一种整合型的微流控芯片新设计

2020年11月，北京大学核物理与核技术国家重点实验室杨根研究组与定量生物中心罗春雄研究组在《Lab on a Chip》以正封面发表题为“A novel microfluidic device integrating focus-separation speed reduction design and trap arrays for high-throughput capture of circulating tumor cells”的研究论文，实现了快速高效和高纯度的从癌症患者血液中分离循环肿瘤细胞（Lab Chip 20: 4094-4105, 2020）。

芯片的整体示意图

癌症从发生到临床发现往往需要10年的时间，癌症治疗的根本途径是早期发现或者对已转移瘤能有效治疗。循环肿瘤细胞（circulating tumor cells, CTC）是指从原位瘤脱落下来进入到循环系统的肿瘤细胞。作为精准医疗和液态活检核心靶标的CTC，不仅可用于癌症转移前的早期筛查，而且在临床肿瘤的分期、预后、特异性药物筛选、疗效检测、治疗和复发监测等方面都具有极其重要的临床应用价值。然而由于CTC在血液中数量极其稀少（约1-100个/mL），其高效高准确捕获一直是前沿科学难题和临床应用的关键障碍。

杨根课题组与罗春雄研究组密切合作，提出了一种整合型的微流控芯片新设计，将基于流线的降速结构和基于过滤的捕获结构进行整合，能在很大流速范围内（5-40 mL/h）都实现高效率（高达94.8%）和高纯度捕获（4log 白细胞去除率）。课题组也与山东齐鲁医院济宁分院进行了临床双盲实验，对11例肺癌、乳腺癌和肝癌患者血液中的CTC进行了双盲检测，检出率高达100%，其中CTC个数从6-117个/mL不等，平均值31个/mL，中位数25个/mL。由于该芯片具有成本低，方便快速，效率高，对操作条件不敏感鲁棒性好等特点，非常适合大规模临床应用。目前该微流控芯片已申请国内专利和国际专利各一项。

北京大学核物理与核技术国家重点实验室的17级博士生芦春洋和物理学院17级硕士生许健为该文的第一作者，核物理与核技术国家重点实验室的杨根副教授和物理学院罗春雄教授为本文的共同通讯作者，其他参与人还包括核物理与核技术国家重点实验室的王宇钢教授、北京大学物理学院欧阳颀院士，以及物理学院博士生韩锦涛和李晓等。该工作获得了国家自然科学基金重点和面上项目等的资助和支持。

杨根研究组一直围绕癌症诊断和治疗的核心科学问题持续进行研究。涉及基于激光脉冲质子加速器研究FLASH超高剂量率放疗的基础生物物理过程（Frontiers in Cell and Developmental Biology, Accepted, 2021）；揭示了癌干细胞（Cancer Science 111: 467-476, 2020；封面）、细胞外环境（Biotechnic & Histochemistry 95: 605-612, 2020；Biomedical Microdevices 22: 40-47, 2020）和细胞内染色质结构（Science China Life Sciences 63: 825-834, 2020）在癌症转移等过程中的关键作用；应邀总结和展望了基于CTC的新型POC癌症诊断策略（Sensors 20, 6073; doi:10.3390/s20216073, 2020）；针对间皮素阳性的实体瘤（胰腺癌、间皮癌、卵巢癌、肺腺癌和三阴性乳腺癌），开发了基于抗体和放射性alpha核素At-211的特异性治疗偶联物（Journal of Radiation Research 61: 684-690, 2020）和基于正电子核素Cu-64/I-124的特异性显像探针（Molecular Pharmaceutics 17, 1875-1883, 2020，封面文章）。

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