[發明專利]集成微流控芯片及其用于三維腫瘤定位、構建、回收方法

有效

• 申請號: 201410366445.1
• 申請日: 2014-07-29
• 公開（公告）號: CN104164360A
• 公開（公告）日: 2014-11-26
• 發明（設計）人: 劉文明;王進義;王建春;許娟;李天保;涂琴;王垚磊
• 申請（專利權）人: 西北農林科技大學
• 主分類號: C12M1/00
• 分類號: C12M1/00;C12M1/04;C12N5/09
• 代理公司: 西安恒泰知識產權代理事務所 61216
• 代理人: 史玫

技術領域

本發明涉及微流控芯片技術領域，尤其涉及一種集成微流控芯片及其用于實時控制性的高通量腫瘤細胞定位、三維腫瘤組織構建與回收。

背景技術

癌癥是由于細胞的分裂失控和異常生長而引起的疾病，常伴隨著惡性腫瘤的形成，進而導致人類和動物疾病并最終造成死亡。廣泛開展腫瘤研究是探索癌癥作用機理與推動臨床治療進展的源動力。目前，常規的動物體內實驗研究方法能夠高度還原特定腫瘤的發生發展過程，但在動態檢測，微環境控制以及腫瘤組織實時操作分析方面缺乏足夠的優勢。相比較，常規體外腫瘤細胞培養法在很多方面能夠彌補這些欠缺，如腫瘤細胞直接操作、細胞監測分析等。體外細胞培養主要包括二維培養和三維培養。其中三維腫瘤培養因具有更好的體內腫瘤生物學特性仿生能力，近年來受到國內外研究人員的認可和關注。迄今為止，體外制備三維腫瘤組織的方法眾多，包括懸滴法，瓊脂糖表面培養法和旋轉培養法等。這些方法對于體外腫瘤仿生研究具有較強的推動作用，但由于這些細胞操作方法仍處于宏觀界面操作水平，很難完成微觀尺度下的一些操作。同時，其制備方法操作較為繁瑣、且需要較多的人力，所制備的三維腫瘤均一度較低。這在很大程度上限制了基于三維腫瘤的后期試驗的研究進度及其研究結果的精準性。因此，大力開發、開展微觀界面條件下的腫瘤細胞操作與三維腫瘤仿生構建，對于更有效地進行腫瘤研究、早日突破腫瘤治療難題是具有重大科學意義和社會意義的。

微流控芯片，作為本世紀極具代表性的一種微型操作與分析平臺，在細胞研究微型化的發展道路上扮演著非常重要的角色。微流控芯片的顯著特征在于它的微型化，即微米級的芯片單元、微米級尺度下的細胞操作分析、生物樣本的微納升甚至皮升級操作處理與檢測分析水平。目前，基于微流控芯片的腫瘤細胞操作多為被動式操作，在很大程度上缺乏細胞操作靈活性與時空控制能力。已開發的芯片微功能單元，如微篩、微孔，盡管能夠完成腫瘤細胞的原位捕獲，但由于其結構固定，無法實現實時空間控制的腫瘤細胞定位、三維腫瘤構建與分析及其回收操作與后分析研究。此外，如果采用極端條件處理進行樣品回收，如使用極高流速液流，勢必會造成三維腫瘤結構的破壞以及腫瘤細胞在這些固定微功能單元位置的殘留，不利于三維腫瘤操作。因此，開發一種可控式高通量腫瘤細胞定位與三維腫瘤仿生構建芯片是十分有必要的。

發明內容

本發明目的在于，提供一種含有氣動控制結構的集成微流控芯片，并提供一種用于平行高通量腫瘤細胞定位、三維腫瘤仿生構建及其腫瘤回收的芯片操作方法。該芯片操作簡單、快捷，便于多學科研究學者掌握。

為實現上述目的，本發明采取以下的技術方案：

一種集成微流控芯片，該微流控芯片由樣品流動層和氣動控制層構成，所述樣品流動層設有入口、微腔、出口和微管道網絡，所述氣動控制層設有進氣入口、氣動控制結構和末端封閉的微管道網絡，所述氣動控制結構由末端封閉的微管道網絡與進氣口相連接，所述氣動控制結構的高度大于末端封閉的微管道網絡的高度。

優選的，氣動控制層高度與微管道網絡高度的比值大于等于2，且小于等于5。

所述微流控芯片樣品流動層設有1個入口、4-16個微腔、4-16個出口和一個對稱微管道網絡，每個微腔對應連接一個出口，并且微腔與出口之間通過對稱微管道網絡連接；所述氣動控制層設有1個進氣入口、144-1152個氣動控制結構和一個末端封閉的微管道網絡，所述氣動控制結構由末端封閉的微管道網絡與進氣口相連接；優選的，每36-72個氣動控制結構與樣品流動層的一個微腔自下而上重疊對應。

本發明提供的集成微流控芯片，所述芯片制備材料為聚二甲基硅氧烷(PDMS)，與涂有PDMS聚合物的玻璃或透明塑料材料進行不可逆封接，從而確保所使用微流控芯片質量以及芯片內各個微功能單元的完整性。

優選的，本發明提供的集成微流控芯片，所述微流控芯片樣品流動層高度為100-500μm；所述氣動控制結構高度為20-150μm，末端封閉的微管道網絡高度為10-30μm。

相對于現有技術，本發明提供的集成微流控芯片，所述氣動控制層中的氣動控制結構高度大于微管道網絡高度。氣動控制結構與樣品流動層之間的PDMS膜厚度明顯小于氣動控制層微管道網絡與樣品流動層之間的PDMS膜厚度。當在外源氣壓為12-30psi作用下，氣動控制結構對應的PDMS膜形變明顯大于氣動控制層微管道網絡對應的PDMS膜形變，并能夠形成更高的三維結構。