基于微流体磁选分离技术和巨磁电阻(GMR)传感器检测的血细胞分析芯片基础研究

本项目将微流体技术和巨磁电阻（GMR）传感技术有机结合起来，提出了磁性血细胞分析芯片的新思路，即将多种分离微流道及GMR传感器全部集成在一个芯片内，选择磁珠作为细胞检测计数的标记物，同时磁珠被用来进行细胞的分离及富集，其目的就是在一个芯片上实现对特定细胞的分选和检测，从原理上验证一种针对细胞检测的生物芯片技术的可行性。研究内容为具有血细胞磁选分离功能的微流道的设计与制作；检测磁珠的GMR传感器的设计与制作；微流道与GMR传感器的功能集成；磁珠对特定细胞的捕获能力和分选效率研究等。在生物模型上，选择血中的CD4+细胞作为检测目标，同时该芯片的研究属于平台技术，不仅可检测淋巴细胞，还可用于检测癌细胞、细菌感染等方面。本项目提出的细胞分析芯片，具有集成化的特点，将发展出可用于现场诊断（POCT）的疾病诊断芯片。对相关基础科学问题的研究将为针对细胞检测的POCT技术的实际应用提供理论和技术基础。

本研究涉及微流体技术、GMR传感技术、生物医学等多个学科的交叉融合。根据课题总体目标，首先分别对各专项技术进行研究，最后设计制作集成式芯片。研究结果如下：.1)GMR传感器的设计与制作。按照优化参数和生物检测需要，设计制作了四种GMR芯片。器件的GMR值最大可达9.88%，磁场灵敏度为0.24%/Oe。.2)采用GMR传感器对MyOne磁珠进行了检测，能够检测到磁珠的存在，可检测的磁珠下限约为100个，输出信号与传感器表面磁珠覆盖率基本成正比关系。同时GMR传感器能够检测流动的磁珠流体。.3)研究了两种细胞分离技术：侧向流分离技术以及Dean力分离技术。针对复杂样本中的特定靶细胞的分离，课题组提出利用侧向流分离技术结合化学裂解红细胞的方法完成白细胞、红细胞、未反应的磁性粒子以及磁性粒子抓住的白细胞的分离。再利用微镍铁阵列捕获住标记有磁珠的细胞，通过对细胞的裂解，使得最终只有磁珠流经GMR传感器并被检测。在工艺上，通过改进PDMS芯片制作工艺，有效地解决了二次浇铸PDMS的脱模问题，获得了高深宽比的侧向流微柱阵列结构。该技术获得授权发明专利1项，并实现了专利技术转让。通过与流式细胞仪的数据进行对比，细胞芯片的分离效率能达到传统流式细胞仪的80%以上，芯片捕获的CD4+T细胞占总捕获细胞的90%以上。通过多层对准键合工艺完成了多层微流道分离结构的组合封装，实现了集成微流体和GMR传感器的血细胞分析芯片。信噪比大于3。.4)为了拓展GMR传感器在生物检测中的应用，课题组将适时PCR技术与GMR传感技术结合，进行了乙型病毒性肝炎HBV的基因分型研究。用GMR生物芯片能够测出血清中200 IU•mL-1的HBV DNA，从而实现对样本进行HBV基因分型。结果发表在国际著名杂志Lab on a Chip上。课题组还针对甲胎蛋白分子和驴抗人IgG蛋白分子进行了生物固定研究和GMR检测研究。GMR生物芯片能够检测到蛋白质分子的存在，GMR阻值变化量与样品中驴抗人IgG的浓度呈半对数关系。. 新型GMR生物芯片属于一种平台技术，不仅可用于检测淋巴细胞，还可用于癌细胞、DNA、蛋白质分子等医疗检测以及环境检测等多方面。课题组在学术刊物上发表论文5篇，其中SCI收录2篇，EI收录2篇。授权发明专利1项。培养研究生5名，毕业3名。圆满完成了课题任务要求。