提出用于分离CTC的3D堆叠多级惯性微流控芯片

杭州电子科技大学科学家的一篇论文提出了一种 3D 堆叠的多级惯性微流控分选芯片来富集和分离循环肿瘤细胞 (CTC)。新论文发表在Cyborg and Bionic Systems杂志上，提供了螺旋和蛇形通道的多级集成，可以满足高通量的流速输入和下游检测的流速输出的要求。

“在外周血中发现的循环肿瘤细胞 (CTC) 显示出丰富的信息，被证明是癌症诊断和治疗监测的标志物，”资深作者、杭州电子科技大学教授黄说。“然而，由于外周血中的稀有细胞数量极少(仅 1-100CTC/ml)和大量背景细胞，因此通常难以可靠地分离可行和完整的 CTC。”

在过去的几十年中，已经开发了许多微流体平台来分离靶细胞，以满足生物医学研究和临床诊断的需要。

“与现阶段临床应用的传统大容量细胞分选技术相比，基于微流控的细胞分选技术可以在微观尺度上精确操控液体或细胞的位移。由于设备体积小，成本低，并且样本消耗少，在即时检测(POCT)的应用中具有巨大的潜力和较高的操作准确性，”研究作者徐说。

生物样本的分离和检测往往依赖于它们的物理特性，如尺寸、可变形性、质量、电学特性等。由于 CTC 与红细胞 (RBC) 或白细胞等其他细胞具有明显的尺寸差异。 WBC)，它们可以按大小分开。

惯性微流控技术是以高通量和被动方式富集肿瘤细胞的无标记技术之一。惯性升力和 Dean 拖曳力之间的平衡导致粒子或细胞在一定流速下在螺旋通道中的明确平衡位置，基于它们的大小。

新提出的3D堆叠多级惯性微流控细胞分选芯片集成了一个梯形螺旋通道和两个方形蛇形通道。梯形螺旋通道是芯片的第一级，具有一个入口和两个出口。不同阶段的通道从上到下按照液体流动方向排列，整个芯片只有一个入口，没有鞘流。

此外，为保证通道的各个阶段都能工作在最佳工作状态，还设计了匹配通道来匹配流阻。

“经过RBCs的自动多级去除和目标流的减速、聚集和浓缩，流速从入口的mL/min降低到出口的μL/min，更容易与下游检测集成以及阻抗检测和成像分析等分析，”徐说。

为了表征该芯片的性能，对肿瘤细胞进行检测，结果表明它可以从大量红细胞中分离肿瘤细胞(SW480、A549和Caki-1)，分离效率>80%，分离纯度为 90%，浓度倍数约为 20。

“在实际应用中，通常同​​时需要高通量的高流速输入和易于下游检测的低流速输出，”黄说，设计的 3D 堆叠多级微流控芯片克服了分离纯度、分离效率之间的限制, 和单级芯片的吞吐量，并通过多级流速降低为集成下游检测方法提供了有希望的基础。

展望未来，为了简化一些应用场景所需的设备，例如在实验室外，研究人员正在考虑如何将检测方法与现有的 3D 堆叠多级通道相结合，以实现便携式自动分拣检测系统。