一种同时检测尿液中膀胱癌细胞、结石、血细胞和细菌的微流控芯片

摘要

本发明属于细胞检测装置技术领域，涉及一种同时检测尿液中膀胱癌细胞、结石、血细胞和细菌的微流控芯片。其下层的样品通道层和上层控制样品通道开关的气动微阀层；下层的样品通道层由尿液样本入口、尿液样品主通道、尿液样本出口储液池组成，尿液样品主通道上各检测单元；检测单元包括尿液结石拦截单元、膀胱移行上皮癌细胞检测单元、膀胱腺癌细胞检测单元、膀胱鳞癌细胞检测单元、血细胞检测单元和细菌检测单元，各检测单元串联且呈圆对称分布。本发明的芯片具有高特异性，高灵敏性，可以实现仅仅检测尿液就可以判断是否患有膀胱癌和尿路症状，是一种廉价高效的尿液检测工具。

说明书

技术领域

本发明属于细胞检测装置技术领域，是基于抗原抗体免疫吸附反应原理、微流控技术和蛋白质微阵列技术，用于检测人尿液样本中膀胱癌细胞的检测装置，并同时可检测尿路感染、尿路出血以及结石。

背景技术

膀胱癌是泌尿系统最常见的恶性肿瘤，对有尿路症状的初诊筛查和对膀胱癌术后患者的复查主要手段有尿脱落细胞学检查、膀胱镜检查和荧光原位杂交(fluorescent in situ hybridization,FISH)技术。这些手段都存在一定的缺陷：

1.尿脱落细胞学检查虽然使用广泛但是假阳性率较高；

2.膀胱镜检查虽然是临床检测的“金标准”，但属于有创检测，病人需承受很大痛苦；而且肿瘤实体生长到一定体积才能准确检出，不利于早期诊断；

3.FISH技术特异性灵敏性较高，但是检测费用昂贵，且仍需与镜检配合才能确诊。

本发明就是将抗原抗体免疫吸附反应原理和蛋白质微阵列技术与微流控技术结合，使其能准确检测出尿液样本中可能出现的膀胱移行上皮癌细胞、膀胱腺癌细胞及膀胱鳞癌细胞，同时检测尿液中的细菌、结石和血细胞，以此作为标准来判断患者是否患有膀胱癌，以及尿路感染、尿路出血和结石。

发明内容

本发明提供一种新型尿液检测微流控芯片，该芯片具有高特异性，高灵敏性，可以实现仅仅检测尿液就可以判断是否患有膀胱癌和尿路症状，是一种廉价高效的尿液检测工具。

本发明的技术方案如下：

该微流控芯片装置由两层结构组成，包括下层的样品通道层(图中实线部分)和上层控制样品通道开关的气动微阀层(图中虚线部分)。下层样品通道层如图2所示，由尿液样本入口1、尿液样品主通道2、尿液样本出口储液池3组成尿液样品的通道，其中尿液结石拦截单元4-1、膀胱移行上皮癌细胞检测单元4-2、膀胱腺癌细胞检测单元4-3、膀胱鳞癌细胞检测单元4-4、血细胞检测单元4-5、细菌检测单元4-6在尿液样品主通道2上串联呈圆对称分布。在尿液样品主通道2外侧，通过上述各检测单元注入口分别注入膀胱移行上皮癌细胞特异抗体5-1、膀胱腺癌细胞特异抗体5-3、膀胱鳞癌细胞特异抗体5-5、以及大肠埃希菌和金黄色葡萄球菌特异性抗体5-9，多余液体通过各自出口流出5-2、5-4、5-6与5-10。尿液样本从入口流入，沿主通道上依次流经各个检测单元，最终通过芯片出口储液池3流出芯片。

所述各个检测单元中，尿液结石拦截单元4-1中设置有矩形门阵列6-1、6-2，门阵列间距为200μm，以拦截尿液样本中的结石，如图3所示；如图4所示三个膀胱癌细胞检测单元4-2、4-3、4-4中设置有圆柱体阵列7-1，圆柱半径为25μm，每一行相邻圆柱之间圆心间隔100μm、相邻两行圆柱之间圆心所在直线平行、圆柱体阵列交错分布，间隔100μm；如图5所示，血细胞检测单元与细菌检测单元4-5、4-6中设置有圆柱体阵列7-2，圆柱半径2.5μm，每一行相邻圆柱之间圆心间隔10μm、相邻两行圆柱之间圆心所在直线平行、圆柱体阵列交错分布，间隔10μm。

上层气动微阀层结构如图6所示，此气动微阀为常开型下压气动微阀，由主通道气动微阀8，抗体出入通道气动微阀9组成。

芯片所有通道和腔室结构采用聚二甲基硅氧烷polydimethylsiloxane，PDMS标准加工方法制作完成，并与洁净的0.17毫米厚度玻璃片键合密封，构成玻璃-PDMS型芯片。在三个膀胱癌检测单元4-2、4-3、4-4及细菌检测单元4-6与玻璃片键合的区域使用蛋白质微阵列技术处理玻璃片，使得玻璃片能够固定特异性抗体。

本发明使用微流控芯片作为载体可大大降低检测成本，结合抗原抗体特异性反应可大大降低检测的假阳性率，无创伤，灵敏度高，有助于膀胱癌的早期检测发现。

附图说明

图1微流控芯片结构示意图。

图2下层尿液样本通道结构示意图。

图3尿液结石拦截单元内部结构示意图。

图4膀胱癌细胞检测单元内部结构示意图。

图5血细胞检测单元与细菌检测单元内部结构示意图。

图6上层气动微阀通道结构示意图。

图中：1尿液样本入口；2尿液样本主通道；3尿液样本储液池及出口；4主通道上园对称的各个检测单元；5抗体注入通道和出口；6矩形拦截阵列；7圆柱体阵列；8主通道气动微阀；9抗体出入通道气动微阀；

4-1尿液结石拦截单元；

4-2膀胱移行上皮癌细胞检测单元；

4-3膀胱腺癌细胞检测单元；

4-4膀胱鳞癌细胞检测单元；

4-5血细胞检测单元；

4-6细菌检测单元；

5-1膀胱移行上皮癌细胞特异抗体；

5-2膀胱移行上皮癌细胞特异抗体多余液体出口；

5-3膀胱腺癌细胞特异抗体；

5-4膀胱腺癌细胞特异抗体多余液体出口；

5-5膀胱鳞癌细胞特异抗体；

5-6膀胱鳞癌细胞特异抗体多余液体出口；

5-7血细胞特异抗体；

5-8血细胞特异抗体多余液体出口；

5-9大肠埃希菌和金黄色葡萄球菌特异性抗体；

5-10大肠埃希菌和金黄色葡萄球菌特异性抗体多余液体出口；

6-1和6-2矩形门阵列；

7-1和7-2圆柱体阵列。

具体实施方式

微流控芯片是透明的玻璃-PDMS芯片，具有良好的生物相容性。检测的过程如下：首先对主通道气动微阀8施加高气压，主通道气动微阀关闭，然后通过各检测单元抗体注入口注入相应特异性抗体，抗体即会结合到经蛋白微阵列技术处理的玻璃片上。然后将主通道气动微阀压力恢复正常水平，主通道气动微阀打开。接下来，对抗体出入通道气动微阀9施加高气压，抗体出入通道关闭，保证尿液样本只流过主通道和各个检测单元。从尿液样本入口1注入尿液样本，经过一定时间后，样本经过各个检测单元流入储液池出口3，细胞或细菌即可粘附到相应的特异抗体包被的检测单元。此时可取芯片在显微镜下观察各个检测单元中是否出现了特异粘附的细胞或细菌，即可检测尿液样品中是否有各型膀胱癌细胞和细菌。