CN112080392A - 一种高通量分离循环肿瘤细胞的三维介电泳微流控芯片 - Google Patents

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王巍锦
李晶怡
申炳俊
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Abstract

本发明公开了一种高通量分离循环肿瘤细胞的三维介电泳微流控芯片，采用四层式结构，从上而下分别包括上盖板、微通道、基底板和收集器；上盖板上加工有一个流体注入口，通道板上制作有微通道，并作为细胞分离区，叠加后，流体注入口与微通道上端连通，出口与微通道下端连通，基底板的上表面制作有锯齿型的交指电极，本发明用于细胞分离时，外周血样通过注射泵注入微通道中，对介电泳信号进行调节，使血细胞和循环肿瘤细胞细胞进行不同的运行轨迹。首先被分离出的血细胞经历负介电泳力悬浮在通道中，经过上出口流入到收集器内，最终通过下出口收集，循环肿瘤细胞经历正介电泳力吸附在电极上，分离结束后，更换下出口处的容器，在释放液的作用下，可在下出口处收集到循环肿瘤细胞。

Description

一种高通量分离循环肿瘤细胞的三维介电泳微流控芯片
技术领域
本发明涉及一种能够快速进行外周血细胞分离的微流体装置，具体是一种高通量分离循环肿瘤细胞的三维介电泳微流控芯片。
背景技术
循环肿瘤细胞是指脱离了肿瘤原发部位和转移部位而进入血液循环中的各类肿瘤细胞的统称。根据中国最近的一份肿瘤统计学数据，肿瘤已成为国民死亡的主要原因，同时也是威胁公众健康的主要原因。在过去的几十年，循环肿瘤细胞因其在肿瘤的早期诊断、预后判断、疗效评价、靶向药物的开发、个体化治疗中的潜在作用已经受到了广泛的关注和研究。在转移的肿瘤患者中，循环肿瘤细胞被视为一种微创的极具前景的诊断标志和判断预后的重要标志。许多敏感的筛选方法和设备已经应用于血液中循环肿瘤细胞的分离和富集。
目前循环肿瘤细胞的分离方法较多，各个方法都有自己的优缺点，基于抗体的分离方法虽然简单，但是基本都有成本过高的缺点，传统的物理方法如过滤分离及离心分离则存在灵敏度不够以及分离效率低下的不足。与这些方法相比，微流控介电泳法(DEP)不需要标记，是一种非侵入性分离方法，对细胞的生物物理完整性具有轻微或无侵犯性。同时它还具有低损耗、易集成、低成本、分离速度快、高选择性和高灵敏度等优点。然而当所需分离微纳米颗粒或细胞含量极少时，介电泳分离方法面临着集成度低、捕获率低的缺陷。因此，本发明提供了一种高通量分离循环肿瘤细胞的三维介电泳微流控芯片，以解决上述背景技术中提出的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高通量分离循环肿瘤细胞的三维介电泳微流控芯片，本发明提供一种高通量分离循环肿瘤细胞的三维介电泳微流控芯片，通过细胞在非均匀的电场中经受不同方向的介电泳力，使血细胞和循环肿瘤细胞经历两种不同的运动轨迹，进而实现循环肿瘤细胞与血细胞分离，同时将22对三维电极芯片并行布置，以此增加血液分离量，缩短分离时间。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种高通量分离循环肿瘤细胞的三维介电泳微流控芯片，采用四层式结构，从上而下分别包括上盖板、微通道、基底板和收集器；上盖板上加工有一个流体注入口，通道板上制作有微通道，并作为细胞分离区，四层结构叠加后，流体注入口与微通道上端连通，出口与微通道下端连通，基底板的上表面制作有锯齿型的交指电极。
作为本发明进一步的方案，上盖板的玻璃板是镀烟锡氧化物(ITO)的透明电极，基底板为玻璃材质，并在基底板上采用剥离或刻蚀法加工有介电泳力交指微电极。
作为本发明再进一步的方案，电极宽50μm，长6700μm，厚1μm，交指电极与微通道之间的角度为45°，电极之间的角度为90°，两组电极间的距离为113μm。
作为本发明再进一步的方案，微通道长5000μm，宽6700μm，高150μm，为方便连接注射泵，在上盖板上方制作一个半径为3370μm的圆柱，在圆柱的下方切割出一个长方形入口，长6700μm，宽800μm，入口进入微通道内60μm，微通道双侧各含有22对微电极，其中在奇数组微电极上施加电压，偶数组微电极接地。
作为本发明再进一步的方案，微通道的通道板为PDMS材质，利用SU-8光刻及模塑工艺制成，其上制作了微通道，通道板并与上盖板、基底板键合成一体，实现微通道封闭。
作为本发明再进一步的方案，基底板大小为3cmX3cm，收集器长宽均为3cm，高度为1cm。收集器下方有圆形出口，可根据实际分离量选择容器在圆形出口处收集分离后的细胞溶液。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明可实现对外周血细胞的快速分离，并从中捕获循环肿瘤细胞。用于细胞分离时，外周血样通过注射泵注入微通道中，对介电泳信号进行调节，使血细胞和循环肿瘤细胞细胞进行不同的运行轨迹。首先被分离出的血细胞经历负介电泳力悬浮在通道中，经过上出口流入到收集器内，最终通过下出口收集，循环肿瘤细胞经历正介电泳力吸附在电极上，分离结束后，更换下出口处的容器，在释放液的作用下，可在下出口处收集到循环肿瘤细胞。
附图说明
图1为一种高通量分离循环肿瘤细胞的三维介电泳微流控芯片的结构示意图。
图2为一种高通量分离循环肿瘤细胞的三维介电泳微流控芯片中基底板的俯视结构示意图。
图3为一种高通量分离循环肿瘤细胞的三维介电泳微流控芯片中微通道的俯视结构示意图。
图4为一种高通量分离循环肿瘤细胞的三维介电泳微流控芯片中上盖板的俯视结构示意图。
图5为一种高通量分离循环肿瘤细胞的三维介电泳微流控芯片中单侧微流控芯片的俯视结构示意图。
图中：1、上盖板；2、流体注入口；3、流体入口；4、微通道，6、上出口；8、基底板；9、收集器；10、下出口。
具体实施方式
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、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，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，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1～5，本发明实施例中，一种高通量分离循环肿瘤细胞的三维介电泳微流控芯片，采用四层式结构，从上而下分别包括上盖板1、微通道4、基底板8和收集器9，所述上盖板1为玻璃材质，其上加工有一个流体入口3，流体入口3底部有一个长方形开口，溶液由此进入通道内，基底板8也为玻璃材质，其上表面制作有锯齿型的交指电极，溶液收集器9与基底板8相连；
微通道上4的微通道结构需要与上盖板1和基底板8键合后密封，微通道4为PDMS材质，采用SU-8胶光刻和模塑工艺制作。
分离装置的制作工艺简单，需要分别制作上盖板、基底板、微通道板和收集器，上盖板制作加工出流体入口，基底板上制作交指电极可采用剥离或刻蚀工艺，在通道板制作完成后，对其进行等离子表面氧化处理，接着将三层板依次键合起来，完成微通道的封闭。最后，安装微管道接口和收集器。
具体的，所述微通道内空间不均匀电场由不同电极施加不同电势产生，具体为，奇数组微电极上施加电势，电势大小可根据实际情况进行调节，如实例1为15v，实例2为20V，偶数组微电极接地。
具体的，在待分离溶液进入微通道后，施加电信号，调节频率，分离频率根据实际分离细胞种类进行选择，在分离区，血细胞受到负介电泳力，悬浮在电极上方大致100μm处，最终通过上出口6流入收集器9内，收集器9下方有一个半径为3mm的下出口10的圆形开口，在开口下方可根据实际分离剂量选择容器进行收集，循环肿瘤细胞受到正介电泳力，吸附在电极上，更换容器，关闭电信号，注入缓冲液，循环肿瘤细胞随缓冲液流出，将循环肿瘤细胞聚集在新容器内，完成细胞分离。
具体的，本发明微通道的几何结构如附图1结构所示，但其长度并不限于此，可以根据实际分离需要适合调整通道长度和微电极数量，此外，排布在基底板上的微流控芯片也可以适当增加或减少对数，最终结构以达到所需分离效果为准。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种高通量分离循环肿瘤细胞的三维介电泳微流控芯片，采用四层式结构，从上而下分别包括上盖板(1)、微通道(4)、基底板(8)和收集器(9)；其特征在于，所述上盖板(1)上加工有一个流体注入口(2)，通道板上制作有微通道(4)，四层结构叠加后，流体注入口(2)与微通道(4)上端连通，上出口(6)与微通道(4)下端连通，基底板(8)的上表面制作有锯齿型的交指电极，收集器(9)下方有一个半径为3mm下出口(10)的圆形开口。
2.根据权利要求1所述的一种高通量分离循环肿瘤细胞的三维介电泳微流控芯片，其特征在于，所述上盖板(1)的玻璃板是镀烟锡氧化物(ITO)的透明电极，基底板(8)为玻璃材质，并在基底板(8)上采用剥离或刻蚀法加工有介电泳力交指微电极。
3.根据权利要求1所述的一种高通量分离循环肿瘤细胞的三维介电泳微流控芯片，其特征在于，所述电极宽50μm，长6700μm，厚1μm，交指电极与微通道之间的角度为45°，电极之间的角度为90°，两组电极间的距离为113μm。
4.根据权利要求1所述的一种高通量分离循环肿瘤细胞的三维介电泳微流控芯片，其特征在于，所述微通道(4)长5000μm，宽6700μm，高150μm，上盖板(1)上方制作一个半径为3370μm的圆柱，在圆柱的下方切割出一个长方形入口，长6700μm，宽800μm，入口进入微通道(4)内60μm，微通道(4)双侧各含有22对微电极，其中在奇数组微电极上施加电压，偶数组微电极接地。
5.根据权利要求1所述的一种高通量分离循环肿瘤细胞的三维介电泳微流控芯片，其特征在于，所述微通道(4)的通道板为PDMS材质，利用SU-8光刻及模塑工艺制成，通道板并与上盖板(1)、基底板(8)键合成一体，实现微通道封闭。
6.根据权利要求1所述的一种高通量分离循环肿瘤细胞的三维介电泳微流控芯片，其特征在于，所述基底板(8)大小为3cmX3cm，收集器长宽均为3cm，高度为1cm，收集器(9)下方有圆形出口。
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