CN214088510U - 一种用于捕获循环肿瘤细胞的器件结构 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及生物检测技术领域，尤其是一种用于捕获循环肿瘤细胞的器件结构，其中下盒体为开口盒状，中间盒体是由四周围板二和底板二围合而成的开口盒状，底板二和下盒体围合成下腔室，盒盖和中间盒体围合成上腔室，底板二的上表面倾斜布置，底板二的上表面均匀间隔布置有多个立柱，所有立柱均和底板二的上表面垂直，立柱的外表面涂覆针对肿瘤细胞的特异性抗体材料，底板二的上表面的下端板面处开设多个通孔，上腔室和下腔室之间通过通孔连通，盒盖上开设血液入口，血液入口位于底板二的上表面的上端板面的上方，底板二的倾斜面设计进行循环肿瘤细胞的特异性捕获，可以加速血液样品的流动，从而缩短检测时间，提高检测效率。
Description
技术领域
本实用新型涉及生物检测技术领域，尤其是一种用于捕获循环肿瘤细胞的器件结构。
背景技术
癌症的早期诊断、干预和治疗可以显著改善患者的预后，提高患者的生存率。临床上常规的检测方法，如影像学检查具有滞后性，血清标志物检测方法往往灵敏度较低，组织穿刺活检可能会对患者造成二次伤害。微创的液体活检技术为癌症的早期筛查和诊断提供了可能。而循环肿瘤细胞是液体活检的重要的生物标志物，与肿瘤的发生发展、转移和预后等密切相关。
癌细胞从实体原生肿瘤脱落后，随着人体的血液循环进入到不同的组织器官，这种在外围血液中的癌细胞称为循环肿瘤细胞。由于在癌症发生的早期，就有循环肿瘤细胞的出现，因此将循环肿瘤细胞作为生物标记物，通过检测，监视以及分析血液中循环肿瘤细胞的数量，对癌症进行早期检测意义重大。因此在过去的十年里，对循环肿瘤细胞的检测已经被用来判断癌细胞是否产生、预断病人病情以及判断癌症的治疗效果的方法之一。但是，要将循环肿瘤细胞从大量的血液细胞中捕获还具有一定的挑战性，这是因为在血液中的循环肿瘤细胞数量非常少，通常1毫升的血液中1～2个甚至更少的循环肿瘤细胞。鉴于以上原因，通常需要大量的血液样本(大约7.5ml)才能进行检测。那么要在短时间内处理完大量的样本就需要保证在高流速下捕获到那些循环肿瘤细胞。目前捕获循环肿瘤细胞的方法主要有以下几种，分别是基于特异性抗体修饰的磁珠的免疫磁性分离技术；基于增加细胞与基底接触频率的微流体技术；基于细胞尺寸差别的微过滤技术；基于密度的密度梯度离心技术；以及将几种技术结合联合起来使用。然而这些方法仍然存在着捕获效率低，分离纯度低以及捕获时间长等缺点。
另外，利用材料表面微纳结构来分离循环肿瘤细胞的方法也受到了广泛关注，比如三维的硅纳米线阵列，PEDOT导电聚合物，PDMS、TiO2纳米纤维、石英纳米线阵列、以及Fe3O4纳米粒子修饰的基片等都是利用三维纳米结构的构建从而增强循环肿瘤细胞的捕获效率。但上述方法仍存在着一定的不足，比如需要使用泵作为过滤的驱动力、检测时间较长、在血液高流速下捕获效率低下、以及制备工艺复杂。
实用新型内容
本申请人针对上述现有生产技术中的缺点，提供一种用于捕获循环肿瘤细胞的器件结构，在血液高流速下有效捕获循环肿瘤细胞，提高检测效率和精度。
本实用新型所采用的技术方案如下：一种用于捕获循环肿瘤细胞的器件结构，包括下盒体、中间盒体和盒盖，下盒体是由四周围板一和底板一围合而成的开口盒状，中间盒体是由四周围板二和底板二围合而成的开口盒状，中间盒体的底板二盖设在下盒体的盒端口，且底板二和下盒体围合成下腔室，盒盖盖设在中间盒体的盒端口，且盒盖和中间盒体围合成上腔室，朝向盒盖的底板二的表面为上表面且该上表面倾斜布置，底板二的上表面均匀间隔布置有多个立柱，立柱布置在上腔室中，所有立柱均和底板二的上表面垂直，立柱的外表面涂覆针对肿瘤细胞的特异性抗体材料，底板二的上表面的下端板面处开设多个通孔，上腔室和下腔室之间通过通孔连通，盒盖上开设血液入口，血液入口位于底板二的上表面的上端板面的上方，盒盖由透明材质制成。
作为上述技术方案的进一步改进：
所述立柱分成多排且自底板二的上表面的上端向下端间隔排列布置，所有通孔排成一排，所有通孔所在排和每排立柱相互平行，所有通孔所在排布置在最下端一排立柱的斜下方。
所述立柱为碳纳米管，所述盒盖由玻璃材质制成。
所述特异性抗体材料为叶酸抗体。
所述下盒体和中间盒体之间，以及中间盒体和盒盖之间均通过永久性键合连接为一体式盒子，或者通过临时键合连接成可拆卸式盒子。
所述底板二的上表面的倾斜角度范围为0～30°，所述下腔室的内部底面为倾斜面，下腔室的内部底面自通孔的下方所在端向血液入口的下方所在端倾斜而下布置，下腔室的内部底面的倾斜角度范围为0～30°。
本实用新型的有益效果如下：本实用新型中利用具有坡度的底板二的倾斜面设计进行循环肿瘤细胞的特异性捕获，可以加速血液样品的流动，从而缩短检测时间，提高检测效率。
本实用新型中的通孔可以将流过碳纳米管的多余血液样品渗漏到下腔室中，既可以避免多余血液样品对捕获到的循环肿瘤细胞后续观察的干扰，提高检测精度，又可以避免多余血液样品的随意废弃，为后续检测工作提供了便利。
附图说明
图1是本实用新型的结构图。
图2是图1的部分结构图。
图3是本实用新型的剖视图。
其中：11、下盒体；12、中间盒体；20、盒盖；21、血液入口；30、底板二；31、通孔；41、上腔室；42、下腔室；50、立柱。
具体实施方式
下面结合附图，说明本实用新型的具体实施方式。
如图1-3所示，本实施例的用于捕获循环肿瘤细胞的器件结构，包括下盒体11、中间盒体12和盒盖20，下盒体11是由四周围板一和底板一围合而成的开口盒状，中间盒体12是由四周围板二和底板二30围合而成的开口盒状，中间盒体12的底板二30盖设在下盒体11的盒端口，且底板二30和下盒体11围合成下腔室42，盒盖20盖设在中间盒体12的盒端口，且盒盖20和中间盒体12围合成上腔室41，朝向盒盖20的底板二30的表面为上表面且该上表面倾斜布置，底板二30的上表面均匀间隔布置有多个立柱50，立柱50布置在上腔室41中，所有立柱50均和底板二30的上表面垂直，立柱50的外表面涂覆针对肿瘤细胞的特异性抗体材料，底板二30的上表面的下端板面处开设多个通孔31，上腔室41和下腔室42之间通过通孔31连通，盒盖20上开设血液入口21，血液入口21位于底板二30的上表面的上端板面的上方，盒盖20由透明材质制成。
立柱50分成多排且自底板二30的上表面的上端向下端间隔排列布置，所有通孔31排成一排，所有通孔31所在排和每排立柱50相互平行，所有通孔31所在排布置在最下端一排立柱50的斜下方。
立柱50为碳纳米管，盒盖20由玻璃材质制成。
特异性抗体材料为叶酸抗体。
下盒体11和中间盒体12之间，以及中间盒体12和盒盖20之间均通过永久性键合连接为一体式盒子，或者通过临时键合连接成可拆卸式盒子。永久性键合可以采用现有存在的紫外固化胶法、静电键合方法或者热压键合等方法，这几种方法均为现有成熟技术，在此不作具体描述。临时键合可以为采用粘合剂临时粘接固定在一起的方法，下盒体11、中间盒体12和盒盖20需要分离时，直接加热到一定温度使得粘合剂失效即可，即可将内部血液或细胞取出作进一步的研究。
底板二30的上表面的倾斜角度范围为0～30°，下腔室42的内部底面为倾斜面，下腔室42的内部底面自通孔31的下方所在端向血液入口21的下方所在端倾斜而下布置，下腔室42的内部底面的倾斜角度范围为0～30°。
用于捕获循环肿瘤细胞的器件结构的制作方法，包括以下步骤：
1)制备通孔31：准备玻璃基底作为中间盒体12，该玻璃属于光敏玻璃，光敏玻璃经过紫外曝光以及热处理会析出晶体，这些析晶区域在酸腐蚀之后可以形成高深宽比的细小结构和小孔，再经过二次曝光和热处理，玻璃基体可以发生相变形成玻璃陶瓷，在需要刻蚀出通孔31的区域进行紫外曝光处理，然后通过酸腐蚀形成通孔31；
2)制备中间盒体12的倾斜上表面：在玻璃基底的上表面区域再次进行紫外曝光处理，然后通过酸腐蚀，形成中间盒体12的内部腔室，内部腔室的底面为倾斜面；
3)立柱50生长：立柱50为碳纳米管，在中间盒体12的底板二30的上表面生长碳纳米管；
4)涂覆特异性抗体材料：在立柱50的外表面涂敷针对肿瘤细胞的特异性抗体材料；
5)准备带有凹槽的下盒体11以及带有血液入口21的玻璃盒盖20，采用永久性键合或临时键和的方式将下盒体11、中间盒体12和盒盖20依次叠加键和起来，最终形成一个完整的器件结构。
步骤2中酸腐蚀采用单片腐蚀的方法，单片腐蚀方法中采用预先调整好的刻蚀参数，针对整个玻璃晶圆的刻蚀，越靠近玻璃晶圆中心的地方刻蚀量较少，越远的地方刻蚀量越多，从而在玻璃基底上形成倾斜面。
步骤2中酸腐蚀采用浸没式方法，靠近通孔31的地方先放入酸中进行刻蚀，远离通孔31的地方晚一些放入酸中刻蚀，通过这样方式将玻璃晶圆逐渐放入酸中，从而在玻璃基底上形成倾斜面。
步骤3中碳纳米管的生长可以采用电弧放电法、热解聚合物法、气体燃烧法或聚合反应合成法中的一种。
本申请检测过程如下：
准备好血液样品，其样本体积量不需要太大，一般1～2ml即可。将其通过血液入口21注入到上腔室41中，血液样品会顺着底板二30的倾斜面进行流动，在流动过程中，其中的碳纳米管的纳米结构会与细胞的表面的纳米结构(纤毛/伪足)之间产生相互作用，即结构识别作用，同时由于碳纳米管表面涂覆的特异性抗体材料与循环肿瘤细胞表面高表达的抗原之间特异性的分子识别作用，增强了碳纳米管对于循环肿瘤细胞的亲和力，从而可以提高对循环肿瘤细胞的捕获效率。当血液样品流至底板二30倾斜面下端时，通过通孔31流入到下腔室42中储存，之后可以利用显微镜等器材透过透明盒盖20进行诸如循环肿瘤细胞的检测计数、体外培养、耐药性分析、基因测序以及蛋白质组学研究等工作。
本实用新型中利用具有坡度的底板二30的倾斜面设计进行循环肿瘤细胞的特异性捕获，可用避免使用泵作为驱动力，因此操作简单。另外底板二30的倾斜面的设计可以加速血液样品的流动，从而缩短检测时间。
本实用新型中的通孔31可以将流过碳纳米管的多余血液样品渗漏到下腔室42中，既可以避免多余血液样品对捕获到的循环肿瘤细胞后续观察的干扰，提高检测精度，又可以避免多余血液样品的随意废弃，为后续检测工作提供了便利。
本实用新型中的器件结构采用微电子加工工艺制作，适合工业化规模生产，因此制作成本较低。
相对于现有技术，本实用新型技术方案取得的有益效果是：
1、本实用新型中采用的碳纳米管具有良好的生物相容性，捕获后的循环肿瘤细胞仍然具有较高的活性，可用于循环肿瘤细胞相关的后续研究，如检测计数、体外培养、耐药性分析、基因测序以及蛋白质组学研究等。
2、本实用新型中的碳纳米管是由具有类似石墨结构的六边形网络卷绕而成的中空结构。由于其具有的中空结构以及很大的壁表面积，很少的碳纳米管就可以提供很多能够和细胞相互作用的节点，经前期处理后对循环肿瘤细胞有很大的吸附能力。
3、本实用新型中的碳纳米管阵列结构是通过研究细胞在微流管道中的动力学特性、考虑血液细胞流速、流量以及循环肿瘤细胞在微流道中与抗体相互作用的时间、在流动过程中与碳纳米管的相互作用力以及在侧壁上所受的剪切力的大小等众多因素而设计，有利于血液的流动，从而实现快速高效的捕获循环肿瘤细胞。
4、本实用新型中碳纳米管表面的特异性抗体材料优选用叶酸，其与循环肿瘤细胞识别并结合是通过叶酸与循环肿瘤细胞表面的叶酸受体特异性地结合。由于大部分的肿瘤组织中均含有叶酸受体，因此，该方法对多种肿瘤衍生出的循环肿瘤细胞均具有普遍适用性。或者，特异性抗体材料可以根据需要选用诸如抗EpCAM(上皮细胞粘附分子)的抗体、细胞角蛋白、CD45或HER2等
5、本实用新型中的器件结构的制作方法相对简单、可规模化制备、成本较低、易于操作。
本实用新型中用于捕获循环肿瘤细胞的器件结构，可在血液样本中检测出高速流动的单个循环肿瘤细胞，并且能够将循环肿瘤细胞或稀少细胞以接近无伤的状态回收，因此，不仅能够用于循环肿瘤细胞数量的评价，而且能够用于单一循环肿瘤细胞等基因分析，帮助医生快速诊断癌症是否已从原发病灶转移或扩散。这项技术能够进行早期检测诊断，可以帮助医生为癌症患者制订更具体的、有针对性的治疗方案，这种方法获取的活体癌细胞也必将促进癌症研究领域的发展，符合社会发展的需求。
以上描述是对本实用新型的解释，不是对实用新型的限定，本实用新型所限定的范围参见权利要求，在本实用新型的保护范围之内，可以作任何形式的修改。
Claims (6)
1.一种用于捕获循环肿瘤细胞的器件结构，其特征在于：包括下盒体(11)、中间盒体(12)和盒盖(20)，下盒体(11)是由四周围板一和底板一围合而成的开口盒状，中间盒体(12)是由四周围板二和底板二(30)围合而成的开口盒状，中间盒体(12)的底板二(30)盖设在下盒体(11)的盒端口，且底板二(30)和下盒体(11)围合成下腔室(42)，盒盖(20)盖设在中间盒体(12)的盒端口，且盒盖(20)和中间盒体(12)围合成上腔室(41)，朝向盒盖(20)的底板二(30)的表面为上表面且该上表面倾斜布置，底板二(30)的上表面均匀间隔布置有多个立柱(50)，立柱(50)布置在上腔室(41)中，所有立柱(50)均和底板二(30)的上表面垂直，立柱(50)的外表面涂覆针对肿瘤细胞的特异性抗体材料，底板二(30)的上表面的下端板面处开设多个通孔(31)，上腔室(41)和下腔室(42)之间通过通孔(31)连通，盒盖(20)上开设血液入口(21)，血液入口(21)位于底板二(30)的上表面的上端板面的上方，盒盖(20)由透明材质制成。
2.如权利要求1所述的用于捕获循环肿瘤细胞的器件结构，其特征在于：所述立柱(50)分成多排且自底板二(30)的上表面的上端向下端间隔排列布置，所有通孔(31)排成一排，所有通孔(31)所在排和每排立柱(50)相互平行，所有通孔(31)所在排布置在最下端一排立柱(50)的斜下方。
3.如权利要求1所述的用于捕获循环肿瘤细胞的器件结构，其特征在于：所述立柱(50)为碳纳米管，所述盒盖(20)由玻璃材质制成。
4.如权利要求1所述的用于捕获循环肿瘤细胞的器件结构，其特征在于：所述特异性抗体材料为叶酸抗体。
5.如权利要求1所述的用于捕获循环肿瘤细胞的器件结构，其特征在于：所述下盒体(11)和中间盒体(12)之间，以及中间盒体(12)和盒盖(20)之间均通过永久性键合连接为一体式盒子，或者通过临时键合连接成可拆卸式盒子。
6.如权利要求1所述的用于捕获循环肿瘤细胞的器件结构，其特征在于：所述底板二(30)的上表面的倾斜角度范围为0～30°，所述下腔室(42)的内部底面为倾斜面，下腔室(42)的内部底面自通孔(31)的下方所在端向血液入口(21)的下方所在端倾斜而下布置，下腔室(42)的内部底面的倾斜角度范围为0～30°。
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