研究背景與目的

CTC 的重要性：CTC 是從腫瘤脫落進入血液的癌細胞，對癌癥的早期檢測、治療監測和個性化醫療有重要意義。但它在血液中非常罕見，每毫升血液中僅有幾個，且與大量白細胞（WBC）等其他血細胞共存，分離難度大。

現有技術的不足：傳統的 CTC 分離技術要么依賴細胞表面生物標志物（如抗體），可能受細胞異質性影響；要么基于物理特性（如大?。?，但分離效率和細胞活力難以兼顧。

核心技術與設計

螺旋微流體通道：利用流體在螺旋通道中流動時產生的慣性力，使不同大小的細胞聚焦在通道的不同位置。較大的 CTC 和較小的 WBC 會分別聚集在通道的內側和外側。

液壓結構（水翼）：在螺旋通道下游添加類似飛機機翼形狀的液壓結構。它能進一步擴大 CTC 和 WBC 流之間的距離，就像用 “擋板” 把兩種細胞流更徹底地分開，提高分離分辨率。這樣一來，即使使用較短的螺旋通道，也能達到很好的分離效果，還能讓收集到的 CTC 更集中。

材料和方法

(a)在螺旋通道下游的四個環和液壓層的制造硅/玻璃芯片。 通過使用硅的深反應式離子蝕刻(DRIE)對通道進行模式化，并通過陽極粘結用玻璃密封。指示CTC和廢物出口和樣品入口。(b)帶有HY的部分的SEM圖像

微流體設置對壓力驅動微流體閥進行測試。微流體調節器由壓力控制器(ELVEFLOW OB1MK3)組成，該控制器通過一根管子連接加壓氮氣流，產生所需壓力;兩個流量傳感器(ELVEFLOWMFS5)，用于連續測量入口流量和出口流量;定制設計的微流體芯片架，用于容納微流體芯片，并促進與微通道的流體連接:熔融硅化(內徑:250pm)(PostnovaZ-FSS-250365，Landsberg am Lech, Germany);微流體裝置(PostnovaZ-UC-F-123H、Z-UC-N-123-03X，Landsberg am Lech,Germany);聚氨酷管(ELVEFLOW氣動連接套件):帶伺服適配器的入口/出口儲液罐(ELVEFLOW)。
 

ELVEFLOW OB1 MK4微流控精密真空泵

實驗驗證與結果

細胞模型與實驗設計：使用乳腺癌細胞系（MCF7）作為 CTC 模型，將其加入健康人血液中，通過單步或兩步處理（即讓樣本一次或兩次通過芯片）來測試芯片性能。

關鍵性能指標：

·回收率：單步處理時，CTC 回收率為 77.1%，即能回收到 77.1% 的 CTC；兩步處理時，回收率降至 65.5%，但純度（即 CTC 在收集液中的占比）從單步的約 79% 提升到 88.3%。

·細胞活力：單步處理后，84.7% 的 CTC 保持存活；兩步處理后，仍有超過 80% 的細胞存活，說明該技術對細胞的損傷較小。

·處理速度：芯片處理速度高達 1.2 毫升 / 分鐘，處理 10 毫升樣本（相當于 5 毫升全血）單步只需不到 9 分鐘，兩步約 12 分鐘，適合高通量應用。

優勢與應用前景

無標記分離：不依賴抗體等生物標志物，避免了因細胞表面標志物變化導致的漏檢，適用于多種癌癥類型的 CTC 分離。

高純度與高活力：通過兩步處理可在保證較高細胞活力的前提下，顯著提高 CTC 純度，為后續的分子分析和功能研究（如腫瘤耐藥機制研究、細胞培養等）提供優質的細胞樣本。

臨床潛力：該技術有望成為液體活檢的重要工具，幫助醫生更精準地監測癌癥進展、評估治療效果，為癌癥患者的個性化治療提供依據。目前，針對不同癌癥類型的臨床研究和下游分子分析正在進行中。

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