一種用于腫瘤干細胞捕獲和釋放的微流控芯片的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型屬于應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)診斷研究領(lǐng)域，特別提供了一種用于腫瘤干細胞捕獲和釋放的微流控芯片。
【背景技術(shù)】
[0002]腫瘤干細胞是癌細胞中一小部分具有干細胞特性的癌細胞，具有自我更新能力、分化能力、增殖能力。在癌癥的發(fā)生、發(fā)展、迀移乃至耐藥性等方面起到至關(guān)重要的作用。因此，從癌細胞中捕獲得到這一小部分的腫瘤干細胞，具有重要的生物學(xué)、藥學(xué)和臨床醫(yī)學(xué)研究價值和臨床診斷、預(yù)后評估價值。
[0003]目前癌癥干細胞篩選方法較為單一。主要依靠流式細胞技術(shù)和免疫磁珠篩選技術(shù)。這些方法都有可能對細胞活性產(chǎn)生影響，對下游研究不利。只適用于大量細胞篩選，對于從少量樣本中獲得腫瘤干細胞生物信息則無能為力。并且這些設(shè)備儀器價格昂貴，操作繁瑣。
[0004]目前已有研究報道利用微流控芯片技術(shù)進行腫瘤干細胞篩選，但是這些方法也只適用于大量細胞篩選，在進行少量細胞篩選時，捕獲細胞效率低，純度低，不適合下游生物學(xué)研究。
【實用新型內(nèi)容】
[0005]本實用新型的目的是提供一種用于腫瘤干細胞捕獲和釋放的微流控芯片，該微流控芯片能夠?qū)崿F(xiàn)從少量(1000個)到大量腫瘤細胞(16-1O8個)中，高效、高純度、可釋放地捕獲腫瘤干細胞，以克服現(xiàn)有技術(shù)不足。
[0006]本實用新型提供了一種用于腫瘤干細胞捕獲和釋放的微流控芯片，該微流控芯片由進樣口、廢液池、通道構(gòu)成;進樣口通過通道與廢液池相連;通道中具有單向魚骨樣結(jié)構(gòu)。
[0007]本實用新型提供的用于腫瘤干細胞捕獲和釋放的微流控芯片，所述通道的個數(shù)為8個。所述單向魚骨樣結(jié)構(gòu)的長度從100微米到1000微米，單向魚骨樣結(jié)構(gòu)與通道夾角從30度到60度，單向魚骨樣結(jié)構(gòu)的深度從1微米到100微米。
[0008]本實用新型要解決的技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的:采用現(xiàn)有的軟蝕刻的方法制作具有單向魚骨結(jié)構(gòu)的微流控芯片。利用海藻酸鈉材料對微流控芯片通道表面進行海藻酸鈉層修飾，然后利用氯化鈣進行固化。采用帶有四臂氨基的PEG對海藻酸鈣(固化的海藻酸鈉)層進行修飾，最后將抗體修飾在PEG層上。
[0009]在芯片通道結(jié)構(gòu)上，本實用新型與最接近的現(xiàn)有技術(shù)所不同的必要特征是:芯片具有單向魚骨樣結(jié)構(gòu)。在形狀和結(jié)構(gòu)上，單向魚骨樣結(jié)構(gòu)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樣結(jié)構(gòu)，由斜槽結(jié)構(gòu)組成魚骨樣結(jié)構(gòu)，在整個通道中按同一方向排列。
[0010]這種形狀和結(jié)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)細胞聚焦，使細胞在芯片中按一定軌跡進行運動。當腫瘤干細胞細胞與通道表面修飾的抗體發(fā)生特異識別作用時，腫瘤干細胞細胞能夠改變運動軌跡，進入流速較低的結(jié)構(gòu)中，提高腫瘤干細胞捕獲效率。
[0011]在芯片通道表面修飾抗體上，本實用新型與最接近的現(xiàn)有技術(shù)所不同的必要特征是:分別進行海藻酸鈉、PEG和抗體修飾。海藻酸鈉經(jīng)過氯化鈣固化后，形成固化的海藻酸鈣。使用鈣離子螯合劑能夠使海藻酸鈣溶解，因此以海藻酸鈉為基底材料修飾芯片通道后，能夠?qū)崿F(xiàn)細胞釋放。采用四臂氨基修飾的PEG與海藻酸鈣(氯化鈣固化后的海藻酸鈉)的羧基進行反應(yīng)，具有三方面功能:1.使得海藻酸鈣交聯(lián)程度更高，提高海藻酸鈣的穩(wěn)定性，不易被其他鹽離子緩沖液溶解;2.降低海藻酸鈣非特異性吸附細胞;3.四臂氨基PEG能夠提供多余的氨基位點，有利于抗體蛋白的羧基與其反應(yīng)，實現(xiàn)共價抗體修飾。采用三層修飾(海藻酸鈉層、四臂氨基PEG層以及抗體層)方法，可以將抗體完全暴露在表面，有利于抗體與細胞表面抗原發(fā)生識別作用。
[0012]本實用新型的高效、高純度、可釋放捕獲腫瘤干細胞的微流控芯片的有益效果是:與現(xiàn)有的腫瘤干細胞篩分技術(shù)相比，主要有如下幾個優(yōu)點:
[0013]由于采用單向魚骨結(jié)構(gòu)設(shè)計，細胞必須經(jīng)過與通道表面作用，才能夠離開聚焦軌跡，進入斜槽進而被捕獲在斜槽中，因此經(jīng)過兩次篩選實現(xiàn)細胞捕獲，從而提高細胞捕獲純度；
[0014]由于采用魚骨結(jié)構(gòu)設(shè)計，斜槽結(jié)構(gòu)提高細胞接觸表面積，能夠?qū)崿F(xiàn)高效捕獲腫瘤干細胞；
[0015]由于采用海藻酸鈉作為基底材料進行修飾，能夠?qū)Σ东@的腫瘤干細胞實現(xiàn)釋放；
[0016]微流控芯片本身具有集成特點，當需要對大量腫瘤細胞進行篩選，從而捕獲更多的腫瘤干細胞時，可以增加微流控芯片通道的數(shù)量以及芯片的數(shù)量。
【附圖說明】
[0017]圖1微流控芯片示意圖，1-8指示芯片上八條主通道;a:進樣口；b:廢液池；
[0018]圖2單向魚骨結(jié)構(gòu)的俯視圖，所有魚骨朝向相同方向排列(如箭頭所示)；其中，W:通道寬度;hi和h2單向魚骨樣結(jié)構(gòu)長度;wl和w2魚骨寬度和間隔寬度;Θ:單向魚骨樣結(jié)構(gòu)與通道夾角；
[0019]圖3單向魚骨結(jié)構(gòu)的側(cè)面示意圖，a:通道底部;b:通道頂部;d:斜槽的深度;D通道的高度；
[0020]圖4沒有抗體修飾時，細胞呈現(xiàn)聚焦狀態(tài)的俯視圖；
[0021 ]圖5沒有抗體修飾時，細胞聚焦狀態(tài)的側(cè)視圖；
[0022]圖6發(fā)生抗原-抗體識別作用時，細胞進入通道頂部斜槽中，被捕獲的俯視圖；
[0023]圖7顯示細胞被捕獲在斜槽中的側(cè)視圖；
[0024]圖8通道修飾情況示意圖，a:通道表面;b:海藻酸鈣層;c:四臂氨基PEG層;d:蛋白層，蛋白層可以是抗體也可以是有一定功能的其他蛋白。
【具體實施方式】
[0025]下面結(jié)合附圖，對本實用新型的新型微流控芯片為實現(xiàn)高效、高純度、可釋放捕獲腫瘤干細胞所采取的技術(shù)方案的優(yōu)選方式做進一步說明:
[0026]首先采用目前常用的SU-8作為光刻膠，制作單向魚骨結(jié)構(gòu)微流控芯片模板。采用PDMS材料制作基于SU-8模板的具有單向魚骨結(jié)構(gòu)的微流控芯片。在圖1中，顯示制作的芯片示意圖。芯片具有一個進樣口和一個廢液池以及8個主通道。1-8通道中都具有，如圖2和3所示的單向魚骨結(jié)構(gòu)俯視圖和橫截面示意圖。單向魚骨結(jié)構(gòu)形狀由胃，111，112，￥1，￥2，0，D和d共同決定。這里采用優(yōu)選的結(jié)構(gòu)設(shè)計參數(shù)分別為1200微米，200微米，100微米，50微米，50微米，45度，50微米和50微米。由于該設(shè)計的單向魚骨結(jié)構(gòu)，引起微流體形成湍流運動。造成在未經(jīng)通道修飾前，細胞不與通道表面發(fā)生作用，細胞以聚焦形式通過通道，如圖4和5所示示意圖。經(jīng)修飾后，細胞與通道表面發(fā)生相互作用時，細胞偏離聚焦軌道進入形成的魚骨斜槽中，如圖6和7所示示意圖。進一步，對通道進行抗體修飾。采用17mg/ml海藻酸鈉溶液灌注通道，然后使用MES緩沖液沖洗，最后采用1%的CaCl2溶液使其固化，在通道表明形成一薄層海藻酸鈣。采用NHS/EDC催化體系，將具有四臂氨基的PEG與海藻酸鈣羧基反應(yīng)形成酰胺鍵。最后，可將欲修飾抗體直接利用NHS/EDC催化體系修飾在通道表面，如圖8所示?；蚴抢肗HS/EDC體系，修飾親和素。由于親和素可以與生物素修飾的抗體結(jié)合，能夠有序的將抗體識別位點暴露，有利于腫瘤干細胞表面抗原和通道表面修飾的抗體發(fā)生相互作用。進行腫瘤干細胞捕獲時，采用優(yōu)化流速0.0176m/s，修飾通道表面抗體為CD133抗體。
【主權(quán)項】
1.一種用于腫瘤干細胞捕獲和釋放的微流控芯片，其特征在于:該微流控芯片由進樣口、廢液池、通道構(gòu)成;進樣口通過通道與廢液池相連;通道中具有單向魚骨樣結(jié)構(gòu)。2.按照權(quán)利要求1所述用于腫瘤干細胞捕獲和釋放的微流控芯片，其特征在于:所述通道的個數(shù)為8個。3.按照權(quán)利要求1所述用于腫瘤干細胞捕獲和釋放的微流控芯片，其特征在于:所述單向魚骨樣結(jié)構(gòu)的長度為從10微米到100微米。4.按照權(quán)利要求1所述用于腫瘤干細胞捕獲和釋放的微流控芯片，其特征在于:所述單向魚骨樣結(jié)構(gòu)與通道夾角為從30度到60度。5.按照權(quán)利要求1所述用于腫瘤干細胞捕獲和釋放的微流控芯片，其特征在于:所述單向魚骨樣結(jié)構(gòu)的深度從10微米到100微米。
【專利摘要】本實用新型公開了一種用于腫瘤干細胞捕獲和釋放的微流控芯片，該微流控芯片由進樣口、廢液池、通道構(gòu)成；進樣口通過通道與廢液池相連；通道中具有單向魚骨樣結(jié)構(gòu)。
【IPC分類】G01N35/00
【公開號】CN205246680
【申請?zhí)枴緾N201521004784
【發(fā)明人】徐濤, 陳小梅
【申請人】遼寧醫(yī)學(xué)院
【公開日】2016年5月18日
【申請日】2015年12月7日