基于梯形截面惯性微流控芯片的乳腺癌循环肿瘤细胞临床分离技术

本研究针对乳腺癌循环肿瘤细胞(CTCs)分离技术复杂、效率低的问题，开发了一种梯形截面惯性微流控芯片。通过优化SLA 3D打印技术，实现了MCF-7细胞88%回收率和99.99%纯度，临床检测灵敏度达80%，为无标记CTCs分选提供了新方案。

　　

在癌症诊疗领域，循环肿瘤细胞(CTCs)作为"液体活检"的重要标志物，其分离技术一直面临巨大挑战。这些稀有细胞在血液中含量极低（仅1-100个/10⁶血细胞），且具有高度异质性，传统基于EpCAM（上皮细胞粘附分子）的亲和分离方法存在成本高、通量低等问题。尤其对于乳腺癌这类高发恶性肿瘤，开发简单高效的CTCs分离技术对早期诊断和治疗监测具有重要意义。

针对这一难题，国内研究人员在《Biochemical Engineering Journal》发表创新成果。团队设计了一种梯形截面螺旋微流控芯片，采用立体光刻(SLA)3D打印技术制造，通过优化流体动力学参数，实现了乳腺癌MCF-7细胞的高效分离。该技术突破传统方法限制，在7.5 mL裂解血样中达到86±2.9%回收率和94±2.3%纯度，临床验证显示80%检出率（8/10患者），细胞活性保持90%以上。

关键技术包括：1）COMSOL模拟确定1.2 mL/min最佳流速；2）梯形截面（600 μm宽，75/150 μm内/外高）设计增强Dean涡流；3）SLA 3D打印实现透明树脂芯片一体化成型；4）免疫细胞化学(ICC)染色验证临床样本。

【芯片设计与制造】
通过SOLIDWORKS设计梯形截面螺旋通道，采用6K分辨率SLA打印机成型。独特的7.13°倾斜角设计使Dean涡流向长壁（外壁）偏移，增大不同尺寸细胞间距，无需鞘流辅助即实现高效分离。

【数值模拟与Dean涡流形成】
COMSOL多物理场仿真显示，随流速增加（0.5-1.7 mL/min），Dean涡流强度呈非线性增长。1.2 mL/min时形成稳定双涡结构，使>15 μm肿瘤细胞向内侧富集，而血细胞滞留外侧。

【临床验证】
在10例乳腺癌患者检测中，检测下限达2 cells/mL，纯度89±1.6%-92±5.8%。ICC染色证实分离细胞保留上皮标志物，且活性显著高于传统离心法（p<0.01）。

这项研究开创性地将梯形截面几何调控与惯性微流控相结合，解决了CTCs分离中回收率与纯度的矛盾。相比同类技术，其优势体现在：1）单步处理7.5 mL全血样本；2）省略EpCAM抗体等昂贵试剂；3）3D打印降低成本至传统光刻的1/5。特别值得注意的是，该设计使肿瘤细胞免受机械损伤，为后续培养和基因分析奠定基础。研究团队正将此项技术拓展至肺癌、结直肠癌等多癌种检测，有望推动液体活检技术的临床普及。