[发明专利]一种基于微结构的细胞捕获芯片及制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种基于微结构的细胞捕获芯片及其制备方法和应用，该芯片由双层结构组成，包括：上层液路通道结构和下层捕获微通道结构，上层液路通道结构包括细胞溶液入口、细胞溶液出口和液体通道；下层捕获微通道结构上设置有细胞捕获组件，其有不同尺寸及形状的微型通道沿边缘相互平行交错组成，液体通道中部与细胞捕获组件通过对准键合方法形成10±5μm的单个或多个封闭微结构。制作方法包括上层液路通道结构和下层捕获微通道结构制作和对准键合程序。应用方法包括表面修饰、细胞捕获、固定及染色。该芯片采用常规的芯片制作方法，实现对单个及多个细胞的捕获和释放，同时可集成微电极对捕获细胞进行实时监测。

技术领域

本发明属于生物技术领域，具体涉及一种基于微结构的细胞捕获芯片及制备方法和应用。

背景技术

进入21世纪，癌症已经成为影响人类健康的头号大敌，因为，它是目前最常见的致死因素。通常，这些疾病在早期时，大多无明显症状，难以发现，而等到身体已经出现明显不适再进行检查，往往癌症已经发展到了中晚期，这时已经错过了最佳治疗时机，基本上已经不可能完全治愈。研究表明,人体外周血液中癌症细胞的数量、种类和特性可以作为癌症的重要标志物,如果能够快速捕获血液中癌症细胞意味着有希望在早期发现癌症并改变护理治疗。目前,常见癌症检测的方法是X光、B超和CT等，还有就是直接手术或是做病变组织的穿刺活检，但很难进行早期诊断，且对人体有较大伤害。

近些年发展起来的微流控技术或芯片实验室技术为细胞操控及分析提供了新的发展思路。基于微尺度下不同的物理化学原理，科学家已发展出具有各种功能和不同应用的微流控细胞芯片。作为细胞后续分析及研究的基本前提，细胞的分离和捕获，尤其是单细胞尺度上，几乎在所有微流控细胞分析装置中都是重要一环。目前，用于芯片上细胞分离和捕获的手段涉及光、电、声、磁、流体力学、机械加工以及化学方法等众多领域。光学手段是激光光镊技术与芯片技术的结合，利用了多数芯片如玻璃、PDMS及其他高分子材料的透明特性，它可实现单细胞捕获和操控，但其涉及仪器复杂，操控单一，限制较多。电学方法是与微流控芯片最成功的结合手段，不仅有利于仪器集成，且有多种作用方式，如电渗、电泳、介电电泳(nDEP,pDEP)等方式，不仅可进行群体细胞的捕获和分离，还可实现单细胞捕获。但是这种方式往往需要在芯片上集成精细电极，需要复杂的电源控制；另外，电压对细胞活性及溶液体系都有不利的影响。声学和磁学是新兴的非接触式细胞控制手段，但其控制效果有限，很难实现单细胞捕获和操控。微机械加工技术结合流体力学控制用于整体及单个细胞样本的捕获是目前最有效的细胞固定方式。这种技术往往通过加工尺寸与细胞相匹配的微井、微孔、微坝、微狭缝及微管道等几何陷阱或障碍来捕获细胞，不仅可形成开放阵列体系，还可以在微通道中实现对细胞的控制。这种方法无需其他控制手段和仪器，对细胞无损伤，可兼容其他分析或控制方法，可在单细胞尺度上研究其刺激响应、相互作用以及迁移、分化、凋亡等生理过程，尤其适用于对悬浮细胞进行研究。其缺点是对微加工技术要求较高，在普通化学实验室中难以实现。

因此，探寻一种简单通用的，采用常规加工手段即可实现的芯片制作方法，及在普通实验室中即可实现的高效率、高分辨率的细胞捕获方法具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于避免昂贵设备及精细未加工手段的使用，而提供一种制作简单的、高效通用的微流控细胞捕获方法，用于拓展普通实验室中对细胞进行研究的有效手段。

一种基于微结构的细胞捕获芯片，由双层结构组成包括：上层液路通道结构和下层捕获微通道结构，上层液路通道结构包括细胞溶液入口、细胞溶液出口和液体通道；下层捕获微通道结构上设置有细胞捕获组件，其有不同尺寸及形状的微型通道沿边缘相互平行交错组成，液体通道中部与细胞捕获组件通过对准键合方法形成10±5μm的单个或多个封闭微结构，该微结构用于阻挡细胞形成对有限数量细胞的可控捕获。

上述的基于微结构的细胞捕获芯片，所述的通道微结构可以通过通道光刻胶两次曝光的方法及对准键合方法制得。