离子束材料表面改性在循环肿瘤细胞捕获和释放方面的应用

Cancer is a serious threat to human life and health, with high morbidity and mortality. Therefore, early diagnosis and treatment of cancer is crucial. Circulating tumor cells (CTCs) are that shed from the primary tumor tissue, circulating into the peripheral blood of cancer patients, and the important information they carried is crucial for the early diagnosis and treatment evaluation of cancer. Currently, various methods have been explored in capturing and releasing CTCs, but the non-specific adsorption of white blood cells in the obtained cells can’ t be avoided, which lowers the purity of CTCs and will affect the subsequent biological and medical analysis of cancer. The project plans to utilize three dimensional nanorod array (titanium dioxide arrays) as the substrate. After surface modification by ion implantation and physical treatment, the substrate will have a further rough surface with porous structure and act as a frameworks for biodegradable maaterials deposition. In order to improve the purity of obtained CTCs, the microfluidic chip platform with operable units (light control module, electrical stimulation module and micro-valve module) will combine with the modificatory substrate for capturing and fixed-point releasing CTCs. This project will provide an efficient platform for in vitro diagnosis, and efficacy evaluation.

癌症严重威胁着人类的生命健康，具有高发病率和死亡率，故肿瘤早期的诊断和治疗至关重要。循环肿瘤细胞（CTCs）是从原发肿瘤组织上脱落下来进入到患者外周血中的肿瘤细胞，它对于肿瘤的早期诊断和治疗评估有很重要的临床价值。目前CTCs的捕获与释放手段虽然多种多样，但是分选得到的细胞中却无法排除白细胞的非特异性吸附，难以获得高纯度的CTCs, 从而会影响后续的肿瘤生物学以及医学分析。本项目计划利用三维TiO2纳米杆阵列为基底，通过离子束材料表面改性技术使基底材料表面为多孔粗糙结构，以三维多孔结构为骨架再沉积一层可生物降解的纳米材料，用以高效捕获和释放CTCs。结合具有可操作单元（光控模块、电刺激模块或者微气阀结构等）的微流控芯片平台，将捕获和定点释放集成在小型流体芯片上，实现CTCs的定点释放，达到纯化CTCs的目的，进而为患者在体外诊断，药效评估等方面提供有效的实现平台。

癌症严重威胁着人类的生命健康，具有高发病率和死亡率，故肿瘤早期的诊断和治疗至关重要。目前循环肿瘤细胞（CTCs）的捕获与释放手段虽然多种多样，但是难以排除白细胞的非特异性吸附获得高纯度的CTCs，从而会影响后续的肿瘤生物学以及医学分析。项目执行期间合作发表6篇SCI论文，协助培养3名博士研究生。主要开展了以下几方面的研究工作：1.利用水热法制备了氧化钛/氧化锌纳米杆基底，通过离子注入进行材料改性，来进一步提升细胞捕获效率和可控释放；2.静电纺丝法制备氧化锌纳米线基底，提升了CTCs的捕获效率；3.利用声波微流控芯片打印出液滴，实现了对CTCs的单细胞包覆；4.将具有光响应效应的聚吡咯纳米颗粒和明胶结合制备了三维微纳基底，提高了CTCs的捕获效率，并利用近红外光实现了对目标CTC的选择释放；5. 调研了基于纳米材料的免疫亲和技术用于CTCs的识别、分离和鉴定工作，总结了该研究方向的不足和亟待解决的问题；6.进一步对CTCs的单细胞提取技术进行了总结和发展瓶颈分析。本项目的完成为探索CTCs的高纯度捕获和单细胞提取技术提供了新方法和新思路。