[发明专利]用于选择性富集目标颗粒或细胞的流通池

说明书

本发明涉及微流体领域。特别地，本发明涉及一种用于从流体选择性富集目标颗粒或细胞的新颖流通池。流通池展现出新颖的设计，其大大地改进目标颗粒或细胞产量。本发明还提供一种微流体装置，该微流体装置包括根据本发明的流通池。在另一方面，本发明涉及用于从流体样品分离目标颗粒或细胞的本发明的流通池或微流体装置的使用。最后，本发明涉及一种用于使用本发明的流通池来从流体选择性富集目标颗粒或细胞的方法。

技术领域

本发明涉及微流体领域。特别地，本发明涉及一种用于从流体选择性富集目标颗粒或细胞的新颖流通池。流通池展现出新颖的设计，其大大地改进目标颗粒或细胞产量。本发明还提供一种微流体装置，该微流体装置包括根据本发明的流通池。在另一方面，本发明涉及用于从流体样品分离目标颗粒或细胞的本发明的流通池或微流体装置的使用。最后，本发明涉及一种用于使用本发明的流通池来从流体选择性富集目标颗粒或细胞的方法。

背景技术

在不同的实际领域中，可靠地检测液体中稀有细胞是重要的。例如，检测和量化饮用水中的致病细菌极度重要。另一示例是血中循环肿瘤细胞(CTC)的检测，其成为了监测和控制肿瘤疾病领域的重要工具。从原发肿瘤扩散且循环到血中的肿瘤细胞对罹患癌症(诸如乳腺癌)的患者构成高风险，因为这些细胞可形成转移瘤。因此，血中循环肿瘤细胞的检测对于确定癌症诊断后的预后、评估转移的风险以及治疗监测是重要的。

然而，因为血中这些细胞的浓度极其低使得细胞的初步富集或分离成为必要，检测CTC在技术上有挑战性。同时，建立了用于从血分离CTC的用于分离和富集的若干免疫细胞化学方法。例如，用相对于肿瘤特异性细胞表面抗原的抗体衍生的磁性颗粒用来从血样分离肿瘤细胞或肿瘤细胞群集。然而，所建立的系统选择性不足，且因此通常展现出非特异性细胞结合。此外，本领域中已知的系统是昂贵的，且它们的使用通常是耗时的。

除免疫细胞化学富集方法之外，所谓的微流体系统开发用于检测流体中的颗粒或细胞。这些系统包括具有微通道的玻璃或聚合物流通池，微通道蚀刻或模制到流通池材料中。引导包含受关注的颗粒或细胞的流体通过通道，且已由对颗粒或细胞展现出特异性的分子衍生的表面捕获。然而，已发现，当引导通过微流体流通池或装置时，细胞遵循流线，分子在整个流动通道中的扩散最小。所导致的缺乏混合减小细胞或颗粒与衍生捕获表面之间相互作用的次数，从而导致低捕获效率。因此，流体的层流单轴流的有效混合对于分离流通系统中的颗粒或细胞是必需的。混合提供颗粒或细胞与流通池表面之间的改进接触。

为了该目的，流通池中的微通道通常配备有干扰直流的屏障元件，从而产生流动翻转。例如，开发包括微柱的微流体系统，其引起层流的限定偏转。所谓的“CTC芯片”(Nagrath等，2007年)使用约78000个微柱，该微柱干扰层流且同时相当大地扩展芯片的表面。CTC芯片的表面通过抗EpCAM抗体来化学功能化，以在与表面接触时捕获肿瘤细胞。该系统可以以1-2ml/h的最大流率操作，且达到60-65%的捕获效率。

同样，Sheng等(2012年)使用微流控系统，其包括每个通道约59000个柱。代替上文提到的抗体，将固定化的肿瘤细胞特异性适体涂覆在微柱上，即与肿瘤细胞表面结构结合的单链DNA寡核苷酸。在40μm高度的微通道中使用该系统，其中全血样品具有600nl/s的流率，实现了95%的肿瘤细胞的捕获效率。在28分钟内处理1ml全血。在包括微柱的系统中，借助于光学检测系统对捕获的颗粒或细胞的后续检测是困难的，因为它为三维系统，且不存在相同焦点水平上的细胞。

除上文提到的微柱之外，还使用所谓的鱼骨结构，例如在“人字形芯片”中(Stott等，2010年)。该芯片包括八个微通道，该微通道在它们的表面上包含鱼骨结构。通道的所有内壁涂覆有抗EpCAM抗体。根据作者的意思，鱼骨结构在层流中引起涡旋，这增加系统中细胞表面的相互作用。然而，在该小型化程度的微流体系统中，由于水性系统中的雷诺数低，不能发生涡旋，使得这些系统中的流实际上是层流。使用1.2ml/h的流率以该芯片实现对于肿瘤细胞系PC-3的91.8%±5.2%(n=6)的捕获效率。