检测血液中的癌细胞：微流体装置捕获癌细胞的效率高达90%

微流控芯片

汶颢微流控

循环肿瘤细胞 (CTC) 是指从原发性肿瘤中分离出来的癌细胞。这些肿瘤细胞可以通过血液循环系统，进入其他器官，并引发继发性肿瘤。因此，检测并鉴定血液中的 CTC 有助于临床诊断和治疗各种癌症。然而，从血液中有效捕获 CTC 已被证明十分困难。

微纳米制造技术的进步以及新型聚合物材料的出现，催生了能够检测CTC的微流体系统。最近的报告表明，利用抗体作为捕获分子，CTC可以被捕获在微流体系统中。然而，将抗体整合到微型设备的特定区域需要复杂的化学反应，最终会增加大规模生产CTC传感微设备的成本。

为了通过经济高效的传感平台从血液中高效捕获循环肿瘤细胞 (CTC)，由日本千叶大学工程研究生院的山田真澄教授领导的科学家团队开发了新型微流控装置，该装置集成了与生物细胞大小相当的微锥。该团队由千叶大学理工研究生院的斋藤雄平先生和日本电气化学株式会社电气化学创新中心的青山修平博士组成。他们的研究成果于2025年5月28日发表在《芯片实验室》(Lab on a Chip)期刊上。

最初，研究人员利用热纳米压印光刻技术（T-NIL）——一种基于热的制造技术，将具有纳米级粗糙度的微锥阵列制成聚碳酸酯（PC）薄片。具体而言，T-NIL 可以制备尺寸约为 30 微米、以六边形图案排列的微锥。由于其基于表面化学和形态的相互作用，微纳米工程 PC 薄片可以轻松结合并吸附抗体。

为了开发出一种功能性微型装置，科学家们在制备好的PC薄片上涂覆了抗人上皮细胞粘附分子抗体，这种抗体可以捕获癌细胞。然后将PC薄片夹在平板和玻璃载玻片之间，形成微流体通道。

山田教授说：“为了研究微锥排列对癌细胞捕获行为的影响，我们控制了微间隙通道中微锥阵列的方向角。”

在实验分析中，该微流控装置展现出对血液样本中人类乳腺癌 (MCF-7) 细胞和人类肺癌 (A549) 细胞的高选择性捕获能力。值得注意的是，当微锥的取向角为 15° 或 30° 时，即使在高流速下，MCF-7 细胞的捕获效率仍保持在 90% 以上。这一发现表明，微锥的排列方式是该微流控装置传感应用的关键。

最后，为了突出该装置的临床诊断能力，研究人员进行了一项免疫染色研究，利用荧光染料检测特定蛋白质。尽管使用了多种试剂对细胞进行荧光标记，他们发现癌细胞仍然被困在微通道内，无法逃脱。此外，在荧光灯下观察时，被捕获的癌细胞可以很容易地与正常细胞区分开来。

山田教授最后描述了这种新型微锥诊断系统的潜在应用：“目前检测癌症的技术有很多，但使用微创方法高灵敏度地检测癌细胞一直是一个长期存在的挑战。我们希望通过我们新的微流体系统，即使是简单的血液检测也能帮助早期诊断癌症。它也可能有助于验证癌症治疗的有效性并监测治疗后的复发情况。”

综上所述，这项研究揭示了一种简单、经济高效且高度灵敏的诊断工具，可以检测血液中的循环癌细胞。

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