一种集循环肿瘤细胞捕获、裂解与核酸检测于一体的微流控芯片及其装置以及方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种集循环肿瘤细胞捕获、裂解与核酸检测于一体的微流控芯片及其装置以及方法。微流控芯片由玻璃基底层和聚二甲基硅氧烷芯片层贴合而成，聚二甲基硅氧烷芯片层包括：循环肿瘤细胞捕获区；核酸检测区，包括：具有弹性侧壁的进样通道，微腔阵列区以及出样口；以及阀门控制区，包括：分别布置于进样通道两侧的T形管道结构，该结构包括相对进样通道平行延伸的第一管道，以及相对进样通道垂直延伸的第二管道，第二管道与一供气机构连接，通过控制供气机构的启闭，实现进样通道的闭合和开启。根据本发明专利技术，提供了一种高通量，低成本，高灵敏度，操作简便，耗时短的集循环肿瘤细胞捕获、裂解与核酸检测于一体的微流控芯片及其装置以及方法。

A microfluidic chip integrated with capture, lysis and nucleic acid detection of circulating tumor cells and its device and method

The invention provides a microfluidic chip which integrates the capture, lysis and nucleic acid detection of circulating tumor cells, a device and a method thereof. The microfluidic chip is composed of a glass substrate layer and a polydimethylsiloxane chip layer. The polydimethylsiloxane chip layer includes a circulating tumor cell capture area, a nucleic acid detection area, including an injection channel with an elastic side wall, a microcavity array area and a sample outlet, and a valve control area, including a T-shaped tube structure arranged on both sides of the injection channel, which includes a circular tumor cell capture area, a nucleic acid detection area and a valve control area. Relative to the first pipeline extending parallel to the injection channel and the second pipeline extending vertically to the relative injection channel, the second pipeline is connected with a gas supply mechanism. By controlling the opening and closing of the gas supply mechanism, the closing and opening of the injection channel can be realized. According to the invention, a microfluidic chip with high throughput, low cost, high sensitivity, simple operation and short time-consuming, which integrates the capture, lysis and nucleic acid detection of circulating tumor cells, and its device and method are provided.

【技术实现步骤摘要】
一种集循环肿瘤细胞捕获、裂解与核酸检测于一体的微流控芯片及其装置以及方法
本专利技术涉及微流控领域，更具体地涉及一种集循环肿瘤细胞捕获、裂解与核酸检测于一体的微流控芯片及其装置以及方法。
技术介绍
在世界范围内，癌症发病率长期以来居高不下，而且是肿瘤患者死亡的主要原因。国内亦然，无论乡村城市、无论男女，癌症仍旧是死亡率极高的疾病之一，成为影响社会公众健康的重大问题。而对抗癌症的关键就是对原发癌症的早期诊断和治疗。循环肿瘤细胞(CTCs)是从肿瘤原发病灶脱落并侵入外周血循环的肿瘤细胞，由于CTCs与癌症的发展转移密切相关，且CTC中除含有类似于原发组织的遗传物质外，在播散过程中还会获得其他的额外遗传信息，因而，分子水平变化可以为个体化疾病诊疗提供依据，CTC的分子基因分析有望监测疾病治疗过程中肿瘤基因型变化，从而为癌症病人药物调整提供依据。但外周血中的CTC含量较为稀少，通常在约1亿个白细胞和500亿个红细胞中仅有数个肿瘤细胞，因此，需要首先要对CTCs进行富集，然后再对其分子特征进行分析。近年来，微流控芯片凭借其通道尺寸与细胞大小相当、集成度高等优势，成为CTCs检测的可靠的平台。它可以将细胞的捕获、裂解、核酸检测等操作集中在一块小芯片上，用以实现常规生物实验室的各种功能，具有体积小、消耗试剂少、反应迅速等优点。目前，已有很多基于微流控的方法检测循环肿瘤细胞，但多是分别实现对细胞的单独捕获和裂解分析，较少实现将循环肿瘤细胞的捕获、裂解和核酸检测集于一体的微流控芯片。专利文献1(CN103732731A)：用于高通量分析的微流控细胞捕获和分析设备，设计了一种可以对定量的单细胞进行遗传分析的微流控芯片，但此芯片在设计上不能确保实现对血液中稀少的循环肿瘤细胞的捕获及分析。专利文献2(CN102360010A):一种全血肿瘤细胞捕获集成微流控芯片，设计了一款可以实现全血肿瘤细胞捕获和裂解的微流控芯片，但是它只是实现了癌细胞的捕获，不能对癌细胞核酸进行分析检测。目前已经公开的技术中，涉及对CTCs的捕获、裂解和核酸检测于一体的文献资料少之又少，有必要提供一种能够实现对CTCs的捕获、裂解及核酸检测的集成微流控芯片。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种集循环肿瘤细胞捕获、裂解与核酸检测于一体的微流控芯片及其装置以及方法，从而解决现有技术不能同时实现循环肿瘤细胞的捕获、裂解和核酸检测，因而导致过程繁琐，成本较高的缺陷的问题。为了解决上述技术问题，本专利技术采用以下技术方案：根据本专利技术的第一方面，提供一种集循环肿瘤细胞捕获、裂解与核酸检测于一体的微流控芯片，所述微流控芯片由玻璃基底层和聚二甲基硅氧烷芯片层贴合而成，所述聚二甲基硅氧烷芯片层包括：循环肿瘤细胞捕获区，包括：细胞捕获进样口；由柱子阵列形成的第一团块过滤区域；目标细胞筛选区域，包括彼此平行间隔延伸的若干主管道和侧管道，所述主管道和侧管道之间通过过滤通道连通，所述主管道和侧管道分别具有大于循环肿瘤细胞尺寸的第一高度，所述过滤通道具有小于循环肿瘤细胞尺寸的第二高度；以及细胞捕获出样口；所述聚二甲基硅氧烷芯片层还包括：核酸检测区，包括：与所述细胞捕获出样口连接的进样通道，所述进样通道具有弹性侧壁；由若干微腔组成的微腔阵列区；以及核酸检测出样口；以及连接所述循环肿瘤细胞捕获区和所述核酸检测区的阀门控制区，包括：分别布置于所述进样通道两侧的T形管道结构，所述T形管道结构包括相对所述进样通道平行延伸的第一管道，以及相对所述进样通道垂直延伸的第二管道，所述第二管道与一供气机构连接，通过控制供气机构的启闭，实现进样通道的闭合和开启。根据本专利技术提供的微流控芯片，循环肿瘤细胞捕获区和核酸检测区均没有太多的改进，而主要改进的专利技术点即在于，在循环肿瘤细胞捕获区和核酸检测区之间提供一阀门控制区，用于控制连接循环肿瘤细胞捕获区和核酸检测区的进样通道的开闭。该阀门控制区的工作原理为：通过外接的供气机构加压控制T形管道结构使进样通道的弹性侧壁发生偏转，进而使得进样通道闭合；相反，关闭供气机构，T形管道结构不对进样通道施加任何压力，进样通道开启。优选地，T形管道结构的第一管道距离进样通道的距离为10～20μm，第二管道的宽度为40～60μm，最优选地，T形管道结构的第一管道距离进样通道的距离为15μm，第二管道的宽度为50μm，通过供气机构，可选地，提供氮气施加一定的压力控制进样通道，使进样通道的弹性侧壁发生偏转，即可关闭该进样通道，从而使细胞不能通过进样通道，阀门控制区连接CTCs捕获区和核酸检测区。根据本专利技术提供的微流控芯片，循环肿瘤细胞捕获区的所有结构特征基本与ZL201610398852X类似，区别在于细胞捕获进样口处去除了最前端的分流结构，只留与细胞捕获出样口相同的分支以减少流阻。并且，优选地，进出样口结构完全相同，均有六边形柱子细胞团过滤区域，即，所述循环肿瘤细胞捕获区的目标细胞筛选区域与细胞捕获出样口之间设有与所述第一团块过滤区域对应的第二团块过滤区域，以使整个所述循环肿瘤细胞捕获区构成为轴对称结构，使得后续细胞核酸和PCR反应液可在相同的条件下进入两侧的核酸检测区。其中，主管道和侧管道之间通过过滤管道连通，主管道的前端敞开供溶液进入，侧管道前端封闭，末端敞开供废液流出，其中，主管道和侧管道分别具有第一高度，过滤通道具有第二高度，第一高度大于循环肿瘤细胞的尺寸，第二高度小于循环肿瘤细胞的尺寸。根据本专利技术提供的循环肿瘤细胞捕获区的主管道、侧管道以及过滤管道的数量可以根据实际需求改变，高度是根据目标细胞和其他细胞的尺寸大小差异优化而来的，也可以根据实际需要改变。尺寸大的循环肿瘤细胞被过滤管道的高度拦截，尺寸小的白细胞和红细胞能够通过过滤通道到达侧通道，从而从出样口流出。本专利技术创造性地采用高度来筛选细胞，使得模具工艺对精度要求低，制作成本低，步骤简单易行。所述第一高度为40～60μm，最优选为50μm，第二高度为8～15μm，最优选为10μm，且过滤通道内设有用于支撑的圆形柱子。所述第一、第二团块过滤区域优选地包括自细胞捕获进样口依次排列的初级团块过滤区域和次级团块过滤区域，初级团块过滤区的六边形柱子间的最小间距为50μm～60μm，大于次级团块过滤区域的六边形柱子间的最小间距15μm～25μm，该团块过滤区域只允许单细胞通过，细胞团块和杂质会被拦截，从而避免芯片CTCs捕获区堵塞。根据本专利技术提供的微流控芯片，优选地，所述聚二甲基硅氧烷芯片层包括两个核酸检测区，所述两个核酸检测区对称布置于循环肿瘤细胞捕获区的两侧，并分别与细胞捕获进样口和细胞捕获出样口连接。相应地，所述聚二甲基硅氧烷芯片层包括两个阀门控制区。正如前面所述，根据本专利技术提供的微流控芯片，核酸检测区大致与现有技术中公开的结构类似，但是本专利技术中核酸检测区的改进之一在于，所述核酸检测区中的微腔阵列区包括若干平行排列的矩形微通道，以及在所述矩形微通道的两侧与其连通的若干微腔，与现有技术中所述微腔与矩形微通道之间成90°直角不同，所述微腔与矩形微通道之间优选地成30°～60°的锐角。在该角度设计下，通过离心操作使得核酸及PCR反应液相比90°直角的机构设计更容易进入微腔。最优选地，所述微腔与矩形微通道之间成45°的锐角。根据本本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种集循环肿瘤细胞捕获、裂解与核酸检测于一体的微流控芯片，所述微流控芯片由玻璃基底层和聚二甲基硅氧烷芯片层贴合而成，所述聚二甲基硅氧烷芯片层包括：循环肿瘤细胞捕获区，包括：细胞捕获进样口；由柱子阵列形成的第一团块过滤区域；目标细胞筛选区域，包括彼此平行间隔延伸的若干主管道和侧管道，所述主管道和侧管道之间通过过滤通道连通，所述主管道和侧管道分别具有大于循环肿瘤细胞尺寸的第一高度，所述过滤通道具有小于循环肿瘤细胞尺寸的第二高度；以及细胞捕获出样口；其特征在于，所述聚二甲基硅氧烷芯片层还包括：核酸检测区，包括：与所述细胞捕获出样口连接的进样通道，所述进样通道具有弹性侧壁；由若干微腔组成的微腔阵列区；以及核酸检测出样口；以及连接所述循环肿瘤细胞捕获区和所述核酸检测区的阀门控制区，包括：分别布置于所述进样通道两侧的T形管道结构，所述T形管道结构包括相对所述进样通道平行延伸的第一管道，以及相对所述进样通道垂直延伸的第二管道，所述第二管道与一供气机构连接，通过控制供气机构的启闭，实现进样通道的闭合和开启。

【技术特征摘要】
1.一种集循环肿瘤细胞捕获、裂解与核酸检测于一体的微流控芯片，所述微流控芯片由玻璃基底层和聚二甲基硅氧烷芯片层贴合而成，所述聚二甲基硅氧烷芯片层包括：循环肿瘤细胞捕获区，包括：细胞捕获进样口；由柱子阵列形成的第一团块过滤区域；目标细胞筛选区域，包括彼此平行间隔延伸的若干主管道和侧管道，所述主管道和侧管道之间通过过滤通道连通，所述主管道和侧管道分别具有大于循环肿瘤细胞尺寸的第一高度，所述过滤通道具有小于循环肿瘤细胞尺寸的第二高度；以及细胞捕获出样口；其特征在于，所述聚二甲基硅氧烷芯片层还包括：核酸检测区，包括：与所述细胞捕获出样口连接的进样通道，所述进样通道具有弹性侧壁；由若干微腔组成的微腔阵列区；以及核酸检测出样口；以及连接所述循环肿瘤细胞捕获区和所述核酸检测区的阀门控制区，包括：分别布置于所述进样通道两侧的T形管道结构，所述T形管道结构包括相对所述进样通道平行延伸的第一管道，以及相对所述进样通道垂直延伸的第二管道，所述第二管道与一供气机构连接，通过控制供气机构的启闭，实现进样通道的闭合和开启。2.根据权利要求1所述的微流控芯片，其特征在于，所述T形管道结构的第一管道距离进样通道的距离为10～20μm，第二管道的宽度为40～60μm。3.根据权利要求1所述的微流控芯片，其特征在于，所述循环肿瘤细胞捕获区的目标细胞筛选区域与细胞捕获出样口之间还设有与所述第一团块过滤区域对应的第二团块过滤区域，以使整个所述循环肿瘤细胞捕获区构成为轴对称结构。4.根据权利要求1所述的微流控芯片，其特征在于，所述核酸检测区中的微腔阵列区包括若干平行排列的矩形微通道，以及在所述矩形微通道的两侧与其连通的若干微腔，所述微腔与矩形微通道之间成30°～60°的锐角。5.根据权利要求1所述的微流控芯片，其特征在于，所述聚二甲基硅氧烷芯片层包括两个核酸检测区以及两个阀门控制...

【专利技术属性】
技术研发人员：贾春平，王艳敏，郜晚蕾，金鎏，赵辉，齐同，周洪波，赵建龙，
申请(专利权)人：中国科学院上海微系统与信息技术研究所，
类型：发明
国别省市：上海,31