【微流控·博士公开课】实现高体积通量过滤的微孔阵列滤膜

在上个系列公开课中,我们给大家介绍了“聚合物微结构批量加工”相关内容,并对现有技术进行了归纳总结。这期我们为大家带来另一个技术:微孔阵列分离技术

 

临床样本检测的真正难度在于其成分的复杂和随机性,因此临床检验设备体积的大小,通常由其分离模块的效率决定,同等精度要求下,效率越高体积也就可以做得越小。如果器件本身精度不够,只能通过稀释样本,同时加大反应接触面,以空间换精度,从而达到提高检测精度的效果。反之,如果需要将反应体系缩小,就对流体通道加工与流体控制提出了更高要求,这需在方寸之间有条不紊的发生各类预定流程,或分离、或反应、或激活、或去除。

 

这些原因造成目前检验设备体积朝两极化发展:

 

  • 一方面,检验科的大型检测设备越做越“大”,如高通量全自动生化分析仪、血液分析仪、一体化实验平台等,占去半个屋子的大型分析仪器就像是一个功能强大的生化实验室,功能之强大几乎无所不能。

     

  • 另一方面,以“滴血验癌”为标杆的小型化即时诊断技术引无数英雄竟折腰,各类体外诊断设备研发都在“短小精干”下足了功夫,以望执未来便携式临床体外诊断之牛耳。  

微孔阵列分离技术

 

微孔阵列分离技术在两极化的背景下孕育而生。微孔阵列分离技术可以在数层10微米薄的微孔阵列薄膜上实现大体积临床样本中的肿瘤细胞分离,最大限度的提高了分离效率,并为循环肿瘤细胞(CTC)的高效捕获、释放、后期再培养等提供了解决方案。

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细胞分离示意图

 

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滤膜上分离得到的微球直径 (μm)

 

其中血液循环肿瘤细胞(CTC)富集,每1cm2过滤面积的全血过滤平均通量为18mL/min,肿瘤细胞的平均捕获率为83.2%,捕获纯度为1%-15%(5mL全血过膜后膜上残留白细胞数少于1000个)。膜上细胞释放回收效率不小于99%,膜上细胞再培养成活率大于90%。

 

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                                                        样本中稀有细胞的捕获效率
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膜上细胞捕获后的原位培养

  

微孔阵列滤膜

 

既继承了公认的所有分离手段中最高效节能的膜分离技术的效率,又解决了影响分离精度的 “滤膜孔径 ”与“介质”随机不均一性的问题。

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现有微孔滤膜表面比较

(传统膜图片来源http://www.goldengene.com/goods.php?id=6287,核孔膜图片来源http://nyht.com.cn/le3/5.jpg)

 

传统成膜为了保证性能稳定,膜的厚度通常在300μm以上,很难以单层膜的形式独立存在;而核孔膜厚度一般在十几μm,虽然该技术实现了均一孔及单层膜制备,但由于其孔分布不均一性等缺点,仍限制了该技术在高端临床检测的应用。

 

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常用微孔阵列方案

 

由佰迈科技与含光微纳联合推出的新一代微孔阵列滤膜,拥有孔径从1-100μm均一孔、孔隙率50%以上、10μm厚超薄单层膜等众多优点,弥补了传统膜分离的短板,有效拓展了膜分离技术在高端临床诊断的应用,有望助力临床诊断同行们打造 “滴血测癌”终极武器。

 

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新一代微孔阵列分离技术在血液分离中的应用

 

该微孔阵列芯片加工技术源于北京大学微纳电子学研究院王玮教授实验室四年科研成果,曾获日内瓦国际发明展评审团特别推荐金奖荣誉,现由苏州含光微纳有限公司加工和销售,首次实现超高精度的高孔密度微孔阵列滤膜的量产。该技术基于先进聚合物微机电系统制备工艺,成功在非实验室条件下制备出兼具超高孔隙率和精确可控的微孔阵列结构,实现了多种大体积复杂临床体液中痕量脱落肿瘤细胞的高效简便检测。

 

含光微纳具有业界先进的聚合物微流控芯片量产解决方案,含光独有的模具加工工艺结合精密注塑成型生产技术,实现快速、精细、最小流道低至1μm的聚合物芯片大规模量产,显著降低了芯片的制造费用。

 

 

本期作者

马萧

丹麦奥胡斯大学医学院生物医学专业博士,丹麦奥胡斯大学交叉学科纳米科学中心博士后,曾任职于北京大学信息科学与技术学院微纳电子学研究院,现任北京伯迈科技有限公司CEO。

 

 

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