基于微流控磁分离技术的肿瘤细胞捕获研究

发布时间：2018-02-12 13:42

本文关键词： 微流控芯片磁分离肿瘤细胞捕获释放　出处：《武汉大学》2016年博士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：微流控芯片技术是以传统微加工工艺为基础,通过结构设计与功能集成,将生物、化学、医学领域的一系列基本操作,如样品的制备、进样、反应、分离与检测等,微型化到一块只有硬币大小的由聚合物或玻璃材料制备而成的芯片上。与传统的操作技术相比,微流控芯片具有试剂消耗少,反应速度快、总体通量高、制备成本低、流动性可控等优势,拥有广泛的应用前景。本论文正是基于微流控芯片技术的上述优点,将传统的磁分离技术与微流控芯片技术相结合,以软光刻工艺为基础,以微流控磁分离芯片为操作平台,以肿瘤细胞的捕获与释放为研究切入点,以磁珠的制备与表面改性,鱼骨结构微通道与微镍柱阵列的集成为核心技术,开展了针对血液样本中肿瘤细胞的捕获研究。与已存在的技术相比,我们的微流控磁分离芯片不仅可以做到肿瘤细胞的高效捕获,还能实现捕获的肿瘤细胞从芯片上的可控释放,以及细胞-磁珠间的进一步分离,为循环肿瘤细胞在生物医学中的研究提供了新的机会与可能。在此,将本论文主要内容进行简要说明：首先,概括性得阐述微流控芯片的起源与发展。接着介绍了微流控芯片所涉及到的流体理论知识与有限元仿真分析。然后重点介绍了微流控芯片中的几种代表性技术,即微液滴技术,微混合技术以及微分离技术,其中重点在微分离技术中以细胞分离为例具体讨论。在本章的最后,以微流控芯片在肿瘤细胞捕获中的应用为切入点,对本论文的选题背景、课题设计与研究目标进行概括性的说明。然后,我们选取了水热法作为磁珠的制备方法,并对制备好的磁珠颗粒的粒径,表面形貌,晶体结构以及磁化强度进行了表征。接着,利用溶液混合的方法将磁珠的表面包被了多层氧化石墨烯,并利用氧化石墨烯表面的功能基团进行了生物抗体的偶联。在微流控芯片的制备方面,首先介绍了常用的芯片制备材料与软光刻工艺。然后以磁性双色球芯片和磁分离芯片为两个具体案例,详细介绍了微流控芯片的制备过程以及基于有限元分析软件对芯片的功能验证。磁性双色球芯片利用两块传统的单沟道芯片进行键合,形成了复合微通道结构。利用这种复合的微通道结构,我们制备出了碟形的磁性双色球。磁分离芯片主要分为两个部分：聚合物微通道芯片与电镀有微镍柱阵列的玻璃基底,以不同的微通道结构与玻璃基底键合,我们制备了两种类型的磁分离芯片：平沟道磁分离芯片和鱼骨结构磁分离芯片。进一步,利用平沟道磁分离芯片对结直肠癌细胞的捕获研究。首先将功能化的磁珠固定在芯片中的微镍柱上,形成一个由微镍柱阵列构成的捕获区。当流经的流体中的目标靶细胞与微镍柱接触作用,就会通过抗原-抗体反应而被捕获到柱子上。接下来,我们用细胞悬浮液对芯片的结构进行了优化,再通过人造的模拟血液样本,对平沟道磁分离芯片的捕获效率进行了表征。实验结果显示,我们的平沟道磁分离芯片对模拟血液样本中的肿瘤细胞取得了-40%的捕获效率。与此前报道过的方法不同的是,我们的平沟道磁分离芯片不仅能够捕获肿瘤细胞;还能通过磁操控的手段,便捷地实现捕获细胞从芯片上的可控释放,释放效率超过90%,并且释放下来的细胞存活率为78%,方便了后续对细胞进行的下游分析。在前一个工作的基础上,利用鱼骨结构磁分离芯片对肝癌细胞的高纯度捕获与释放研究。通过引入具有鱼骨结构的微通道,以及与抗体具有相同特异性识别能力的核酸适配子；实现了对血液中肝癌细胞的高纯度捕获与释放,以及磁珠与细胞的进一步分离。具有鱼骨结构的聚合物微通道增强了目标靶细胞与微镍柱之间的接触,从而提升了捕获效率与芯片的整体通量；而核酸适配子则可以被核酸酶降解,从而实现磁珠与细胞的分离,后续的细胞再培养实验和核酸扩增实验突出了细胞-磁珠分离的优势。实验结果显示,这种鱼骨结构磁分离芯片取得了-68%的回收效率与～61%的回收纯度。最后,博士阶段的工作总结与展望。总结博士期间的工作,从磁珠的合成与功能化,芯片的制备与仿真,肿瘤细胞的捕获与释放进行三方面阐述。然后,主要针对循环肿瘤细胞的单细胞捕获与分析进行未来工作的展望。
[Abstract]:The micro - fluidic chip technology is based on the traditional micro - fluidic chip technology , and the micro - fluidic chip has the advantages of less reagent consumption , high reaction speed , high total flux , low preparation cost , controllable flow and the like . The invention discloses a magnetic separation chip with a fish bone structure , which is characterized by comprising two parts : a polymer micro - channel chip and a glass substrate plated with a micro - nickel column array ;

【学位授予单位】：武汉大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：R730.2

【相似文献】