研究背景与目的

CTC 的重要性：CTC 是从肿瘤脱落进入血液的癌细胞，对癌症的早期检测、治疗监测和个性化医疗有重要意义。但它在血液中非常罕见，每毫升血液中仅有几个，且与大量白细胞（WBC）等其他血细胞共存，分离难度大。

现有技术的不足：传统的 CTC 分离技术要么依赖细胞表面生物标志物（如抗体），可能受细胞异质性影响；要么基于物理特性（如大小），但分离效率和细胞活力难以兼顾。

核心技术与设计

螺旋微流体通道：利用流体在螺旋通道中流动时产生的惯性力，使不同大小的细胞聚焦在通道的不同位置。较大的 CTC 和较小的 WBC 会分别聚集在通道的内侧和外侧。

液压结构（水翼）：在螺旋通道下游添加类似飞机机翼形状的液压结构。它能进一步扩大 CTC 和 WBC 流之间的距离，就像用 “挡板” 把两种细胞流更彻底地分开，提高分离分辨率。这样一来，即使使用较短的螺旋通道，也能达到很好的分离效果，还能让收集到的 CTC 更集中。

材料和方法

(a)在螺旋通道下游的四个环和液压层的制造硅/玻璃芯片。 通过使用硅的深反应式离子蚀刻(DRIE)对通道进行模式化，并通过阳极粘结用玻璃密封。指示CTC和废物出口和样品入口。(b)带有HY的部分的SEM图像

微流体设置对压力驱动微流体阀进行测试。微流体调节器由压力控制器(ELVEFLOW OB1MK3)组成，该控制器通过一根管子连接加压氮气流，产生所需压力;两个流量传感器(ELVEFLOWMFS5)，用于连续测量入口流量和出口流量;定制设计的微流体芯片架，用于容纳微流体芯片，并促进与微通道的流体连接:熔融硅化(内径:250pm)(PostnovaZ-FSS-250365，Landsberg am Lech, Germany);微流体装置(PostnovaZ-UC-F-123H、Z-UC-N-123-03X，Landsberg am Lech,Germany);聚氨酷管(ELVEFLOW气动连接套件):带伺服适配器的入口/出口储液罐(ELVEFLOW)。
 

 

ELVEFLOW OB1 MK4微流控精密真空泵

实验验证与结果

细胞模型与实验设计：使用乳腺癌细胞系（MCF7）作为 CTC 模型，将其加入健康人血液中，通过单步或两步处理（即让样本一次或两次通过芯片）来测试芯片性能。

关键性能指标：

·回收率：单步处理时，CTC 回收率为 77.1%，即能回收到 77.1% 的 CTC；两步处理时，回收率降至 65.5%，但纯度（即 CTC 在收集液中的占比）从单步的约 79% 提升到 88.3%。

·细胞活力：单步处理后，84.7% 的 CTC 保持存活；两步处理后，仍有超过 80% 的细胞存活，说明该技术对细胞的损伤较小。

·处理速度：芯片处理速度高达 1.2 毫升 / 分钟，处理 10 毫升样本（相当于 5 毫升全血）单步只需不到 9 分钟，两步约 12 分钟，适合高通量应用。

优势与应用前景

无标记分离：不依赖抗体等生物标志物，避免了因细胞表面标志物变化导致的漏检，适用于多种癌症类型的 CTC 分离。

高纯度与高活力：通过两步处理可在保证较高细胞活力的前提下，显著提高 CTC 纯度，为后续的分子分析和功能研究（如肿瘤耐药机制研究、细胞培养等）提供优质的细胞样本。

临床潜力：该技术有望成为液体活检的重要工具，帮助医生更精准地监测癌症进展、评估治疗效果，为癌症患者的个性化治疗提供依据。目前，针对不同癌症类型的临床研究和下游分子分析正在进行中。

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