旋结构等。
如图3所示，示例性的示出微流道11包括若干微流道单元111，微流道单元111为S形结构。在具体应用中，S形结构的转折处可以为平滑的曲线微管道也可以为直角弯折微管道。图3中示例性的示出，S形结构的转折处为直角弯折微管道。
如图4所示，本发明的一个实施例提供一种血液细胞捕获方法，其基于上述的血液细胞捕获芯片100实现，所述方法包括：
步骤S101：在微流道内布设特异性抗体-荧光分子-纳米磁颗粒。
在具体应用中，步骤S101之前包括预先对纳米磁颗粒进行预处理，在纳米磁颗粒上包被特异性抗体，同时用荧光分子标记特异性抗体，得到特异性抗体-荧光分子-纳米磁颗粒。
步骤S102：在玻璃基板底部的预设位置固定磁性结构，所述特异性抗体-荧光分子-纳米磁颗粒被所述磁性结构吸引固定。
在具体应用中，若磁性结构为电磁铁结构，则步骤S102还包括在所述特异性抗体-荧光分子-纳米磁颗粒被所述磁性结构吸引固定之前，对所述磁性结构进行通电的步骤。
步骤S103：从微流道的入口注入血液，通过所述特异性抗体-荧光分子-纳米磁颗粒捕获所述血液中的目标细胞抗原，使所述特异性抗体-荧光分子-纳米磁颗粒中的荧光分子因聚集处于受激发状态而发射荧光。
在具体应用中，血液具体是指包括目标细胞抗原的外周血，目标细胞抗原可以是任意的能够进入外周血的病变或非病变细胞的抗原。
在一个实施例中，上述方法还包括：
反复冲洗所述微流道预设次数，减少所述微流道内的非特异性结合细胞；
通过荧光显微镜扫描所述微流道，识别目标细胞。
在具体应用中，预设次数可以根据实际需要进行设置，以能够冲洗干净微流道内的非特异性结合细胞为宜。预设次数可以根据历史经验统计值得出。对微流道进行冲洗的目的是洗掉没有与特异性抗体-荧光分子-纳米磁颗粒结合的非特异性结合细胞，降低检测结果的假阳性概率。若不冲洗，则可能会导致微流道内的非特异性结合细胞的比例明显高于特异性结合细胞，而导致特异性结合细胞的浓度检测出现严重误差。
本发明实施例方法中的步骤可以根据实际需要进行顺序调整、合并和删减。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种血液细胞捕获芯片，其特征在于，包括相互键合的微流道芯片和玻璃基板，所述微流道芯片上设置有预设长度的微流道，所述微流道内布设有特异性抗体-荧光分子-纳米磁颗粒，所述特异性抗体-荧光分子-纳米磁颗粒为包被在纳米磁颗粒上并被荧光分子标记的特异性抗体，所述玻璃基板底部分布式固定有若干磁性结构，所述特异性抗体-荧光分子-纳米磁颗粒被所述磁性结构吸引固定在所述微流道内；
血液从所述微流道的入口流入，所述血液中的目标细胞抗原并被所述特异性抗体-荧光分子-纳米磁颗粒捕获，所述特异性抗体-荧光分子-纳米磁颗粒中的荧光分子因聚集处于受激发状态而发射荧光。
2.如权利要求1所述的血液细胞捕获芯片，其特征在于，所述目标细胞抗原为循环肿瘤细胞的抗原，所述特异性抗体为肿瘤细胞特异性抗体。
3.如权利要求1所述的血液细胞捕获芯片，其特征在于，所述微流道包括首尾依次连接的至少一个微流道单元。
4.如权利要求3所述的血液细胞捕获芯片，其特征在于，所述微流道单元为平面螺旋结构，相邻的所述微流道单元之间通过微管道连接，所述微管道与所述微流道单元不在同一平面内。
5.如权利要求4所述的血液细胞捕获芯片，其特征在于，所述平面螺旋结构为圆形螺旋结构或多边形螺旋结构。
6.如权利要求3所述的血液细胞捕获芯片，其特征在于，所述微流道单元为S形结构。
7.如权利要求1所述的血液细胞捕获芯片，其特征在于，所述磁性结构可拆卸式地固定在所述玻璃基板底部。
8.如权利要求1或7所述的血液细胞捕获芯片，其特征在于，所述磁性结构为铁磁体结构或电磁铁结构。
9.一种血液细胞捕获方法，其特征在于，所述方法基于权利要求1～8任一项所述的血液细胞捕获芯片实现，所述方法包括：
在微流道内布设特异性抗体-荧光分子-纳米磁颗粒；
在玻璃基板底部的预设位置固定磁性结构，所述特异性抗体-荧光分子-纳米磁颗粒被所述磁性结构吸引固定；
从微流道的入口注入血液，通过所述特异性抗体-荧光分子-纳米磁颗粒捕获所述血液中的目标细胞抗原，使所述特异性抗体-荧光分子-纳米磁颗粒中的荧光分子因聚集处于受激发状态而发射荧光。
10.如权利要求9所述的血液细胞捕获方法，其特征在于，所述方法还包括：
反复冲洗所述微流道预设次数，减少所述微流道内的非特异性结合细胞。
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