【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)屬于稀有細(xì)胞富集篩選，尤其涉及一種基于雙螺旋結(jié)構(gòu)用于分選循環(huán)腫瘤細(xì)胞的微流控芯片及其分選方法。
技術(shù)介紹
1、當(dāng)前的細(xì)胞分選技術(shù)主要基于細(xì)胞直徑，包括微柱/微孔篩選、確定性側(cè)向位移(dld)以及利用流體力學(xué)或外加電場(chǎng)、磁場(chǎng)和聲場(chǎng)的微流控芯片。微柱與微孔芯片通過(guò)物理截留較大直徑的循環(huán)腫瘤細(xì)胞實(shí)現(xiàn)分離。dld芯片通過(guò)排列微柱使細(xì)胞發(fā)生側(cè)向移動(dòng)，從而在特定出口收集目標(biāo)細(xì)胞。外加磁場(chǎng)電場(chǎng)的微流控芯片則利用不同直徑細(xì)胞受力差異來(lái)分離腫瘤細(xì)胞。
2、慣性分選技術(shù)通過(guò)細(xì)胞在直流通道中受到的慣性升力來(lái)實(shí)現(xiàn)腫瘤細(xì)胞的分離。然而，為了提高分離效率，研究者引入了dean渦流分選芯片(dff)，這種芯片通過(guò)螺旋形和蛇形結(jié)構(gòu)產(chǎn)生dean拖拽力，使不同大小的細(xì)胞在通道內(nèi)壁之間移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)更精確的分離。dean拖拽力的大小與粒子大小密切相關(guān)，導(dǎo)致直徑較大的細(xì)胞傾向于聚焦在通道內(nèi)側(cè)壁，而較小細(xì)胞則聚焦在外側(cè)壁。
3、但是，現(xiàn)有技術(shù)存在的不足包括：一般涉及外加場(chǎng)，例如磁場(chǎng)、電場(chǎng)等，額外原件的集成會(huì)使芯片制作具有較大的復(fù)雜性，無(wú)法滿足臨床應(yīng)用中多毫升血樣的高效分離。微柱、微孔與dld芯片涉及大量微柱或微孔結(jié)構(gòu)會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞分選過(guò)程中易堵塞并且造成較大的流動(dòng)阻力，有微柱結(jié)構(gòu)存在的過(guò)濾芯片與dld芯片在面臨以上的問題時(shí)，堵塞可能會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞分離效率與純度隨時(shí)間的增長(zhǎng)越來(lái)越低、截留失敗導(dǎo)致ctc計(jì)數(shù)準(zhǔn)確度降低、ctc破裂和富集的細(xì)胞無(wú)法進(jìn)行下游檢測(cè)分析等問題。
4、而依據(jù)慣性分選技術(shù)進(jìn)行分離的裝置，當(dāng)不同慣性分選技術(shù)偶聯(lián)(例如螺旋+
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、為解決針對(duì)血液中循環(huán)腫瘤細(xì)胞混雜在近百萬(wàn)倍背景細(xì)胞中難以高效分離的技術(shù)問題，本專利技術(shù)提出了一種基于雙螺旋結(jié)構(gòu)用于分選循環(huán)腫瘤細(xì)胞的微流控芯片及其分選方法，以解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題。
2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，第一方面，本專利技術(shù)提供了一種基于雙螺旋結(jié)構(gòu)用于分選循環(huán)腫瘤細(xì)胞的微流控芯片，所述微流控芯片具有雙螺旋結(jié)構(gòu)，包括：
3、初篩通道，用于初步聚焦分離循環(huán)腫瘤細(xì)胞；
4、次級(jí)篩選通道，直接與初篩通道相連，用于對(duì)初篩后的循環(huán)腫瘤細(xì)胞進(jìn)行二次聚焦分離；
5、所述初篩通道在旋轉(zhuǎn)至芯片內(nèi)部后分離成兩個(gè)分支，一個(gè)分支連接中間出口，用于排出未聚焦的微粒和多余液體，另一個(gè)分支與次級(jí)篩選通道相連，以繼續(xù)進(jìn)行微粒的聚焦和分離；
6、所述微流控芯片設(shè)計(jì)有一個(gè)入口用于液體樣本的注入，以及三個(gè)出口，分別為中間出口、微粒收集出口和廢物出口，以實(shí)現(xiàn)液體樣本的注入和分離后微粒的收集。
7、優(yōu)選地，所述初篩通道的寬度大于所述次級(jí)篩選通道的寬度，以實(shí)現(xiàn)不同直徑微粒的初步分離。
8、優(yōu)選地，所述中間出口的設(shè)計(jì)允許調(diào)節(jié)流速，以優(yōu)化微粒在次級(jí)篩選通道中的保留率。
9、優(yōu)選地，所述流速調(diào)節(jié)通過(guò)連接在中間出口的流阻管實(shí)現(xiàn)，流阻管的長(zhǎng)度和直徑根據(jù)需要調(diào)節(jié)。
10、優(yōu)選地，所述微流控芯片的通道間距為400μm，初始螺旋半徑為3.3mm，中部s彎調(diào)整成對(duì)稱結(jié)構(gòu)。
11、優(yōu)選地，所述微流控芯片采用pdms材料制成，并通過(guò)制備工藝實(shí)現(xiàn)芯片的成型和功能化。
12、優(yōu)選地，所述入口、所述微粒收集出口和所述廢物出口均設(shè)置在所述微流控芯片外部，以實(shí)現(xiàn)直接集成其他裝置。
13、第二方面，本專利技術(shù)還提供了一種微流控芯片的分選方法，基于第一方面所述的基于雙螺旋結(jié)構(gòu)用于分選循環(huán)腫瘤細(xì)胞的微流控芯片，用于分離循環(huán)腫瘤細(xì)胞，包括以下步驟：
14、將待分離樣本注入所述微流控芯片的入口；
15、利用所述微流控芯片的初篩通道對(duì)所述待分離樣本中的細(xì)胞進(jìn)行初步聚焦分離；
16、將初篩后細(xì)胞引導(dǎo)至所述微流控芯片的次級(jí)篩選通道進(jìn)行二次聚焦分離；
17、通過(guò)所述微流控芯片的中間出口排出未聚焦的微粒和多余液體；
18、收集從所述微流控芯片的微粒收集出口排出的聚焦微粒。
19、優(yōu)選地，初篩通道的橫截面設(shè)計(jì)為長(zhǎng)方形，寬度和高度具有較低縱橫比，允許不同直徑微粒在流道不同位置的聚焦，適應(yīng)不同大小微粒的分離需求。
20、優(yōu)選地，次級(jí)篩選通道的橫截面設(shè)計(jì)為長(zhǎng)方形，寬度較初篩通道窄，利于小直徑微粒的聚焦，以實(shí)現(xiàn)更精確的微粒或細(xì)胞分離。
21、優(yōu)選地，中間出口通過(guò)連接的流阻管調(diào)節(jié)流速，以優(yōu)化微粒在次級(jí)篩選通道中的保留率。
22、優(yōu)選地，流阻管的長(zhǎng)度和直徑根據(jù)需要調(diào)節(jié)，以適應(yīng)不同的流速和微粒分選效率。
23、優(yōu)選地，雙螺旋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使得直徑較大的細(xì)胞受到更高的慣性升力，從而更容易聚焦在靠近通道內(nèi)側(cè)壁的位置。
24、優(yōu)選地，分選過(guò)程中較小的細(xì)胞易受到dean力的影響而傾向于聚焦到近外側(cè)壁的位置，從而實(shí)現(xiàn)與直徑較大的細(xì)胞的分離。
25、優(yōu)選地，分選方法還包括將基于生物化學(xué)原理的芯片與微流控芯片相連接，以進(jìn)行二次篩選，提高背景細(xì)胞的去除率。
26、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本專利技術(shù)具有如下優(yōu)點(diǎn)和技術(shù)效果：
27、本專利技術(shù)提供了一種基于雙螺旋結(jié)構(gòu)用于分選循環(huán)腫瘤細(xì)胞的微流控芯片，所述微流控芯片具有包含內(nèi)出口的雙螺旋結(jié)構(gòu)，包括：初篩通道，用于初步聚焦分離循環(huán)腫瘤細(xì)胞；次級(jí)篩選通道，直接與初篩通道相連，用于對(duì)初篩后的循環(huán)腫瘤細(xì)胞進(jìn)行二次聚焦分離；其中，所述初篩通道在旋轉(zhuǎn)至芯片內(nèi)部后分離成兩個(gè)分支，一個(gè)分支連接中間出口，用于排出未聚焦的微粒和多余液體，另一個(gè)分支與次級(jí)篩選通道相連，以繼續(xù)進(jìn)行微粒的聚焦和分離；所述微流控芯片設(shè)計(jì)有一個(gè)入口用于液體樣本的注入，以及三個(gè)出口，分別為中間出口、微粒收集出口和廢物出口，以實(shí)現(xiàn)液體樣本的注入和分離后微粒的收集。
28、本專利技術(shù)通過(guò)雙螺旋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)循環(huán)腫瘤細(xì)胞的高通量篩選，提高了分離效率；通過(guò)初篩通道和次級(jí)篩選通道的設(shè)計(jì)使得循環(huán)腫瘤細(xì)胞經(jīng)歷兩次聚焦分離，提高了分離的精確度。本專利技術(shù)設(shè)計(jì)了一個(gè)入口用于液體樣本的注入和三個(gè)出口用于分離后微粒的收集，簡(jiǎn)化了操作流程，提高了實(shí)驗(yàn)的便捷性和效率。相對(duì)于主動(dòng)技術(shù)分離中對(duì)細(xì)胞修飾的多重處理，本專利技術(shù)微流控芯片的被動(dòng)式分離技術(shù)的簡(jiǎn)單性能夠一定程度上降低不同實(shí)驗(yàn)的誤差，得到性能比較穩(wěn)定的分選芯片。
29、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本專利技術(shù)提供的微流控芯片不涉及細(xì)胞的額外處理，沒有細(xì)胞與微結(jié)構(gòu)的碰撞發(fā)生，保證了細(xì)胞的活性，為分選細(xì)胞的下游基因、蛋白分析打下基礎(chǔ)。相較于現(xiàn)有的雙螺旋型技術(shù)，本專利技術(shù)增加了對(duì)中部s彎的研究，在微粒流經(jīng)螺旋交界處時(shí)仍受力平衡，防止顆粒的散焦，進(jìn)而提高了不同微粒的聚焦效果，降低顆粒軌跡的重疊情況。另外，本專利技術(shù)提供的微流控芯片未增加鞘液通道，能夠在保證分選效率的情況下，平衡兩級(jí)通道所需流量。
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1.一種基于雙螺旋結(jié)構(gòu)用于分選循環(huán)腫瘤細(xì)胞的微流控芯片，其特征在于，所述微流控芯片具有包含內(nèi)出口的雙螺旋結(jié)構(gòu)，包括：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于雙螺旋結(jié)構(gòu)用于分選循環(huán)腫瘤細(xì)胞的微流控芯片，其特征在于，所述初篩通道的寬度大于所述次級(jí)篩選通道的寬度，以實(shí)現(xiàn)不同直徑微粒的初步分離。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于雙螺旋結(jié)構(gòu)用于分選循環(huán)腫瘤細(xì)胞的微流控芯片，其特征在于，所述中間出口的設(shè)計(jì)允許調(diào)節(jié)流速，以優(yōu)化微粒在次級(jí)篩選通道中的保留率。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于雙螺旋結(jié)構(gòu)用于分選循環(huán)腫瘤細(xì)胞的微流控芯片，其特征在于，所述流速調(diào)節(jié)通過(guò)連接在中間出口的流阻管實(shí)現(xiàn)，流阻管的長(zhǎng)度和直徑根據(jù)需要調(diào)節(jié)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于雙螺旋結(jié)構(gòu)用于分選循環(huán)腫瘤細(xì)胞的微流控芯片，其特征在于，所述微流控芯片的通道間距為400μm，初始螺旋半徑為3.3mm，中部s彎調(diào)整成對(duì)稱結(jié)構(gòu)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于雙螺旋結(jié)構(gòu)用于分選循環(huán)腫瘤細(xì)胞的微流控芯片，其特征在于，所述微流控芯片采用PDMS材料制成，并通過(guò)制備工藝實(shí)現(xiàn)芯片的成型和功能化。>
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于雙螺旋結(jié)構(gòu)用于分選循環(huán)腫瘤細(xì)胞的微流控芯片，其特征在于，所述入口、所述微粒收集出口和所述廢物出口均設(shè)置在所述微流控芯片外部，以實(shí)現(xiàn)直接集成其他裝置。
8.一種微流控芯片的分選方法，其特征在于，基于權(quán)利要求1-7任一項(xiàng)所述的基于雙螺旋結(jié)構(gòu)用于分選循環(huán)腫瘤細(xì)胞的微流控芯片，用于分離循環(huán)腫瘤細(xì)胞，包括以下步驟：
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種基于雙螺旋結(jié)構(gòu)用于分選循環(huán)腫瘤細(xì)胞的微流控芯片，其特征在于，所述微流控芯片具有包含內(nèi)出口的雙螺旋結(jié)構(gòu)，包括：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于雙螺旋結(jié)構(gòu)用于分選循環(huán)腫瘤細(xì)胞的微流控芯片，其特征在于，所述初篩通道的寬度大于所述次級(jí)篩選通道的寬度，以實(shí)現(xiàn)不同直徑微粒的初步分離。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于雙螺旋結(jié)構(gòu)用于分選循環(huán)腫瘤細(xì)胞的微流控芯片，其特征在于，所述中間出口的設(shè)計(jì)允許調(diào)節(jié)流速，以優(yōu)化微粒在次級(jí)篩選通道中的保留率。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于雙螺旋結(jié)構(gòu)用于分選循環(huán)腫瘤細(xì)胞的微流控芯片，其特征在于，所述流速調(diào)節(jié)通過(guò)連接在中間出口的流阻管實(shí)現(xiàn)，流阻管的長(zhǎng)度和直徑根據(jù)需要調(diào)節(jié)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于雙...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：張航與，李佳寧，郎月，劉波，李娜，趙璐明，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：大連理工大學(xué)，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：
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