一种基于可调梯度磁场的细胞捕获芯片论文和设计-张晓晶

全文摘要

本实用新型公开了一种基于可调梯度磁场的细胞捕获芯片，包括基底，特点是：基底的上表面设置有与微流体通道的形状和位置对应的细胞捕获区，细胞捕获区内设置有多个均匀分布的微磁体，该多个微磁体呈纵横方向阵列分布在细胞捕获区内，形成微磁体阵列；优点是：本实用新型能够提高细胞捕获率，减少细胞损失，且能够减少细胞在微流体通道前段聚集，利于细胞后续分析研究。

主设计要求

1.一种基于可调梯度磁场的细胞捕获芯片，包括基底，其特征在于所述的基底的上表面设置有与微流体通道的形状和位置对应的细胞捕获区，所述的细胞捕获区内设置有多个均匀分布的微磁体。

设计方案

2.根据权利要求1所述的一种基于可调梯度磁场的细胞捕获芯片，其特征在于多个所述的微磁体呈纵横方向阵列分布在所述的细胞捕获区内，形成微磁体阵列，所述的微磁体阵列中相邻所述的微磁体之间的间距为100～200μm。

3.根据权利要求2所述的一种基于可调梯度磁场的细胞捕获芯片，其特征在于所述的微磁体阵列由呈矩型的主体部以及分别与所述的主体部两端连接的呈矩型的前端部和尾端部构成，所述的前端部的最前端至所述的尾端部的最尾端之间的距离不大于所述的微流体通道的进液口至出液口之间的距离。

4.根据权利要求1-3任一项所述的一种基于可调梯度磁场的细胞捕获芯片，其特征在于每个所述的微磁体由多个纳米磁微粒构成，多个所述的纳米磁微粒在横截面方向聚集呈环状。

5.根据权利要求4所述的一种基于可调梯度磁场的细胞捕获芯片，其特征在于所述的微磁体的内径为22～30μm，所述的微磁体的外径为44～53μm；所述的微磁体的厚度为200～350nm。

6.根据权利要求1-3任一项所述的一种基于可调梯度磁场的细胞捕获芯片，其特征在于所述的细胞捕获芯片的上表面设置有一层保护膜层。

7.根据权利要求6所述的一种基于可调梯度磁场的细胞捕获芯片，其特征在于所述的保护膜层覆盖住全部所述的微磁体。

8.根据权利要求6所述的一种基于可调梯度磁场的细胞捕获芯片，其特征在于所述的保护膜层为SiO_{2<\/sub>膜。}

9.根据权利要求6所述的一种基于可调梯度磁场的细胞捕获芯片，其特征在于所述的保护膜层厚度均匀。

10.根据权利要求9所述的一种基于可调梯度磁场的细胞捕获芯片，其特征在于所述的保护膜层的厚度为7～15nm。

设计说明书

技术领域

本实用新型涉及一种生物芯片，尤其涉及一种基于可调梯度磁场的细胞捕获芯片。

背景技术

循环肿瘤细胞（CTC，circulating tumor cell）是存在于外周血中的各类肿瘤细胞的统称，是由肿瘤病灶释放，从实体瘤病灶（原发灶、转移灶）上脱落下来进入到血液中循环的稀有细胞，其数量是肿瘤患者病情进展和转移的重要指标。循环肿瘤细胞的检测有助于早期转移肿瘤患者的诊断、监测术后患者肿瘤的复发与转移、评估抗肿瘤药物的敏感性与患者愈后以及选择个体化的治疗策略。但是，血液中循环肿瘤细胞的数量非常稀少，平均在10 ^{6<\/sup>～10^{7<\/sup>个白细胞中才有1个，因此，如何从血液中分离捕获并准确鉴定出循环肿瘤细胞面临巨大挑战。}}

目前，循环肿瘤细胞检测技术主要是借助免疫磁微粒捕获细胞（即对于大部分本身不具有磁性的细胞，可以将其吸附到功能化的纳米磁珠表面后进行操控），并结合免疫荧光染色技术鉴定肿瘤细胞。传统的免疫磁微粒细胞筛选装置由上至下包括微流体通道、载玻片和永磁体，使用厘米或毫米尺度的整块永磁体作为磁通量源，将流经微流体通道的液体（如血液等）中与纳米磁珠结合的靶细胞吸附至载玻片表面。

然而，上述方法在使用过程中仍存在以下缺陷：一方面，血液流经微流体通道过程中，受到低磁场梯度的限制，细胞的捕获效果不强，可能会导致细胞的损失；另一方面，有效磁阱密度低，可能导致细胞聚集，而细胞聚集会影响循环肿瘤细胞的结构完整性和荧光信号，干扰细胞成像和识别。

发明内容

为了解决上述现有技术中存在的不足，本实用新型提供一种基于可调梯度磁场的细胞捕获芯片，能够提高细胞捕获率，减少细胞损失，且能够减少细胞在微流体通道前段聚集，利于细胞后续分析研究。

本实用新型解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种基于可调梯度磁场的细胞捕获芯片，包括基底，所述的基底的上表面设置有与微流体通道的形状和位置对应的细胞捕获区，所述的细胞捕获区内设置有多个均匀分布的微磁体。

在一些实施方式中，多个所述的微磁体呈纵横方向阵列分布在所述的细胞捕获区内，形成微磁体阵列，所述的微磁体阵列中相邻所述的微磁体之间的间距为100～200μm。由此具有较优的细胞捕获效果。

在一些实施方式中，所述的微磁体阵列由呈矩型的主体部以及分别与所述的主体部两端连接的呈矩型的前端部和尾端部构成，所述的前端部的最前端至所述的尾端部的最尾端之间的距离不大于所述的微流体通道的进液口至出液口之间的距离。由此使微磁体阵列具有较优的细胞捕获效果，且不易堵塞进液口通道和出液口通道。

在一些实施方式中，每个所述的微磁体由多个纳米磁微粒构成，多个所述的纳米磁微粒在横截面方向聚集呈环状。由此高浓度的纳米磁微粒在边缘聚集形成了局部最大磁梯度，从而提高了磁场梯度，提高了标记癌细胞的捕获效率。

在一些实施方式中，所述的微磁体的内径为22～30μm，所述的微磁体的外径为44～53μm；所述的微磁体的厚度为200～350nm。由此具有较优的细胞捕获效果，且整体阵列排布结构较合理。

在一些实施方式中，所述的细胞捕获芯片的上表面设置有一层保护膜层。由此以保护微磁体结构防止受到微流体通道内血液流动的影响。

在一些实施方式中，所述的保护膜层覆盖住全部所述的微磁体。

在一些实施方式中，所述的保护膜层为SiO_{2<\/sub>膜。由此形成化学性能稳定的保护膜层。}

在一些实施方式中，所述的保护膜层厚度均匀。由此具有较优的效果。

在一些实施方式中，所述的保护膜层的厚度为7～15nm。由此具有较优的效果。

与现有技术相比，本实用新型的优点在于：

（1）在细胞捕获芯片上设置微磁体，血液流过微流体通道时，微磁体产生局部强磁场后被外磁场（永磁体）强化，从而增加对靶细胞的磁力，促进靶细胞从血液中分离的过程，从而能够减少细胞损失，大幅提升了循环肿瘤细胞捕获率，具有更高的灵敏度和特异性；

（2）在细胞捕获芯片上设置微磁体，且微磁体均匀分布在微流体通道的前段、中段和后段，能够避免靶细胞过度集中在前端被捕获到，均匀平衡的磁场使靶细胞更趋向分布到整个捕获区域中，从而能够减少细胞聚集，利于细胞后续的分析研究，例如染色与成像；

（3）通过微磁体排布的不同，使细胞捕获的磁场梯度可调；

（4）设置保护膜层，用以保护芯片表面的微磁体结构以防受到微流体通道内血液流动的影响；

（5）本结构的细胞捕获芯片制作工艺简单快捷，可操作性和可重复性良好，成本低廉，特别适合于循环肿瘤细胞的检测应用。

附图说明

图1为本实用新型中细胞捕获的原理图；

图2为采用本实用新型细胞捕获芯片的细胞捕获装置的结构分解示意图；

图3为本实用新型一种细胞捕获芯片一实施方式中微磁体阵列的分布示意图；

图4为本实用新型一种细胞捕获芯片一实施方式中微磁体阵列的扫描电镜（SEM）图。

其中，细胞捕获芯片1，基底2，微流体通道3，细胞捕获区4，微磁体5，微磁体阵列6，主体部7，前端部8，尾端部9，进液口10，出液口11，保护膜层12，永磁体13。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型一种基于可调梯度磁场的细胞捕获芯片作进一步详细说明，但不作为对本实用新型的限定。

如图所示，一种基于可调梯度磁场的细胞捕获芯片1，包括基底2，基底2的上表面设置有与微流体通道3的形状和位置对应的细胞捕获区4，细胞捕获区4内设置有多个均匀分布的微磁体5。图2示例了一种采用本实用新型细胞捕获芯片的细胞捕获装置，由上至下包括微流体通道3、细胞捕获芯片1和永磁体13，在永磁体13磁场的作用下，液体（如血液等）流经微流体通道3，液体中与纳米磁珠结合的靶细胞被吸附至细胞捕获芯片1的上表面。

本实施例中，多个微磁体5呈阵列分布在细胞捕获区4内，形成微磁体阵列6，微磁体阵列6中相邻微磁体5之间的间距为100～200μm，本实施例中相邻微磁体5之间的间距d为150μm，其他实施例中，相邻微磁体5之间的间距可以为100μm、130μm、170μm、200μm等。

本实施例中，微磁体阵列6由呈矩型的主体部7以及分别与主体部7两端连接的呈矩型的前端部8和尾端部9构成，前端部8的最前端至尾端部9的最尾端之间的距离不大于微流体通道3的进液口10至出液口11之间的距离，即前端部8不覆盖微流体通道3的进液口10通道，尾端部9不覆盖微流体通道3的出液口11通道。

本实施例中，每个微磁体5由多个纳米磁微粒构成，多个纳米磁微粒在横截面方向聚集呈环状，微磁体5的内径为22～30μm，微磁体5的外径为44～53μm，微磁体5的厚度为200～350nm。如图4所示，众多纳米磁微粒在基板上组成多个环状结构，绝大多数纳米磁微粒聚集在环的边缘，少量纳米磁微粒分散在环的中间。由于制作过程中蒸发阶段的热力学作用，在边缘处的油墨蒸发速率高于中心，产生了向外的对流，将纳米颗粒带到了边缘，导致磁性纳米颗粒形成了环状结构。如此高浓度的纳米磁微粒在边缘聚集形成了局部最大磁梯度，从而提高了磁场梯度，提高了标记癌细胞的捕获效率。本实施例中使用明场显微镜对印刷图案进行成像，并使用ImageJ进行测量，得到微磁体环状结构的内径在22～30μm之间，微磁体的外径在44～53μm之间，由此具有较优的效果，且整体阵列排布较合理。本实施例中微磁体5的厚度约为300nm，其他实施例中，微磁体5的厚度可以为200nm、250nm、350nm等，由此具有较优的捕获效果。

本实施例中，细胞捕获芯片1的上表面紧贴设置有一层覆盖住全部微磁体5的保护膜层12；由此，以保护微磁体结构防止受到微流体通道内血液流动的影响。

本实施例中，保护膜层12为厚度均匀的SiO_{2<\/sub>膜，SiO_{2<\/sub>膜的厚度为10nm，其他实施例中，SiO_{2<\/sub>膜厚度可以为7nm、9nm、11nm、13nm、15nm等，由此具有较优的结构，且不影响血液中靶细胞的捕获效果。}}}

本实用新型的一种基于可调梯度磁场的细胞捕获芯片，在细胞捕获芯片上设置微磁体，血液流过微流体通道时，微磁体产生局部强磁场后被外磁场（永磁体）强化，从而增加对靶细胞的磁力，促进靶细胞从血液中分离的过程，从而能够减少细胞损失，大幅提升了循环肿瘤细胞捕获率，具有更高的灵敏度和特异性；在细胞捕获芯片上设置微磁体，且微磁体均匀分布在微流体通道的前段、中段和后段，能够避免靶细胞过度集中在前端被捕获到，均匀平衡的磁场使靶细胞更趋向分布到整个捕获区域中，从而能够减少细胞聚集，利于细胞后续的分析研究，例如染色与成像；设置保护膜层，用以保护芯片表面的微磁体结构以防受到微流体通道内血液流动的影响；制作工艺简单快捷，可操作性和可重复性良好，成本低廉，特别适合于循环肿瘤细胞的检测应用；针对不同的目标细胞，例如不同癌症类型或不同癌症分期的目标细胞，便于进行调整修改，为推进CTC临床转化应用提供了一个很好的技术平台。

值得注意的是，以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并非因此限定本实用新型的专利保护范围，本实用新型还可以对上述各种零部件的构造进行材料和结构的改进，或者是采用技术等同物进行替换。故凡运用本实用新型的说明书及图示内容所作的等效结构变化，或直接或间接运用于其他相关技术领域均同理皆包含于本实用新型所涵盖的范围内。

设计图

一种基于可调梯度磁场的细胞捕获芯片论文和设计

一种基于可调梯度磁场的细胞捕获芯片论文和设计-张晓晶

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