基于微流控芯片和纳米材料的循环肿瘤细胞的捕获与释放研究

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1、分类号R445学校代码10495UDC616密级公开硕士学位论文基于微流控芯片和纳米材料的循环肿瘤细胞的捕获与释放研究作者姓名：高易凡学号：1515053009指导教师：李颂战学科门类：工学专业：电子科学与技术研究方向：循环肿瘤细胞的检测与分析完成日期：二零一八年六月WuhanTextileUniversityM.E.DissertationStudyonCaptureandReleaseofCirculatingTumorCellsUsingMicrofluidicChipandNanomaterialsCandidate：GaoYifanSupervisor：Prof.L

2、iSongzhanTime:June2018原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体均已在文中以明确，方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：签字曰期年＜月曰ｆ学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解武汉纺织大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权武汉纺织大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印

3、或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）為为見‘：学位论文作者签名导师签名：七！九签字曰期：年曰签曰期：年／曰＜月丨字月／摘要人们的生命健康正在遭受着恶性肿瘤的严重威胁，由于不健康的生活方式越来越普遍，可能导致恶性肿瘤的出现和扩散。患癌病人的发病率和死亡率非常高。癌症的预防和前期诊断对患癌病人是至关重要的。但是在通用的癌症诊断方法中，其灵敏度和特异性极度低下。国内的医疗设备检测到患者体内的恶性肿瘤时，患癌病人已处于癌症晚期，错过了最佳治疗时间段。目前，医学研究

4、者对CTCs的研究获得了越来越多的关注，并在CTCs检测与分析方面取得了突破性的进展。循环肿瘤细胞（CirculatingTumorCells,CTCs）是从原发病灶肿瘤脱落下来进入外周血液中的肿瘤细胞。研究表明，CTCs在肿瘤研究中起到至关重要的作用。CTCs在肿瘤的诊断、治疗及监控等方面都扮演者举足轻重的角色，CTCs检测广泛用于体外早期诊断、预后的判断及有效评估化疗效果等。近十几年来，纳米材料和微流控技术对微纳米尺度范围可控，逐步成为有效的CTCs检测方式。目前，CTCs检测技术存在缺陷，捕获效率偏低，纯度较低，无法达到较高活性的有效释放，从而无法开展细胞培养。微流控芯

5、片作为实验平台，促使复杂的生化实验小型化，具有集成度高、样品用量少、实验时间短、灵敏度高、实验可控度高、便于观察与分析、和携带方便等优势。微流控芯片的微通道尺寸和细胞尺寸大小匹配较高时，能够实现细胞群体甚至单个细胞的分离富集和分析过程。微流控技术广泛应用到生物医疗、纳米材料和电子信息领域。优越性能的纳米材料广泛应用于医疗、电化学和光学等科研领域中。例如，生物医疗领域中，纳米材料凭借着较好的生物相容性，实现生物传感器的制作、生物分子的标记和药物的递送中。伴随着纳米材料的合成和表征的延续，科技工作者们制备出品种参差不齐，形貌各异、尺寸不同和性能稳定的纳米材料。纳米材料在催化效应、

6、染料敏化、太阳能薄膜、超级电容器、生化传感器等领域具有广泛而良好的应用。本论文总结了CTCs检测与分析方面的研究进展，面对目前CTCs分离富集所出现的问题，利用以上纳米材料和微流控芯片的优势，本文对CTCs检测与分析做出了富有建设性的工作。主要研究工作如下所示：1.本文设计了一种新颖的微流控芯片，其内部含有渐变的楔形微通道，用于分选与释放肿瘤细胞。它的内表面上有一层可降解的氧化锌纳米棒衬底。2.本文采用磁控溅射的方式在光学玻璃片上镀ZnO薄膜。六次甲基四胺和六水合硝酸锌配制一定比例的混合水溶液。水浴加热的方法生长ZnO纳米棒（约2μm）。3.基于连续尺寸大小过滤和可溶性ZnO

7、衬底的微流控芯片，本文展示了高效CTCs捕获效率、有效CTCs释放效率、高CTCs活性、CTCs培养及下游分子分析。基于尺寸大小过滤，本文研究了不同的流速与CTCs捕获效率、添加有不同细胞系的血液样本与CTCs捕获效率的影响，并且将有ZnO衬底的微流控芯片作为实验组，纯玻璃的微流控芯片作为对照组研究其相关影响。基于可溶性ZnO衬底，本文研究了在CTCs释放时间一定的情况下，不同浓度的稀磷酸与CTCs释放效率和CTCs活性的影响，同时将实验组与对照组相比较，研究其相关影响。CTCs连续培养几天，达到较高的