一种用于循环肿瘤细胞捕获与检测的太赫兹器件制造技术

本公开揭示了一种用于循环肿瘤细胞捕获与检测的太赫兹器件，包括：二氧化硅基底、涂覆于所述二氧化硅基底上的石墨烯薄膜；所述石墨烯薄膜上刻蚀有多个环状纳米间隙，所述多个环状纳米间隙呈阵列式排列，构成周期性环状纳米间隙阵列；每个环状纳米间隙的环状区域为捕获及检测区域，用于对循环肿瘤细胞进行捕获以及用于对被捕获的循环肿瘤细胞进行检测。本公开利用石墨烯同轴孔构成太赫兹等离激元镊实现对肿瘤细胞的近场捕获，同时结合石墨烯可调谐的光学特性以迎合不同尺寸、不同折射率的肿瘤细胞对捕获性能的要求，实现对循环肿瘤细胞的特异性捕获。

【技术实现步骤摘要】
一种用于循环肿瘤细胞捕获与检测的太赫兹器件
本公开涉及一种太赫兹器件，具体涉及一种用于循环肿瘤细胞捕获与检测的太赫兹器件及其制备方法。
技术介绍
癌症作为全球性公共卫生问题，极大地危害着人类生命健康。值得注意的是，初诊时大量癌症患者已经发生了肿瘤远端转移，从而错失了最佳的治疗时期，因此，癌症的早期诊断对于延长患者生命具有重要意义。目前，临床上对于癌症的检测主要包括影像学和病理学检测，然而，影像学信息的滞后性，导致影像学检测无法进行早期的检测和诊断；基于病理学的组织活检技术具有诊断准确等优点，但存在创伤性大、取样困难、取样窗口期有限以及可能增加转移风险等局限，对癌症的早期诊断、转移及预后评估等作用也十分有限。液体活检是一种新兴的无创检测技术，通过采集患者体液(包括血液、唾液、汗液及分泌物等)对体内的恶性肿瘤进行监测，已成为癌症领域个体化精准诊断的一个研究热点。目前研究较多的血液标志物包括：微小RNA、循环肿瘤DNA以及循环肿瘤细胞。其中，循环肿瘤细胞是自发或在治疗途中从原发病灶肿瘤上脱落下来进入外周血的细胞，并随着血液循环进入其它组织和器官，生长成新的肿瘤组织。如果血液中存在循环肿瘤细胞，就表明体内存在肿瘤且可能已发生转移，而肿瘤转移往往是导致癌症患者死亡率高的主要因素。因此，循环肿瘤细胞已成为实时监控肿瘤动态发展的重要标志物，其数量和类型可有效用于癌症的早期诊断、治疗与预后评估。然而，循环肿瘤细胞在血液中含量极低，仅占全部血细胞的百万分之一，这就要求所用检测技术能高效、准确地从大量细胞中分离并检测出极少的目标细胞。基于太赫兹波等离子体共振传感器的检测技术有望解决循环肿瘤细胞的检测难题，太赫兹等离子体共振传感器对于周围环境折射率的变化十分敏感，折射率是介质固有的属性，不同种类的介质都具有不同的折射率，因此任何一种附着在等离子体共振传感器结构上的介质在传输特性上都对应不同的共振频率，从而能够实现对不同介质的检测。目前，太赫兹等离子共振传感器已被广泛应用各类细胞、生物分子和病毒的传感与检测。太赫兹波是指频率范围为0.1～10THz的电磁波，由于太赫兹波光子能量远小于X射线能量，不会对生物大分子、生物细胞和组织等产生有害电离，完美契合了循环肿瘤细胞液体活检的要求。此外，脂质、核酸、蛋白和糖类等生物大分子的旋转及振动频率恰好处于THz波段，在太赫兹波能激发下可有效产生共振吸收从而提供特异的特征识别指纹谱，因此太赫兹波在无损、无标记传感以及癌症检测领域具有巨大的应用潜力。目前，循环肿瘤细胞检测技术常常采用传统基于物理性质的肿瘤细胞分离富集技术，该技术主要依据癌细胞与正常血细胞在尺寸方面的差异对癌细胞进行分离，循环肿瘤细胞(10～30μm)和白细胞(8～10μm)以及红细胞(＜7μm)。该方法具有操作简单、能较好保持细胞完整性和活性等优点，但存在特异性差、易遗失特定尺寸以外的肿瘤细胞等缺点，难以实现对循环肿瘤细胞的高效、特异性分离富集。此外，由贵金属作为等离子体材料构成的太赫兹等离子体共振传感器存在灵敏度有限、不可调谐等问题，难以满足对不同种类微量循环肿瘤细胞的高灵敏度检测要求。
技术实现思路
针对现有技术中的不足，本公开的目的在于提供一种用于循环肿瘤细胞捕获与检测的太赫兹器件，利用石墨烯同轴孔构成太赫兹等离激元镊实现对肿瘤细胞的近场捕获，同时结合石墨烯可调谐的光学特性以迎合不同尺寸、不同折射率的肿瘤细胞对捕获性能的要求，实现对循环肿瘤细胞的特异性捕获。此外，利用石墨烯在太赫兹波频段显著的等离子体增强效应、多层石墨烯的疏水特性以及石墨烯的可调谐性，从而提高电磁波与物质的相互作用进而实现对不同种类循环肿瘤细胞的高灵敏度检测。为实现上述目的，本公开提供以下技术方案：一种用于循环肿瘤细胞捕获与检测的太赫兹器件，包括：二氧化硅基底、涂覆于所述二氧化硅基底上的石墨烯薄膜；所述石墨烯薄膜上刻蚀有多个环状纳米间隙，所述多个环状纳米间隙呈阵列式排列，构成周期性环状纳米间隙阵列；每个环状纳米间隙的环状区域为捕获及检测区域，用于对循环肿瘤细胞进行捕获以及用于对被捕获的循环肿瘤细胞进行检测。优选的，所述周期性环状纳米间隙阵列通过将太赫兹波局域在所述捕获区域内以获得近场捕获力。优选的，所述对被捕获的循环肿瘤细胞进行检测是通过检测太赫兹器件的共振频率的移动量进行的。优选的，所述周期性环状纳米间隙阵列的周期为2-20μm。优选的，每个环状纳米间隙的内径为1-10μm。优选的，每个环状纳米间隙的间隙宽度为1-200μm。本公开还提供一种基于太赫兹波的传感器的制备方法，包括如下步骤：S100：通过化学气相沉积在二氧化硅基底上生成石墨烯薄膜；S200：在所述石墨烯薄膜上通过聚焦离子束刻蚀形成多个环状纳米间隙。优选的，所述多个环状纳米间隙呈阵列式排列，构成周期性环状纳米间隙阵列。优选的，所述周期性环状纳米间隙阵列的周期为2-20μm。优选的，每个环状纳米间隙内径为1-10μm。与现有技术相比，本公开带来的有益效果为：1、提出了一种新的循环肿瘤细胞分离捕获技术——基于太赫兹等离激元镊的循环肿瘤细胞捕获技术，通过结合石墨烯可调谐的光学特性实现对循环肿瘤细胞的特异性无损捕获，相比于传统的循环肿瘤细胞分离技术，具有操作简便且特异性高等优点；2、提出了一种新的循环肿瘤细胞富集技术——基于多层石墨烯的循环肿瘤细胞富集技术，利用多层石墨烯表面的疏水特性，可间接提高血液中循环肿瘤细胞的浓度，实现提高循环肿瘤细胞的富集效果及检测灵敏度；3、提出了一种新的太赫兹等离子体共振传感器——基于石墨烯的太赫兹等离子体共振传感器，相比于传统由贵金属构成等离子体共振传感器，具有结构简单、可调谐以及灵敏度高等优点，可实现对不同种类微量循环肿瘤细胞的高灵敏度检测。附图说明图1是本公开一个实施例提供的一种用于循环肿瘤细胞捕获与检测的太赫兹器件的结构示意图；图2是本公开一个实施例提供的一种用于循环肿瘤细胞捕获与检测的太赫兹器件的俯视图；图3是本公开一个实施例提供的一种用于循环肿瘤细胞捕获与检测的太赫兹器件中单个石墨烯同轴孔示意图；图4(a)和图4(b)分别是血液滴在石墨烯薄膜和贵金属薄膜表面的形状示意图；图5是本公开一个实施例提供的循环肿瘤细胞被捕获于纳米间隙处的示意图；图6是本公开另一个实施例提供的一种基于太赫兹波的传感器的反射率曲线示意图。具体实施方式下面将参照附图1至附图6详细地描述本公开的具体实施例。虽然附图中显示了本公开的具体实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。需要说明的是，在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可以理解，技术人员可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于循环肿瘤细胞捕获与检测的太赫兹器件，包括：二氧化硅基底、涂覆于所述二氧化硅基底上的石墨烯薄膜；/n所述石墨烯薄膜上刻蚀有多个环状纳米间隙，所述多个环状纳米间隙呈阵列式排列，构成周期性环状纳米间隙阵列；/n每个环状纳米间隙的环状区域为捕获及检测区域，用于对循环肿瘤细胞进行捕获以及用于对被捕获的循环肿瘤细胞进行检测。/n

【技术特征摘要】
1.一种用于循环肿瘤细胞捕获与检测的太赫兹器件，包括：二氧化硅基底、涂覆于所述二氧化硅基底上的石墨烯薄膜；
所述石墨烯薄膜上刻蚀有多个环状纳米间隙，所述多个环状纳米间隙呈阵列式排列，构成周期性环状纳米间隙阵列；
每个环状纳米间隙的环状区域为捕获及检测区域，用于对循环肿瘤细胞进行捕获以及用于对被捕获的循环肿瘤细胞进行检测。


2.根据权利要求1所述的太赫兹器件，其中，优选的，所述周期性环状纳米间隙阵列通过将太赫兹波局域在所述捕获区域内以获得近场捕获力。


3.根据权利要求1所的太赫兹器件，其中，所述对被捕获的循环肿瘤细胞进行检测是通过检测太赫兹器件的共振频率移动量进行的。


4.根据权利要求1所的太赫兹器件，其中，所述周期性环状纳米间隙阵列的周期为2-20μm。

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【专利技术属性】
技术研发人员：张留洋，沈忠磊，陈雪峰，徐亚飞，韩东海，王中兴，李胜男，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61