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1、(10)授权公告号 CN 202912940 U (45)授权公告日 2013.05.01 CN 202912940 U *CN202912940U* (21)申请号 201220176219.3 (22)申请日 2012.04.24 C12M 1/00(2006.01) C12M 1/36(2006.01) (73)专利权人 武汉介观生物科技有限责任公司 地址 430075 湖北省武汉市东湖高新区高新 大道 666 号 (72)发明人 李俊君 石剑 尤东 汪莉 陈勇 (74)专利代理机构 武汉凌达知识产权事务所 ( 特殊普通合伙 ) 42221 代理人 宋国荣 (54) 实用新型名称 高效稀。
2、有细胞捕获集成芯片 (57) 摘要 本实用新型涉及高效稀有细胞捕获集成芯 片， 适用于血液中内皮前驱细胞以及循环肿瘤细 胞的捕获及与之相关的体外早期诊断、 化疗药物 评估、 肿瘤复发监测及药物开发等。该集成芯片 包括基体和基片 ； 基体上设置有样品通道和进出 口、 缓冲液通道和出入口 ； 缓冲液通道中部有与 样品通道汇合的、 具有细胞捕获组件和流体控制 组件的通道交汇腔。本实用新型优点是 ： 解决了 在细胞捕获过程中细胞堵塞问题， 同时能在短的 通道中实现迅速、 高效、 可靠地细胞捕获和检测， 芯片集成化程度高、 结构灵巧、 成本低。 (51)Int.Cl. (ESM)同样的发明创造已同日申请。
3、发明专利 权利要求书 1 页 说明书 4 页 附图 5 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)实用新型专利 权利要求书1页 说明书4页 附图5页 (10)授权公告号 CN 202912940 U CN 202912940 U *CN202912940U* 1/1 页 2 1. 一种高效稀有细胞捕获集成芯片， 其特征在于， 它包括一个基体 （1） 和一个与基体 （1） 平面吻合并密封固定连接的基片 （2） ； 所述基体 （1） 一端上设置的样品入口 （3） 通过样 品通道 （5） 与另一端的样品出口 （9） 联通 ； 样品通道 （5） 两侧各有一条缓冲液通道 （6） ； 该 缓冲液通。
4、道 （6） 一端有缓冲液入口 （4） ， 另一端有缓冲液出口 （10） ； 所述的两条缓冲液通道 （6） 中部与样品通道 （5） 汇合， 形成一个通道交汇腔 （M） ； 该通道交汇腔 （M） 中沿流体流动 方向阵列设置两排细胞捕获组件 （7） ； 该两排细胞捕获组件 （7） 之间的间隔空间与样品通道 （5） 直通， 成为样品通道 （5） 的一部分 ； 细胞捕获组件 （7） 与缓冲液通道 （6） 之间的间隔空 间与缓冲液通道 （6） 直通， 成为缓冲液通道 （6） 的一部分 ； 在通道交汇腔 （M） 中， 缓冲液通道 （6） 与样品通道 （5） 通过细胞捕获组件 （7） 的空隙联通 ； 细胞捕获。
5、组件 （7） 固定在基片 （2） 或基体 （1） 上， 或细胞捕获组件 （7） 与基片 （2） 或基体 （1） 为一整体 ； 通道交汇腔 （M） 内的 样品通道 （5） 中有用于控制流体走向的流体控制组件 （8） 。 2. 如权利要求 1 所述的高效稀有细胞捕获集成芯片， 其特征在于， 流体控制组件 （8） 为 固定在通道交汇腔 （M） 中的样品通道 （5） 顶部和 / 或下部的与样品流向成夹角斜置的控制 棒， 或是与样品通道 （5） 顶部和 / 或下部成为一体且与样品流向成夹角斜置的控制棒。 3. 如权利要求 1 所述的高效稀有细胞捕获集成芯片， 其特征在于， 缓冲液入口 （4） 与缓 冲液。
6、出口 （10） 连成循环通道 , 用于使部分未被捕获并进入缓冲液通道 （6） 的细胞再次被细 胞捕获组件 （7） 捕获。 权 利 要 求 书 CN 202912940 U 1/4 页 3 高效稀有细胞捕获集成芯片 0001 技术领域 ： 0002 本实用新型涉及高效稀有细胞捕获集成芯片 , 适用于血液中内皮前驱细胞以及 循环肿瘤细胞的捕获、 体外早期诊断、 化疗药物评估、 个体化治疗、 肿瘤复发监测及肿瘤药 物的开发等 , 属于生物技术以及疾病检测和诊断领域。 0003 背景技术 ： 0004 进入 21 世纪， 癌症及心血管疾病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。
7、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和内皮前驱细胞 的数量、 种类和特性可以作为癌症及心血管疾病的重要标志物 , 如果能够快速捕获血液中 癌症细胞和内皮前驱细胞意味着有希望在早期发现癌症及心血管疾病并改变护理治疗。 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。心血管疾病常规方法是检测， 主要依。
8、赖 流式细胞仪 （FACS） ， 它需要复杂的预处理， 及长时间的检测分析和昂贵的设备。 0005 随着微流控芯片细胞筛选技术和细胞定位、 操纵和高灵敏度检测方法的建立， 有 望将疾病诊断推进到细胞， 甚至是单细胞水平。运用微流控芯片免疫细胞筛选进行全血细 胞的检测和分析将成为一种趋势。微流控产品在微型化、 集成化和低消耗等方面的优势也 有益于医疗诊断产品的推广和医疗成本的降低， 并实现医疗条件的改善。目前 , 用微流控 芯片实现癌症细胞和内皮前驱细胞的捕获有以下几类主要思路 ： (1) 利用布置在微流通道 中修饰特异抗体的密集细胞捕获组件捕获相对应的稀有细胞 , 一个普遍的问题在于， 在 试。
9、验的过程中 , 容易发生细胞堵塞的情况 (Nagrath et al, Nature 450, 1235-1239, 2007) ； (2) 在微流通道的顶部布置鱼翅状流体控制组件 , 使流体走向发生改变 , 从而将 细胞推入平坦或有密集纳米柱的微流通道底部 , 细胞经与其表面特异抗体的作用而被 捕获 ； 由于作用效率低， 通常需要很长距离的通道 , 使检测分析时间过长 (Wang et al, AngewChemie50, 30843088,) ； (3) 在微流通道中布置特异抗体修饰过的磁珠， 与稀有细 胞作用将其捕获， 这一方法的捕捉效率和准确度也较低， 均有待提高 (Saliba et。
10、 al, PNAS 107, 14524 14529, 2010)。 0006 发明内容 ： 0007 本实用新型的目的是提供一种高效稀有细胞捕获集成芯片， 不仅解决在细胞捕获 过程中的细胞堵塞问题， 同时， 通过更有效的流体控制， 增加细胞与流体控制组件的相互作 用， 在较短的通道中实现迅速、 高效、 可靠地细胞捕获和检测。芯片集成化程度高、 结构灵 巧、 操作简便、 制作工艺简单、 成本低。 0008 本实用新型高效稀有细胞捕获集成芯片技术方案是 ： 0009 高效稀有细胞捕获集成芯片， 包括一个基体和一个与基体平面吻合并密封固定连 接的基片 ； 所述基体一端上设置的样品入口通过样品通道与。
11、另一端的样品出口联通 ； 样品 通道两侧各有一条缓冲液通道 ； 该缓冲液通道一端有缓冲液入口， 另一端有缓冲液出口 ； 说 明 书 CN 202912940 U 2/4 页 4 所述的两条缓冲液通道中部与样品通道汇合， 形成一个通道交汇腔 ； 该通道交汇腔中沿流 体流动方向阵列设置两排细胞捕获组件 ； 该两排细胞捕获组件之间的间隔空间与样品通道 直通， 成为样品通道的一部分 ； 细胞捕获组件与缓冲液通道之间的间隔空间与缓冲液通道 直通， 成为缓冲液通道的一部分 ； 在通道交汇腔中， 缓冲液通道与样品通道通过细胞捕获组 件的空隙联通 ； 细胞捕获组件固定在基片或基体上， 或细胞捕获组件与基片或基。
12、体为一整 体 ； 通道交汇腔内的样品通道中有用于控制流体走向的流体控制组件。 0010 进一步的技术方案是 ： 0011 所述的高效稀有细胞捕获集成芯片， 其细胞捕获组件为垂直于基片或基体的若干 个修饰了抗体的微柱组成 ； 细胞捕获组件上的空隙是构成细胞捕获组件的每个构件之间的 间隔空间所形成的通道。 0012 所述的高效稀有细胞捕获集成芯片， 其流体控制组件 8 为固定在通道交汇腔中的 样品通道顶部和 / 或下部的与样品流向成夹角斜置的控制棒， 或是与样品通道顶部和 / 或 下部成为一体且与样品流向成夹角斜置的控制棒。 0013 所述的高效稀有细胞捕获集成芯片， 其缓冲液入口与缓冲液出口连成。
13、循环通道 , 用于使部分未被捕获并进入缓冲液通道的细胞再次被细胞捕获组件捕获。 0014 所述的高效稀有细胞捕获集成芯片， 在通道交汇腔中的样品通道顶部与下部的流 体控制组件布置成鱼翅状或上下交叉形。 0015 所述的高效稀有细胞捕获集成芯片， 流体控制组件与样品流向夹角大于等于 45 度 , 小于等于 90 度 , 控制棒的宽度大于等于 20 微米 , 小于等于 100 微米 , 控制棒之间的 间距大于等于 30 微米 , 小于等于 400 微米。 0016 所述的高效稀有细胞捕获集成芯片， 通道交汇腔的长为大于等于 0.5 毫米， 小于 等于 100 毫米， 宽为大于等于 50 微米， 小。
14、于等于 2 毫米， 高为大于等于 10 微米， 小于等于 0.5毫米 ； 样品通道的长度大于10毫米,小于100毫米 ； 组成细胞捕获组件的每个微柱直 径为大于等于 50 微米 , 小于等于 500 微米 ； 高度为小于等于 100 微米 , 微柱之间的间距 为小于等于 15 微米 ； 细胞捕获组件一排的长度小于等于 100 毫米。 0017 结合本实用新型结构、 原理对本实用新型效果说明如下 ： 0018 1、 通过在芯片中添加流体控制组件有效的调节样品通道中流体形态 , 使得样品 中的细胞在通过主通道的过程中尽可能的集中 ； 并提升细胞与修饰上特定抗体的细胞捕获 组件的相互作用， 提高捕获。
15、率 ； 2、 通过改变传统的细胞捕获组件在通道中的布置解决在细 胞捕获过程中的细胞堵塞问题 ； 3、 芯片集成化程度高、 结构灵巧 ； 4、 芯片操作简便 ； 5、 制作 工艺简单， 造价低廉。 附图说明 0019 图 1 为本实用新型高效稀有细胞捕获集成芯片组装后整体结构主视图， 该主视图 为具有局部剖视的示意图 ； 0020 图 2 为图 1 中的基体 1 主视图 ； 0021 图 3 为图 2 中的基体 1 仰视图， 本实施例的基体 1 上加工有样品入口 3、 缓冲液入 口 4、 样品通道 5、 缓冲液通道 6、 以及样品出口 9 和缓冲液出口 10 ； 流体控制组件 8.1 为独 立构。
16、件， 与基体 1 样品通道与缓冲液通道交汇腔 M 处的样品通道顶部固定连接 ； 由于基体 1 说 明 书 CN 202912940 U 3/4 页 5 由透明材料制成， 定位标记 11 也显示在本仰视图上 ； 0022 图 4 为图 1 中的基片 2 主视图 ； 0023 图 5 为图 4 的俯视图， 本实施例的流体控制组件 8.2 为独立构件， 并与基片 2 与基 体1对应的通道交汇腔M处的样品通道底部固定连接 ； 细胞捕获组件7为独立构件， 固定在 基片 2 通道交汇腔 M 处样品通道的底部 ； 0024 图 6 为图 3 的 A-O-A 剖视图 ； 0025 图 7 为图 5 的 B-B。
17、 剖视图 ； 0026 图 8 为图 1 中的通道交汇腔 M 的剖视放大图 ； 0027 图 9 为为图 1 芯片整体的立体投影图 ； 0028 图 10 为图 5 基片上的细胞捕获组件 7 投影图 ； 0029 图 11 为在通道交汇腔 M 处样品通道 5 顶部呈鱼翅状布置的流体控制组件 8 示意 图 ； 0030 图 12 为在通道交汇腔 M 处样品通道 5 顶部和底部呈倾斜状布置的流体控制组件 8 示意图 ； 0031 图 13 为基体 1 在下、 基片 2 在上、 细胞捕获组件 7 在基体 1 上、 流体控制组件 8 与 基体及基片为一体的实施例主视图 ； 0032 图 14 为图 1。
18、3 中的基片 2 主视图 ； 0033 图 15 为图 14 的仰视图 ； 0034 图 16 为图 13 中的基体 1 的主视图 ； 0035 图 17 为图 16 的俯视图。 0036 图中各附图标记的名称为 ： 0037 1 基体 ； 2 基片 ； 3- 样品入口 ； 4 缓冲液入口 ； 5- 样品通道 ； 6 缓冲液通 道 ； M 样品通道与缓冲液通道交汇腔 ； 7- 细胞捕获组件 ； 8 流体控制组件 ； 8.1- 通道交 汇腔 M 内样品通道顶部的流体控制组件 ； 8.2- 通道交汇腔 M 内样品通道底部的流体控制组 件 ； 9-样品出口 ； 10-缓冲液出口 ； 11用于基体与基。
19、片对位的定位标记 ； 12内皮前驱细 胞 EPC ； 13 癌细胞 U87。 具体实施方式 0038 以下结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。 0039 实施例 1 ： 0040 如图 1-12 所示是本实用新型一种高效稀有细胞捕获集成芯片的基本实施例。包 括一个基体1和一个与基体1平面吻合并密封固定连接的基片2 ； 所述基体1一端上设置的 样品入口 3 通过样品通道 5 与另一端的样品出口 9 联通 ； 样品通道 5 两侧各有一条缓冲液 通道 6 ； 该缓冲液通道 6 一端有缓冲液入口 4， 另一端有缓冲液出口 10 ； 所述的两条缓冲液 通道 6 中部与样品通道 5 汇合， 形成一个。
20、通道交汇腔 M ； 该通道交汇腔 M 中沿流体流动方向 阵列设置两排细胞捕获组件 7 ； 该两排细胞捕获组件 7 之间的间隔空间与样品通道 5 直通， 成为样品通道 5 的一部分 ； 细胞捕获组件 7 与缓冲液通道 6 之间的间隔空间与缓冲液通道 6 直通， 成为缓冲液通道 6 的一部分 ； 在通道交汇腔 M 中， 缓冲液通道 6 与样品通道 5 通过 细胞捕获组件7的空隙联通 ； 如图1-12所示， 细胞捕获组件7固定在基片2上 ； 通道交汇腔 说 明 书 CN 202912940 U 4/4 页 6 M 内的样品通道 5 中有用于控制流体走向的流体控制组件 8， 与基体 1 固定或为一体的。
21、是流 体控制组件 8.1， 与基片 2 固定或为一体的是流体控制组件 8.2。所述的细胞捕获组件 7 为 垂直于基片 2 或基体 1 的若干个修饰了抗体的微柱组成 ； 细胞捕获组件 7 上的空隙是构成 细胞捕获组件 7 的每个构件之间的间隔空间所形成的通道空隙。所述的流体控制组件 8 为 固定在通道交汇腔 M 中的样品通道 5 顶部和下部的与样品流向成夹角斜置的控制棒。所述 的缓冲液入口 4 与缓冲液出口 10 连成循环通道 , 用于使部分未被捕获并进入缓冲液通道 6 的细胞再次被细胞捕获组件 7 捕获。在通道交汇腔 M 中的样品通道 5 顶部与下部的流体 控制组件 8 布置成如图 12 所示。
22、上下交叉形， 用于控制流体走向 , 提高样品中的细胞在通过 主通道的过程中与细胞捕获组件的相互作用从而提高细胞捕获机率。 所述的流体控制组件 8 与样品流向夹角大于等于 45 度 , 小于等于 90 度 , 控制棒的宽度大于等于 20 微米 , 小 于等于 100 微米 , 控制棒之间的间距大于等于 30 微米 , 小于等于 400 微米。通道交汇腔 M 的长为大于等于 0.5 毫米， 小于等于 100 毫米， 宽为大于等于 50 毫米， 小于等于 2 毫米， 高为大于等于 10 毫米， 小于等于 0.5 毫米 ； 样品通道 5 的长度大于 10 毫米 , 小于 100 毫 米 ； 组成细胞捕。
23、获组件 7 的每个微柱直径为大于等于 50 微米 , 小于等于 500 微米 ； 高度为 小于等于 100 微米 , 微柱之间的间距为小于等于 15 微米 ； 细胞捕获组件 7 一排的长度小于 等于 100 毫米。 0041 在芯片中所捕获的稀有细胞可用显微成像及显微荧光成像的方法加以分析。 0042 实施例 2 ： 0043 如图 11 所示， 是本实用新型的高效稀有细胞捕获集成芯片一个较优的实施例。在 实施例 1 基础上本实施例优选为 ： 布置在样品通道 5 顶部鱼翅状流体控制组件 8 的交叉角 度为 45 度 , 线条的宽度为 35 微米 , 小于等于 100 微米 , 线条之间的间距为。
24、 110 微米。样 品通道的长度为 25 毫米。每个细胞捕获组件 7 的大小为 50 微米 , 高度为 100 微米 , 微柱 之间的间距为 15 微米。所述的基片 1 为玻璃片。本实施例用于细胞捕获组件 7 的材料为 SU8 光胶。本实例中基体 1 其材料为聚合物聚二甲基硅氧烷 PDMS。 0044 实施例 3 ： 0045 如图 12 所示， 是本实用新型的高效稀有细胞捕获集成芯片又一个较优的实施例。 在实施例 1 基础上本实施例选为 ： 布置在样品通道顶部和底部的交叉线条形流体控制组件 8 的交叉角度为 45 度 , 线条的宽度为 35 微米 , 线条之间的间距为 110 微米。主通道的。
25、长 度为 25 毫米。每个细胞捕获组件的大小为 50 微米 , 高度为 100 微米 , 微柱之间的间距为 15 微米。所述的基片 2 为玻璃片。本实例中细胞捕获组件 7 和用于控制流体的交叉线条微 结构材料为 SU8 光胶。本实例中基体 1 其材料为聚合物聚二甲基硅氧烷 PDMS。 0046 实施例 4 ： 0047 如图 13-17 所示， 与实施例 1 不同的是， 基片 2 在上方， 基体 1 在下方， 细胞捕获组 件 7 在基体 1 上面且与基体 1 为一整体 ； 所述的流体控制组件 8 为固定在通道交汇腔 M 中 的样品通道5顶部和下部与样品通道5顶部和下部成为一体且与样品流向成夹角。
26、斜置的控 制棒。 0048 本实用新型权利要求保护范围不限于上述实施例。 说 明 书 CN 202912940 U 1/5 页 7 图 1 图 2 图 3 说 明 书 附 图 CN 202912940 U 2/5 页 8 图 4 图 5 图 6 图 7 图 8 说 明 书 附 图 CN 202912940 U 3/5 页 9 图 9 图 10 图 11 图 12 说 明 书 附 图 CN 202912940 U 4/5 页 10 图 13 图 14 图 15 说 明 书 附 图 CN 202912940 U 5/5 页 11 图 16 图 17 说 明 书 附 图 CN 202912940 U 。