一种基于SERS的微流控芯片及制备方法及应用技术

本发明专利技术公开了一种基于SERS的微流控芯片及其制备方法以及应用。该微流控芯片包括由PDMS制成的芯片本体和载玻片，芯片的主要结构包括多个反应试剂的入口、团块杂质阻隔区、循环肿瘤细胞捕获检测区、人字形通道的溶液混合区域、磁铁圆片的定位区、免疫磁性“三明治”结构富集检测区和废液出口，进液口和出液口上下贯穿芯片本体，团块杂质阻隔区包括长方体微柱阵列，以上的多个功能区在芯片本体底部，它们以及进液口和出液口经由通道进行连接，并与载玻片进行不可逆封接。本发明专利技术操作简单、制作成本低、检测时间短、灵敏度高，对于癌症标志物的多重检测具有重要意义。多重检测具有重要意义。多重检测具有重要意义。

【技术实现步骤摘要】
一种基于SERS的微流控芯片及制备方法及应用


[0001]本专利技术涉及表面增强拉曼光谱检测方法，尤其涉及一种基于SERS的微流控芯片的制备及其在前列腺癌检测中的应用。

技术介绍

[0002]一项发展十分快速的技术是基于微流体设备的研发，其中流体流动的微尺度精确操纵被用于各种应用，包括生物医学、组织工程和许多正在探索的应用。微流体设备的开发为微流控的研究提供了强大的动力，它使得传统的生化实验方案小型甚至微型化，即将样品制备、反应、分离和检测这些功能高度集成在一块微米尺度的芯片上，使其成为一种微通道联网系统，也正因此，微流控芯片也被称作片上实验室(Lab on a chip)。近年来，随着微纳技术的快速发展，微流控技术在细胞、分子方面的研究显示出巨大潜力,这也意味着微流控芯片在癌症诊断和管理方面显示出巨大的前景。在微流体规模上对尿液、血液和其他组织液的分析已经产生了包括对循环肿瘤细胞、外泌体、蛋白质等在内的癌症特异性生物标志物的检测，并且允许在单细胞水平上对组织进行生长和研究。
[0003]近年来，表面拉曼散射(SERS)技术作为一种快速振动光谱技术，已广泛用于环境、生物、化学和生物中的各种物质分析，从而可以超灵敏地检测各种生化成分。SERS技术在非常小的检测体积内提供目标分子的指纹信息。相较于荧光检测方式，SERS技术避免了自身的光漂白干扰的影响，且在多组份检测时，可以给出不重叠的拉曼特征峰，在生物分子检测中显示出巨大的应用潜力。研究发现，当分析物吸附在粗糙的金属表面时，尤其是在当金属纳米粒子聚集时，拉曼信号的强度可以大大增强,从而可以实现对低浓度分析物的超灵敏检测。因此为了使用SERS实现目标待测物的灵敏检测，选择合适的纳米材料是十分必要的,由此可以实现待测物的超灵敏痕量检测。
[0004]前列腺癌是男性癌症死亡的第二大常见原因，在中国，近年来相比于肺癌，前列腺癌的发病率并没有得到明显下降控制，这与癌症筛查和治疗实践息息相关。目前前列腺癌诊断的金标准是经直肠超声引导活检的侵入性检测方法。众所周知，早期前列腺癌诊断对于通过简单有效的治疗来确保提高生存率至关重要，目前国际上关于前列腺癌的筛查过程进行了大量的研究讨论。然而，前列腺癌的生物标志物可能是非特异性的。灵敏的微流体检测系统能够用少量的液体检测某些标志物的临床显著水平，再加上小尺寸的护理点测试，提供即时癌症诊断，从而彻底改变癌症筛查。微流体系统可以防止患者由于进行前列腺活检而增加发病率，并允许对“液体”进行适当的诊断，并有下游研究的巨大潜力，以协助癌症管理。此外，在流行病高发阶段，避免活检和最小化患者接触的微流控即时检测装备可以提供帮助。
[0005]前列腺特异性抗原(PSA)已被广泛应用于前列腺癌的早期诊断，导致前列腺癌相关死亡人数的急剧下降。然而，PSA检测的敏感性和特异性较低，可能导致过度诊断和过度治疗。在PSA灰度区，PSA值从4
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10ngmL
‑1，据报道PSA值与一些非恶性疾病密切相关，如良性前列腺增生症和前列腺炎。在这种情况下，为了确定前列腺癌的诊断，通常需要有创伤性的
前列腺活检。然而，活检可能会引起疼痛、出血和潜在的肿瘤转移风险。因此，特别是在PSA灰度区，迫切需要开发一种高灵敏度和非侵入性的替代方法来早期诊断前列腺癌。循环肿瘤细胞作为携带全部肿瘤“遗传因子”信息的特异性标志物，PSA与之协同检测或许是提高前列腺癌检测准确性、进行癌症分级以及判定后续是否有必要进行活检的有效手段。
[0006]2014年，古德曼等人介绍了一名被诊断患有转移性前列腺癌的54岁男性的病例。通过影像学和连续测定血清前列腺特异性抗原浓度、体能状态和CTC计数来监测患者的疾病状态。在多次就诊中，由于标准评估之间的不一致，疾病状态尚不清楚。CTC检测提供的补充信息有助于准确判断疾病状况，并为治疗决策提供支持。
[0007]2017年，Lung等人提出将制备的3种修饰抗体的生物芯片放置在微流控装置的检测井中，通过紫外
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可见光谱测量信号变化，以量化一个PCa样品中PSA、VEGF和PC3细胞的浓度，虽然得到的检测结果与ELISA相比没有显着差异，且具有特异性高、无标记、高速和稳定的优点，但该设计只是简单的集成，并没有充分发挥微流控芯片的功能。
[0008]Wang等人提出一种基于蒸发诱导氧化石墨烯(RGO)涂层的层次化微/纳米褶皱的CTC芯片，通过结合使用CTC检测和基于PSA的机器学习测试，有助于对PSA灰度区的前列腺癌进行高度敏感和非侵入性的诊断，将诊断灵敏度从常规PSA测试的58.3％进一步提高到91.7％。但依靠特异性抗体修饰基底进行CTC静态抚育捕获的方法，导致癌细胞表面的生物分子黏附，不利于CTC的下游分析，且设计的芯片仅实现了CTC捕获的功能，PSA的检测并未同步进行
[0009]目前关于前列腺癌循环肿瘤细胞(CTC)与PSA的检测主要有以下两种方式：单独的PSA或包括PSA在内的多重血清标志物检测；单独的CTC检测，或者设计微器件进行CTC检测结束后，再另外结合PSA的检测数据实现两种标志物数据的综合考量。前者的血清标志物检测缺乏肿瘤特异性，而后者由于CTC的稀有性，对于它的检测数据仍旧缺乏一定的准确度，再另外与PSA数据结合，这样的处理方式存在操作复杂、成本高、样本间差异大、灵敏度不足等问题。

技术实现思路

[0010]本专利技术的目的在于克服现有针对前列腺癌检测技术的不足，开发了一种操作简单、制作成本低、检测时间短、灵敏度高的基于SERS的微流控芯片装置。
[0011]为实现本专利技术的专利技术目的，本专利技术提出以下技术方案：
[0012]一种基于SERS的微流控芯片，所述芯片本体上设置有依次通过连接通道8连接的进液口1、团块杂质阻隔区2、循环肿瘤细胞捕获检测区3、人字形通道的溶液混合区域4、磁铁圆片的定位区5、免疫磁性“三明治”结构富集检测区6和废液出口7；所述进液口1至少有五个，所述团块杂质阻隔区2包括长方体微柱阵列，至少一个贯穿芯片本体的进液口1与所述团块杂质阻隔区2入口端相连，所述团块杂质阻隔区2出口端与至少两个所述进液口1经由连接通道8汇合后，再与所述循环肿瘤细胞捕获检测区3入口端相连；所述循环肿瘤细胞捕获检测区3出口端与至少两个所述进液口1经由连接通道8相连汇合，再与人字形通道溶液混合区域4入口端相连；所述人字形通道溶液混合区域4出口端与所述免疫磁性“三明治”结构富集检测区6入口端相连，所述免疫磁性“三明治”结构富集检测区6旁侧为所述磁铁圆片定位区5，磁铁圆片定位区5内放置磁铁进行免疫磁性复合物收集；所述免疫磁性“三明
治”结构富集检测区6出口端与所述废液出口7相连；
[0013]所述团块杂质阻隔区2、循环肿瘤细胞捕获检测区3、人字形通道的溶液混合区域(4)、磁铁圆片的定位区5、免疫磁性“三明治”结构富集检测区6以及连接通道8均在芯片本体底部，与所述进液口1和废液出口7经由流体通道相连，并通过载玻片紧密封接。
[0014]本专利技术提供本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
GTT GTG CTT AGT GGC
‑3’
。5.一种如权利要求1
‑
4中任一项权利要求所述的一种基于SERS的微流控芯片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤依次进行：步骤S1，首先在Auto CAD上绘制芯片设计图，再将其打印在透明菲林板上；步骤S2，利用步骤S1中的菲林板，经过紫外光刻将图案翻刻在硅晶圆上，将刻有图案的硅晶圆固定在培养皿中；步骤S3，将磁铁圆片放置在硅晶圆上的磁铁圆片定位区，由于一个硅晶圆上刻有多个芯片设计图，在培养皿下方放置一个平坦铁片，以防止磁铁圆片相互吸引；步骤S4，将PDMS单体与固化剂按照10：1的质量比例充分混合，排除气泡后浇筑在步骤S2中所述的硅晶圆上；若磁铁圆片由于浇筑PDMS导致位置偏移，用镊子轻轻移动将其归位，激起的气泡用吹耳球定向吹破；步骤S5，将培养皿放置在烘箱中，75℃烘烤两个小时进行固化；步骤S6，固化完成后，液态的PDMS转化为弹性体，将培养皿放置在室温条件下冷却5～10min，然后,将带有图案的PDMS芯片区域与硅晶圆模板剥离；步骤S7，用适配的打孔器将微流控芯片上的进液口与出液口进行打孔处理，,在后续试验中可以与软管相连，以便样液流经整个芯片系统；步骤S8，将打好孔的芯片与玻璃片用乙醇浸泡，进行超声清洗10min，取出后放置在洁净的加热板上进行干燥；步骤S9，干燥后的芯片用医用胶带轻轻粘去表面的污染物，玻璃片用无尘布轻轻擦拭，保持二者洁净，然后将处理后的芯片和玻璃片进行氧等离子体封接。6.一种如权利要求1
‑
4中任一项权利要求所述的一种基于SERS的微流控芯片在前列腺癌标志物检测中的应用。7.如权利要求6所述的一种基于SERS的微流控芯片在前列腺癌标志物检测中的应用，其特征在于，具体包括以下步骤：首先，用针管吸取一定量的待测样和相应的试剂，并通过注射泵和软管与芯片连接，在注射泵的动力作用下，待测样经过循环肿瘤细胞捕获检测区(3)时，PC3细胞由于物...

【专利技术属性】
技术研发人员：高荣科，卓莹，于连栋，夏豪杰，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：