CN108663258A - 一种循环肿瘤细胞筛选芯片及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种循环肿瘤细胞筛选芯片，包括一基底和与该基底的上表面吻合并紧密接合的一上板；在该基底的上表面设有一条槽形的血样流道和一条与该血样流道相对的槽形萃取液流道，该两条流道均包括一渗透段，血样流道的渗透段为曲线型，该两条流道的入口和出口均与外界连通；该血样流道与该萃取液流道的渗透段之间存在间隔，该间隔的上表面与上板存在间隙，以连通该两条流道，该间隙的高度大于血细胞直径，小于CTCs直径。本发明还提供一种循环肿瘤细胞筛选方法。
Description
技术领域
本发明涉及医疗器械领域，具体涉及一种用于筛选循环肿瘤细胞的注塑微流控芯片及方法。
背景技术
循环肿瘤细胞(Circulating TumorCells，CTCs)是存在于外周血中的各类肿瘤细胞的统称，因自发或诊疗操作过程中从实体肿瘤病灶脱落，大部分CTCs在进入外周血后发生凋亡或被吞噬，少数能够逃逸并锚着发展成为转移灶，增加恶性肿瘤患者死亡风险。
CTCs在血液中含量非常少，109个血细胞中仅含1～10个CTCs，因此CTCs研究的关键在于从含有大量血细胞的复杂血液样本中准确、高效地将其分离出来。
目前，现有的循环肿瘤细胞筛选技术包括微孔滤网过滤和表面标志物磁珠富集。不足之处在于，CTCs随着缓冲液流过微孔滤网时容易破裂；而表面标志物磁珠富集需要在磁珠表面修饰抗体、孵育、清洗分离，过程繁琐且会造成细胞损失。
发明内容
为克服上述不足，本发明提供一种循环肿瘤细胞筛选芯片及方法，将注塑工艺应用于CTCs筛选，结构简单，不易损坏，可反复使用；能够无损地从血液中筛选出CTCs，且筛选流程简单易操作。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
一种循环肿瘤细胞筛选芯片，包括一基底和与该基底的上表面吻合并紧密接合的一上板；在该基底的上表面设有一条槽形的血样流道和一条与该血样流道相对的槽形萃取液流道，该两条流道均包括一渗透段，血样流道的渗透段为曲线型，该两条流道的入口和出口均与外界连通；该血样流道与该萃取液流道的渗透段之间存在间隔，该间隔的上表面与上板存在间隙，以连通该两条流道，该间隙的高度大于血细胞直径，小于CTCs直径。
进一步地，血样流道的渗透段为S型或V型，萃取液流道渗透段为直线型或曲线型。
进一步地，在血样流道与萃取液流道各自的入口处和出口处的基底和上板上都开有通孔，用于外连管路。
进一步地，血样流道与萃取液流道的宽度均为30-200μm。
进一步地，血样流道与萃取液流道的渗透段的最小间隔为2-30μm。
进一步地，间隙的高度为10-15μm。
进一步地，上板与基底均为平板型。
进一步地，上板与基底通过贴膜或键合的方式连接。
进一步地，上板与基底均通过注塑工艺制成，选用的材料包括PMMA、PS、PC、COC、COP。
一种循环肿瘤细胞筛选方法，基于上述循环肿瘤细胞筛选芯片，步骤包括：
1)在芯片的血样流道和萃取液流道的入口连接一血液样本和萃取液的注射泵；
2)血液样本和萃取液通过该注射泵分别输入到血样流道和萃取液流道内；
3)通过该注射泵分别调节血液样本和萃取液的流速，使血样流道与萃取液流道产生压差，以使血液样本中的血细胞渗透到萃取液中，实现对血液样本中的CTCs的筛选。
与现有技术相比，本发明的优点是：
本芯片的血样流道和萃取液流道并排，分别用于通入血液样本和萃取液，利用萃取液和血液样品流速的不同产生压差，血液样品在负压的作用下向萃取液渗透，由于间隔上方的间隙高度介于血细胞与CTCs之间，血细胞渗入到萃取液中被带走，而CTCs难以通过被留在血样通道内，而从而实现对CTCs的筛选和富集。血样流道通过采用曲线型(如S型)，增加了流道总体长度和间隙长度，提高对CTCs的筛选和富集效率。由此可知，相较于现有技术的微孔过滤网，本芯片结构简单，可通过注塑工艺制造，制造成本低，而且由于其间隔不容易损坏，可反复使用，能够降低使用成本；相较于现有技术的表面标志物磁珠富集，本芯片对CTCs的筛选和富集过程比较简单，不会造成细胞损失。
附图说明
图1为本发明的芯片的立体图。
图2为本发明的芯片的基底平面图。
图3为本发明的芯片某处侧向剖示图。
图4为本发明的芯片的应用示意图。
图中：1-上板；2-基底；3-萃取液流道；31-入口；32-出口；4-血样流道；41-入口；42-出口；5-间隔；6-注射泵。
具体实施方式
为使本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附图作详细说明如下。
本实施例提供一种循环肿瘤细胞筛选芯片，为注塑微流控芯片，其使用材料包括但不限于以下：PMMA(聚甲基丙烯酸酯)、PS(聚苯乙烯)、PC(聚碳酸酯)、COC(环烯烃和乙烯共聚物)、COP(环烯烃共聚物)。由于采用注塑工艺，可以大批量生产，成本低廉。
本芯片的结构如图1、图2所示，本芯片由上板1和基底2组成，上板1的底面和基底2的上表面吻合并紧密接合，这两个表面的形状可以有多种，优选平面，可防止出现因翘曲、凹陷等造成的空隙。本例中上板1和基底2均为平板型，采用贴膜或键合方式连接。
在基底2的上表面上开设有两条相对的槽形流道，槽形是对流道在基底2上表面凹陷部分横截面形状的描述，槽形可为方形或半圆形等；其中一条为萃取液流道3，用于通入萃取液，主要包括中间部分起渗透作用的渗透段，该渗透段在本例中为直线型，但不限于直线型，也可以为曲线型；另一条为血样流道4，用于通入血液样品，主要包括中间部分起渗透作用的渗透段，该渗透段在本例中为S型，但不限于S型，也可以为V型或其它曲线型。
该两条流道的宽度应大于血细胞和CTCs的直径，由于血细胞的直径为6-9.5μm，CTCs直径为15-30μm，结合实验测试，两条流道最佳直径可设为30-200μm，本例选100μm，该宽度是指流道的槽形在水平方向的最大尺寸，如流道的槽形为长方形，则宽度指水平向的边长，如为半圆形，则宽度是指直径长度，应可理解。两条流道属于外敞的槽形，便于制造，在使用时通过上板1覆盖在基底2上，将流道上方封闭。
两条流道渗透段之间存在间隔，由于血样流道4为S型，间隔在各处的尺寸是循环往复变化的，图3所示为某处的间隔5。该间隔5上表面低于基底2的上表面，与上板1的底面存在一定间隙，该间隙的高度大于血细胞直径，小于CTCs直径，为10-15μm，本例选10μm。虽然间隔随两条流道渗透段的形状而变化，但在二者最近处存在最小间隔，由于间隔对血细胞的渗透会产生一定阻力，为确保血细胞的渗透及CTCs的筛选效果最优，设定该间隔的宽度为2-30μm，本例选10μm。
基于本芯片，还提供一种循环肿瘤细胞筛选方法，在芯片的血样流道和萃取液流道的入口连接一注射泵6，实现血液样本和萃取液的流速控制，如图4所示，为便于显示，本图中未画出上板1。具体为：在基底2上两条流道的四个端口相应地开有四个孔，可通过这四个孔外接管路，具体为：在萃取液流道3入口31和出口32各外连一条管路，从入口31通入萃取液，随后萃取液从出口32流出；在血样流道4入口41和出口42外连一条管路，入口41通入血液样本，从出口42流出被萃取后的血液样本；本实施例中，在入口31和入口41的外连管路上各连接一注射泵6，也可采用一台含双管路功能的注射泵，注射泵的数量不以为限。
通过调节注射泵6，使得萃取液的流速大于血液样本的流速，根据流体的伯努利原理可知，二者之间会形成压差，血液样本在负压作用下从血样流道4的渗透段向萃取液流道3的渗透段渗透，由于血细胞小于间隔5上方的间隙，则血细胞可通过间隔5进入萃取液流道，通过出口32作为废液排出；而CTCs直径大于该间隙，无法进入萃取液流道3，从而在血样流道4内实现了CTCs富集，通过出口42进行收集。经反复试验测试可知，血液样本的流速控制在2μL/min-5μL/min，萃取液流速控制在5μL/min-10μL/min，可兼顾流速与渗透的最佳配合，实现CTCs筛选效果的最优化。
另外，血样流道4采用S型或其它曲线型的优点在于增加了流道的总长度，进而也增加了间隙的长度，提高血样样本的渗透的效率，加快对CTCs的筛选和富集。
本芯片与现有技术的微孔过滤网在相同条件下进行五组不同强度测试，得到如表1所示装置损坏率(损坏数占总数的百分比)，其中测试1至5的测试强度依次增加，每组分别测试十个。
表1装置损坏率
| 测试1 | 测试2 | 测试3 | 测试4 | 测试5 | |
| 微孔过滤网 | 20％ | 40％ | 50％ | 70％ | 90％ |
| 本发明 | 0％ | 0％ | 20％ | 30％ | 50％ |
由以上表可知，相较于现有技术的微孔过滤网，本芯片的结构简单，间隔比较牢固，不容易损坏，制造简单，可反复使用。
本芯片与现有技术的表面标志物磁珠进行五组同等条件测试，得到如表2所示细胞损失率(损失细胞占总细胞的百分比)。
表2细胞损失率
| 测试1 | 测试2 | 测试3 | 测试4 | 测试5 | |
| 表面标志物磁珠 | 3.1％ | 4.2％ | 2.9％ | 5.3％ | 1.6％ |
| 本发明 | 0％ | 0％ | 0％ | 0％ | 0％ |
由上表可知，相较于现有技术的表面标志物磁珠，本芯片对CTCs的筛选和富集由于过程比较简单，不会造成细胞损失。
Claims (10)
1.一种循环肿瘤细胞筛选芯片，包括一基底和与该基底的上表面吻合并紧密接合的一上板；在该基底的上表面设有一条槽形的血样流道和一条与该血样流道相对的槽形萃取液流道，该两条流道均包括一渗透段，血样流道的渗透段为曲线型，该两条流道的入口和出口均与外界连通；该血样流道与该萃取液流道的渗透段之间存在间隔，该间隔的上表面与上板存在间隙，以连通该两条流道，该间隙的高度大于血细胞直径，小于CTCs直径。
2.根据权利要求1所述的循环肿瘤细胞筛选芯片，其特征在于，血样流道的渗透段为S型或V型，萃取液流道渗透段为直线型或曲线型。
3.根据权利要求1所述的循环肿瘤细胞筛选芯片，其特征在于，在血样流道与萃取液流道各自的入口处和出口处的基底和上板上都开有通孔，用于外连管路。
4.根据权利要求1所述的循环肿瘤细胞筛选芯片，其特征在于，血样流道与萃取液流道的宽度均为30-200μm。
5.根据权利要求1所述的循环肿瘤细胞筛选芯片，其特征在于，血样流道与萃取液流道的渗透段的最小间隔为2-30μm。
6.根据权利要求1所述的循环肿瘤细胞筛选芯片，其特征在于，间隙的高度为10-15μm。
7.根据权利要求1所述的循环肿瘤细胞筛选芯片，其特征在于，上板与基底均为平板型。
8.根据权利要求1所述的循环肿瘤细胞筛选芯片，其特征在于，上板与基底通过贴膜或键合的方式连接。
9.根据权利要求1所述的循环肿瘤细胞筛选芯片，其特征在于，上板与基底均通过注塑工艺制成，选用的材料包括PMMA、PS、PC、COC、COP。
10.一种循环肿瘤细胞筛选方法，基于上述权利要求1-9任一所述的循环肿瘤细胞筛选芯片，步骤包括：
1)在芯片的血样流道和萃取液流道的入口连接一血液样本和萃取液的注射泵；
2)血液样本和萃取液通过该注射泵分别输入到血样流道和萃取液流道内；
3)通过该注射泵分别调节血液样本和萃取液的流速，使血样流道与萃取液流道产生压差，以使血液样本中的血细胞渗透到萃取液中，实现对血液样本中的CTCs的筛选。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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