CN205246680U - 一种用于肿瘤干细胞捕获和释放的微流控芯片 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种用于肿瘤干细胞捕获和释放的微流控芯片，该微流控芯片由进样口、废液池、通道构成；进样口通过通道与废液池相连；通道中具有单向鱼骨样结构。
Description
技术领域
本实用新型属于应用于生物医学诊断研究领域，特别提供了一种用于肿瘤干细胞捕获和释放的微流控芯片。
背景技术
肿瘤干细胞是癌细胞中一小部分具有干细胞特性的癌细胞，具有自我更新能力、分化能力、增殖能力。在癌症的发生、发展、迁移乃至耐药性等方面起到至关重要的作用。因此，从癌细胞中捕获得到这一小部分的肿瘤干细胞，具有重要的生物学、药学和临床医学研究价值和临床诊断、预后评估价值。
目前癌症干细胞筛选方法较为单一。主要依靠流式细胞技术和免疫磁珠筛选技术。这些方法都有可能对细胞活性产生影响，对下游研究不利。只适用于大量细胞筛选，对于从少量样本中获得肿瘤干细胞生物信息则无能为力。并且这些设备仪器价格昂贵，操作繁琐。
目前已有研究报道利用微流控芯片技术进行肿瘤干细胞筛选，但是这些方法也只适用于大量细胞筛选，在进行少量细胞筛选时，捕获细胞效率低，纯度低，不适合下游生物学研究。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种用于肿瘤干细胞捕获和释放的微流控芯片，该微流控芯片能够实现从少量(1000个)到大量肿瘤细胞(106-108个)中，高效、高纯度、可释放地捕获肿瘤干细胞，以克服现有技术不足。
本实用新型提供了一种用于肿瘤干细胞捕获和释放的微流控芯片，该微流控芯片由进样口、废液池、通道构成；进样口通过通道与废液池相连；通道中具有单向鱼骨样结构。
本实用新型提供的用于肿瘤干细胞捕获和释放的微流控芯片，所述通道的个数为8个。所述单向鱼骨样结构的长度从100微米到1000微米，单向鱼骨样结构与通道夹角从30度到60度，单向鱼骨样结构的深度从10微米到100微米。
本实用新型要解决的技术问题所采用的技术方案是这样实现的：采用现有的软蚀刻的方法制作具有单向鱼骨结构的微流控芯片。利用海藻酸钠材料对微流控芯片通道表面进行海藻酸钠层修饰，然后利用氯化钙进行固化。采用带有四臂氨基的PEG对海藻酸钙(固化的海藻酸钠)层进行修饰，最后将抗体修饰在PEG层上。
在芯片通道结构上，本实用新型与最接近的现有技术所不同的必要特征是：芯片具有单向鱼骨样结构。在形状和结构上，单向鱼骨样结构具有如下特征：在微流控芯片通道上表面或是下表面具有斜槽样结构，由斜槽结构组成鱼骨样结构，在整个通道中按同一方向排列。
这种形状和结构能够实现细胞聚焦，使细胞在芯片中按一定轨迹进行运动。当肿瘤干细胞细胞与通道表面修饰的抗体发生特异识别作用时，肿瘤干细胞细胞能够改变运动轨迹，进入流速较低的结构中，提高肿瘤干细胞捕获效率。
在芯片通道表面修饰抗体上，本实用新型与最接近的现有技术所不同的必要特征是：分别进行海藻酸钠、PEG和抗体修饰。海藻酸钠经过氯化钙固化后，形成固化的海藻酸钙。使用钙离子螯合剂能够使海藻酸钙溶解，因此以海藻酸钠为基底材料修饰芯片通道后，能够实现细胞释放。采用四臂氨基修饰的PEG与海藻酸钙(氯化钙固化后的海藻酸钠)的羧基进行反应，具有三方面功能：1.使得海藻酸钙交联程度更高，提高海藻酸钙的稳定性，不易被其他盐离子缓冲液溶解；2.降低海藻酸钙非特异性吸附细胞；3.四臂氨基PEG能够提供多余的氨基位点，有利于抗体蛋白的羧基与其反应，实现共价抗体修饰。采用三层修饰(海藻酸钠层、四臂氨基PEG层以及抗体层)方法，可以将抗体完全暴露在表面，有利于抗体与细胞表面抗原发生识别作用。
本实用新型的高效、高纯度、可释放捕获肿瘤干细胞的微流控芯片的有益效果是：与现有的肿瘤干细胞筛分技术相比，主要有如下几个优点：
由于采用单向鱼骨结构设计，细胞必须经过与通道表面作用，才能够离开聚焦轨迹，进入斜槽进而被捕获在斜槽中，因此经过两次筛选实现细胞捕获，从而提高细胞捕获纯度；
由于采用鱼骨结构设计，斜槽结构提高细胞接触表面积，能够实现高效捕获肿瘤干细胞；
由于采用海藻酸钠作为基底材料进行修饰，能够对捕获的肿瘤干细胞实现释放；
微流控芯片本身具有集成特点，当需要对大量肿瘤细胞进行筛选，从而捕获更多的肿瘤干细胞时，可以增加微流控芯片通道的数量以及芯片的数量。
附图说明
图1微流控芯片示意图，1-8指示芯片上八条主通道；a：进样口；b：废液池；
图2单向鱼骨结构的俯视图，所有鱼骨朝向相同方向排列(如箭头所示)；其中，W：通道宽度；h1和h2单向鱼骨样结构长度；w1和w2鱼骨宽度和间隔宽度；θ：单向鱼骨样结构与通道夹角；
图3单向鱼骨结构的侧面示意图，a:通道底部；b：通道顶部；d：斜槽的深度；D通道的高度；
图4没有抗体修饰时，细胞呈现聚焦状态的俯视图；
图5没有抗体修饰时，细胞聚焦状态的侧视图；
图6发生抗原-抗体识别作用时，细胞进入通道顶部斜槽中，被捕获的俯视图；
图7显示细胞被捕获在斜槽中的侧视图；
图8通道修饰情况示意图，a：通道表面；b:海藻酸钙层；c：四臂氨基PEG层；d：蛋白层，蛋白层可以是抗体也可以是有一定功能的其他蛋白。
具体实施方式
下面结合附图，对本实用新型的新型微流控芯片为实现高效、高纯度、可释放捕获肿瘤干细胞所采取的技术方案的优选方式做进一步说明：
首先采用目前常用的SU-8作为光刻胶，制作单向鱼骨结构微流控芯片模板。采用PDMS材料制作基于SU-8模板的具有单向鱼骨结构的微流控芯片。在图1中，显示制作的芯片示意图。芯片具有一个进样口和一个废液池以及8个主通道。1-8通道中都具有，如图2和3所示的单向鱼骨结构俯视图和横截面示意图。单向鱼骨结构形状由W，h1，h2，w1，w2，θ，D和d共同决定。这里采用优选的结构设计参数分别为1200微米，200微米，100微米，50微米，50微米，45度，50微米和50微米。由于该设计的单向鱼骨结构，引起微流体形成湍流运动。造成在未经通道修饰前，细胞不与通道表面发生作用，细胞以聚焦形式通过通道，如图4和5所示示意图。经修饰后，细胞与通道表面发生相互作用时，细胞偏离聚焦轨道进入形成的鱼骨斜槽中，如图6和7所示示意图。进一步，对通道进行抗体修饰。采用17mg/ml海藻酸钠溶液灌注通道，然后使用MES缓冲液冲洗，最后采用1％的CaCl2溶液使其固化，在通道表明形成一薄层海藻酸钙。采用NHS/EDC催化体系，将具有四臂氨基的PEG与海藻酸钙羧基反应形成酰胺键。最后，可将欲修饰抗体直接利用NHS/EDC催化体系修饰在通道表面，如图8所示。或是利用NHS/EDC体系，修饰亲和素。由于亲和素可以与生物素修饰的抗体结合，能够有序的将抗体识别位点暴露，有利于肿瘤干细胞表面抗原和通道表面修饰的抗体发生相互作用。进行肿瘤干细胞捕获时，采用优化流速0.0176m/s，修饰通道表面抗体为CD133抗体。
Claims (5)
1.一种用于肿瘤干细胞捕获和释放的微流控芯片，其特征在于：该微流控芯片由进样口、废液池、通道构成；进样口通过通道与废液池相连；通道中具有单向鱼骨样结构。
2.按照权利要求1所述用于肿瘤干细胞捕获和释放的微流控芯片，其特征在于：所述通道的个数为8个。
3.按照权利要求1所述用于肿瘤干细胞捕获和释放的微流控芯片，其特征在于：所述单向鱼骨样结构的长度为从100微米到1000微米。
4.按照权利要求1所述用于肿瘤干细胞捕获和释放的微流控芯片，其特征在于：所述单向鱼骨样结构与通道夹角为从30度到60度。
5.按照权利要求1所述用于肿瘤干细胞捕获和释放的微流控芯片，其特征在于：所述单向鱼骨样结构的深度从10微米到100微米。
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| CN106076441A (zh) * | 2016-06-07 | 2016-11-09 | 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 | 一种基于尺寸检测循环肿瘤细胞的微流控装置及方法 |
| CN112080392A (zh) * | 2020-09-21 | 2020-12-15 | 长春理工大学 | 一种高通量分离循环肿瘤细胞的三维介电泳微流控芯片 |
| CN112264115A (zh) * | 2020-10-26 | 2021-01-26 | 南京鼓楼医院 | 一种搭载分子印迹反蛋白石结构微球的鱼骨微流控芯片及其制备方法 |
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