[發明專利]基于細胞形變量和介電泳力的癌細胞分離裝置及控制系統

有效

• 申請號: 201810853237.2
• 申請日: 2018-07-30
• 公開（公告）號: CN109107621B
• 公開（公告）日: 2019-09-27
• 發明（設計）人: 柯俊;杜盼盼;劉娜;劉媛媛;謝少榮;楊毅
• 申請（專利權）人: 上海大學
• 主分類號: B01L3/00
• 分類號: B01L3/00;G01N15/14
• 代理公司: 北京高沃律師事務所 11569
• 代理人: 王戈

本發明公開了一種基于細胞形變量和介電泳力的癌細胞分離裝置及控制系統，該裝置包括細胞儲液器、注射微泵；注射微泵的一端伸入細胞儲液器內，另一端與細胞形變量檢測芯片的入口端相連；細胞形變量檢測芯片的出口端與癌細胞分離芯片的變形細胞入口端相連；CMOS高速攝像機設置在細胞形變量檢測芯片下捕捉變形細胞圖像；處理器根據獲取的變形細胞圖像確定變形細胞的形變量，并根據此形變量確定該變形細胞是否為癌細胞，若是則處理器輸出驅動信號驅動電極產生介電泳力使變形細胞流向癌細胞分離芯片的癌細胞出口端。應用本發明，能夠快速檢測細胞的形變量，并根據癌細胞與正常細胞形變量的不同將癌細胞從病人血液樣本中分離出來。

技術領域

本發明涉及細胞分選分離技術領域，特別涉及一種基于細胞形變量和介電泳力的癌細胞分離裝置及控制系統。

背景技術

癌癥是一種嚴重危害人類健康的重大疾病，其發病率和死亡率呈逐年上升的趨勢。對于相同來源的細胞，發生癌變的細胞比正常細胞更軟，更容易產生變形，更易于癌癥發生轉移。長期以來，機械表型一直被認為是量化細胞中生理和病理起源的功能變化的無標記方法。這種方法已經在細胞分化和惡性轉移的背景下得到驗證，并催生了許多基礎研究方法的發展。其中，單細胞的變形性的改變可以作為一種生物學研究的重要指標。相對于生物分子標記物，這種無標記的可變形性的指標不需要染色、抗體處理等一些預處理步驟，可節省更多的操作成本。

細胞在癌變的過程中，細胞的變形性質就已經發生了變化。處于不同癌變階段的細胞，其變形能力是不同的。這表明通過測量細胞的剛度，原則上可以區分處于不同癌變程度的細胞，這為監控癌癥從侵襲前到侵襲的發生發展提供了一種可能。細胞的變形性可以作為細胞癌變的敏感標志，因此測量細胞剛度具有重要的臨床意義。目前檢測細胞變形性的方法主要有原子力顯微鏡方法、微管吸吮技術、細胞壓痕、激光衍射法、流體剪切法等。這些測量方法各有優缺點，如微管吸吮方法是目前研究細胞力學常用的方法之一，但是此方法一次只能反映單個細胞變形性，檢測速率低(10-100個細胞/h)，不適合臨床應用；而原子力顯微鏡方法操作復雜，設備昂貴，檢測速率同樣很低。因此設計一種高通量的癌細胞形變量的方法是十分有必要的。高通量檢測病變部位細胞的剛度，不僅可以判斷病人處于癌癥的階段，并且可以根據細胞剛度的不同，對細胞進行分離。

雖然檢測細胞形變量的方法很多，但是這些方法僅僅檢測細胞的剛度，未考慮將細胞的這種無標記的特征作為癌細胞分離的依據。基于細胞的變形性特征作為分離標志對于癌癥的研究和診斷有重大的潛在意義，可用于癌癥的分期、復發檢測、癌癥抗藥性的分子分析等。

目前，現有的細胞分離技術如離心法和過濾法耗費時間長、產率低、需要的樣本量大，不適合微量珍貴樣品的分析；基于抗體的方法能夠得到特定類型的細胞卻需要復雜的處理過程。如今，微流控芯片的微通道縮小到微米級，可以精確操控微尺度的流體，樣品以及試劑的消耗量得以大大降低，反應時間大大縮短，非常適合細胞分離。隨著微流控技術的發展，介電泳力技術被引入到微流控芯片上，用于微粒、液滴以及細胞的分離和操縱。對于介電泳力技術來說，其通過在非均勻電場中使微粒產生極化現象，在介電泳力的作用下驅使細胞運動。介電泳力的大小與被操縱的粒子的尺寸成比例，根據不同細胞在微流控芯片中所受介電泳力的差異，從而實現對細胞的分離。基于介電泳力的微流控芯片用于細胞的分離有諸多優點，首先，不需要染色或者抗體處理；其次，生物相容性好，不會對細胞產生損傷；最后，便于控制，可以通過調節施加電場的電壓和頻率改變細胞的所受的介電泳力，因此對細胞進行分離比較靈活。

盡管基于介電泳力的分離方法有諸多優點，但是卻不能根據標記物分離特定目標的細胞。

發明內容

本發明的目的是提供一種基于細胞形變量和介電泳力的癌細胞分離裝置及控制系統，能夠快速檢測細胞的形變量，并根據癌細胞與正常細胞形變量的不同將癌細胞從病人血液樣本中分離出來。

為實現上述目的，本發明提供了如下方案：