CN107739711A - 一种三维微纳结构和电场耦合的细胞捕获装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及微流控芯片技术和生物检测技术领域，具体的说是一种三维微纳结构和电场耦合的细胞捕获装置，包括上平板电极、下平板电极以及上下平板电极中部平行空间内的微流控芯片捕获单元，所述下平板电极上端面设置有玻璃载玻片，所述玻璃载玻片上均匀分布有微米柱，所述微米柱上不规则环绕有纳米线；本发明借助细胞所具有的三重特性，即细胞尺寸、细胞膜表面抗原和细胞膜表面电荷，在微流控芯片微通道底部固定微米柱，同时将纳米线制备在微米柱阵列中，提高细胞捕获效率和减少微通道使用长度，进而减少鉴定稀有细胞所需的抗体试剂，进一步地，减少鉴定稀有细胞的工作时间。

Description

一种三维微纳结构和电场耦合的细胞捕获装置
技术领域
本发明涉及微流控芯片技术和生物检测技术领域，具体的说是一种三维微纳结构和电场耦合的细胞捕获装置。
背景技术
细胞检测在生物、医学等领域起着重要作用，特别是关于临床疾病的早期诊断和筛查。在癌症领域，由于癌症的高发率、高死亡率、高转移性、个异化显著，使得癌症完全治愈的成功率较低。大多数癌症患者是由于身体不适，才在医院进行检查，医院的检查手段检测出来癌症，一般处于中晚期，使得大多数病人都错过了早期治疗的窗口。中晚期的癌症，容易转移到身体其它部位，使得癌症治疗难上加难。因此，癌症早期检测，对于治疗癌症非常重要。如果能切断癌症的转移途径，对于癌症治疗无疑是一种策略。目前，癌症转移一般是通过血循环系统或淋巴循环系统进行转移，处于循环系统的癌细胞称之为循环肿瘤细胞。这种细胞是从原发灶脱离下来并进入到血循环系统，具有癌症的所有基因信息。因此，研究循环肿瘤细胞，对于治疗癌症以及癌症治疗效果评价、检测癌症发展状态，都是一个理想的生物标志物。然而，循环肿瘤细胞的数量，只是正常血细胞的亿分之一。如何有效捕获循环肿瘤细胞，是当前生物医学以及临床医学研究的重点。另一方面，产前诊断对于优生优育也是非常重要的，特别是对于有家族遗传病史的孕妇，如果能在怀孕初期，通过产前诊断检查胎儿是否有遗传病，及早干预。常见的产前诊断一方面是通过检测孕妇外周血中胎儿DNA或其它生物标志物，另一方面是利用B超通过影像学来判断胎儿是否有畸形。然而，科学早已表明，胎儿的有核红细胞会进入到孕妇外周血。因此，通过检测孕妇外周血中的胎儿有核红细胞，就可以通过基因测序、荧光原位杂交技术来判断胎儿是否含有突变基因或染色体异常。通过检测胎儿有核红细胞，即可在怀孕3～5周即可检测出胎儿的相关信息，比常规手段提前1～2个月。然而，和循环肿瘤细胞一样，胎儿有核红细胞在孕妇外周血中数量也较少。如何有效捕获住胎儿有核红细胞，也是产前诊断领域非常重要的研究课题。
目前，对于细胞捕获，主要有两种技术：一是利用细胞的尺寸效应来分离这些数量稀少的细胞；另一种是利用细胞表面的抗原，将特异性抗体标记在基底上借助抗原抗体特异性反应来实现对稀有细胞的捕获。然而，这些方法，都存在一定的局限性。一是：细胞的尺寸差异。由于这些稀有细胞在学循环系统中流动，已经适应了其中的微环境，细胞尺寸和正常血细胞相似。二是：稀有细胞表面抗原多样化，单一抗体只能针对一种癌症进行捕获。在这些细胞捕获技术中，忽略了一个重要因素，细胞表面存在大量的蛋白质、多糖等等，使得细胞表面带有一定量的电荷，对外表现为一定的zeta电位。细胞在外加电场的作用下，会定向移动。因此可以将细胞所具有的这三种特性有效结合起来，实现对稀有细胞的捕获，这也正是本发明所涉及的三维微纳结构和电场耦合用于细胞捕获的微流控芯片。
发明内容
为了解决上述微流控芯片实现对稀有细胞捕获中存在的问题，结合已有的基于细胞尺寸特性和细胞表面抗原特性，进一步地将细胞的带电特性结合在一起，提出了一种三维微纳结构和电场耦合的细胞捕获装置。本发明涉及的三维微纳结构和电场耦合的细胞捕获装置是将制备在基底的含有微米柱和纳米线的三维微纳结构与含有微通道的盖片经行键合成微流控芯片，并将其置于两个平行的电极板之间，组合而成。从而解决现有细胞捕获技术中捕获效率不高、纯度低，微微流控芯片捕获通道过长，细胞鉴定所需抗体试剂量较大，细胞鉴定耗费时间长等问题。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种三维微纳结构和电场耦合的细胞捕获装置，包括上平板电极、下平板电极以及上下平板电极中部平行空间内的微流控芯片捕获单元，所述下平板电极上端面设置有玻璃载玻片，所述玻璃载玻片上均匀分布有微米柱，所述微米柱上不规则环绕有纳米线；所述微流控芯片捕获单元包括设置在微流控捕获单元前后两端的细胞样品进样口和细胞样品出样口以及微米柱和纳米线结合形成的微流控芯片微通道。
进一步地，所述微米柱固定阵列式安装在微通道的底部，所述微米柱的制作材料为聚二甲基硅氧烷、镍、光刻胶、聚乙二醇二丙烯酸酯和聚乳酸。
优选地，所述的微米柱的直径为1～500微米，高度为1～500微米。
进一步地，所述纳米线固定盘绕在微米柱阵列中，所述纳米线的材料是聚乳酸-羟基乙酸共聚物、二氧化钛和聚乳酸。
优选地，所述的纳米线直径为10～1000纳米。
进一步地，所述上平板电极和下平板电极和外部的直流或交流电源通电连通。
优选地，所述上平板电极和下平板电极的电极材料均为氧化铟锡导电玻璃和掺杂氟的SnO2透明导电玻璃。
进一步地，所述微流控芯片微通道的高度为20～1000微米，宽度为20～5000微米。
相对于现有技术，本发明的有益效果是：本发明提供一种三维微纳结构和电场耦合的细胞捕获装置，借助细胞所具有的三重特性，即细胞尺寸、细胞膜表面抗原和细胞膜表面电荷，在微流控芯片微通道底部固定微米柱，同时将纳米线制备在微米柱阵列中，并进一步地，将含有微通道的聚二甲基硅氧烷和固定有微米柱及纳米线的玻璃基底通过氧等离子体键合，形成封闭的细胞捕获通道；进一步地，将上下两块平板电极固定在微纳结构的正上方和正下方，从而实现三维微纳结构和电场耦合的细胞捕获装置，提高细胞捕获效率和减少微通道使用长度，进而减少鉴定稀有细胞所需的抗体试剂，进一步地，减少鉴定稀有细胞的工作时间。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的结构立体图；
图3为本发明的微流控芯片微通道结构示意图；
图4为本发明的微米柱结构示意图。
图中：110、上平板电极，112、下平板电极，12、微流控芯片捕获单元，120、聚二甲基硅氧烷层，121、玻璃载玻片，13、微米柱，14、纳米线，15、细胞样品进样口，16、细胞样品出样口，17、微流控芯片微通道。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1-图4所示，图1为本发明的结构示意图，图2为本发明的结构立体图，图3为本发明的微流控芯片微通道结构示意图，图4为本发明的微米柱结构示意图。
作为本发明一个较佳的实施例，本发明所述的一种三维微纳结构和电场耦合的细胞捕获装置，包括上平板电极110、下平板电极111以及上下平板电极中部平行空间内的微流控芯片捕获单元12，所述下平板电极111上端面设置有玻璃载玻片121，所述玻璃载玻片121上均匀分布有微米柱13，所述微米柱13上不规则环绕有纳米线14；所述微流控芯片捕获单元12包括设置在微流控捕获单元前后两端的细胞样品进样口15和细胞样品出样口16以及微米柱13和纳米线14结合形成的微流控芯片微通道17。
进一步地，所述微米柱13固定阵列式安装在微通道的底部，所述微米柱13的制作材料为聚二甲基硅氧烷、镍、光刻胶、聚乙二醇二丙烯酸酯和聚乳酸。
优选地，所述的微米柱13的直径为1～500微米，高度为1～500微米。
进一步地，所述纳米线14固定盘绕在微米柱阵列中，所述纳米线14的材料是聚乳酸-羟基乙酸共聚物、二氧化钛和聚乳酸。
优选地，所述的纳米线14直径为10～1000纳米。
进一步地，所述上平板电极110和下平板电极111和外部的直流或交流电源通电连通。
优选地，所述上平板电极110和下平板电极111的电极材料均为氧化铟锡导电玻璃和掺杂氟的SnO2透明导电玻璃。
进一步地，所述微流控芯片微通道17的高度为20～1000微米，宽度为20～5000微米。
本发明借助细胞所具有的三重特性，即细胞尺寸、细胞膜表面抗原和细胞膜表面电荷，在微流控芯片微通道17底部固定微米柱13，同时将纳米线14制备在微米柱13阵列中，并进一步地，将含有微通道的聚二甲基硅氧烷和固定有微米柱及纳米线的玻璃基底通过氧等离子体键合，形成封闭的细胞捕获通道；进一步地，将上下两块平板电极固定在微纳结构的正上方和正下方，从而实现三维微纳结构和电场耦合的细胞捕获装置，提高细胞捕获效率和减少微通道使用长度，进而减少鉴定稀有细胞所需的抗体试剂，进一步地，减少鉴定稀有细胞的工作时间。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (8)

1.一种三维微纳结构和电场耦合的细胞捕获装置，其特征在于，包括上平板电极、下平板电极以及上下平板电极中部平行空间内的微流控芯片捕获单元，所述下平板电极上端面设置有玻璃载玻片，所述玻璃载玻片上均匀分布有微米柱，所述微米柱上不规则环绕有纳米线；所述微流控芯片捕获单元包括设置在微流控捕获单元前后两端的细胞样品进样口和细胞样品出样口以及微米柱和纳米线结合形成的微流控芯片微通道。
2.根据权利要求1所述的一种三维微纳结构和电场耦合的细胞捕获装置，其特征在于：所述微米柱固定阵列式安装在微通道的底部，所述微米柱的制作材料为聚二甲基硅氧烷、镍、光刻胶、聚乙二醇二丙烯酸酯和聚乳酸。
3.根据权利要求2所述的一种三维微纳结构和电场耦合的细胞捕获装置，其特征在于：所述的微米柱的直径为1～500微米，高度为1～500微米。
4.根据权利要求1所述的一种三维微纳结构和电场耦合的细胞捕获装置，其特征在于：所述纳米线固定盘绕在微米柱阵列中，所述纳米线的材料是聚乳酸-羟基乙酸共聚物、二氧化钛和聚乳酸。
5.根据权利要求4所述的一种三维微纳结构和电场耦合的细胞捕获装置，其特征在于：所述的纳米线直径为10～1000纳米。
6.根据权利要求1所述的一种三维微纳结构和电场耦合的细胞捕获装置，其特征在于：所述上平板电极和下平板电极和外部的直流或交流电源通电连通。
7.根据权利要求6所述的一种三维微纳结构和电场耦合的细胞捕获装置，其特征在于：所述上平板电极和下平板电极的电极材料均为氧化铟锡导电玻璃和掺杂氟的SnO2透明导电玻璃。
8.根据权利要求1所述的一种三维微纳结构和电场耦合的细胞捕获装置，其特征在于：所述微流控芯片微通道的高度为20～1000微米，宽度为20～5000微米。
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