[發明專利]一種用于細胞受力行為研究的微流控芯片系統

有效

• 申請號: 201010182862.2
• 申請日: 2010-05-26
• 公開（公告）號: CN102262162A
• 公開（公告）日: 2011-11-30
• 發明（設計）人: 秦建華;高興華;張旭;林炳承
• 申請（專利權）人: 中國科學院大連化學物理研究所
• 主分類號: G01N35/00
• 分類號: G01N35/00
• 代理公司: 沈陽晨創科技專利代理有限責任公司 21001
• 代理人: 張晨

技術領域

本發明主要涉及微流控芯片，特別提供了一種細胞受力行為研究微流控芯片系統。

背景技術

微流控芯片實驗室作為本世紀一項重要的科學技術已經在包括化學、生物學、醫學等多個領域展現了其獨特的優勢，更因其同細胞尺寸匹配、環境同生理環境相近、傳熱傳質快、通量高可以集成等特點而成為新一代細胞研究的重要平臺，隨著近二十年的發展，基于微流控芯片系統的細胞研究已經有所突破，相關細胞操作已基本都可在芯片上實現。此外，干細胞作為細胞研究領域中最為熱點的對象之一，也逐漸成為微流控芯片的重要研究對象，在微流控芯片系統上研究干細胞與微環境的相互作用，特別是與物理因素有關的諸如機械外力、基質物理性質、納米表面等也成為可能。隨著研究的不斷深入，微流控芯片系統或可成為干細胞研究的重要平臺技術之一，為同干細胞研究相關的組織修復、再造移植及遺傳發育等方面提供技術與理論的支持。

發明內容

本發明的目的在于提供一種細胞受力行為研究微流控芯片系統，特別是一種針對間充質干細胞受力行為研究微流控芯片系統，具體說是一種基于PDMS(聚二甲基硅氧烷)膜彈性形變的細胞受力行為研究微流控芯片系統。

本發明以外部真空泵為動力源，以PDMS彈性薄膜為細胞受力載體，利用PDMS彈性薄膜在負壓作用下發生形變，致使其上貼附細胞受機械外力刺激，進而研究細胞行為變化，該微流控芯片系統將細胞的接種、長期培養、細胞受力學刺激、細胞染色及分析檢測過程集成在一塊功能芯片上完成，實現了在微流控芯片平臺上細胞受力的行為分析研究。細胞及試劑消耗量低，操作簡便。

本發明具體提供了一種細胞受力行為研究微流控芯片系統，其特征在于：該微流控芯片系統將干細胞的接種、長期培養、干細胞受力學刺激及分析檢測過程集成在一塊功能芯片上完成；該系統由兩個基本單元構成：第一個基本單元為細胞受力行為研究微流控芯片，第二個基本單元為細胞受力行為研究微流控芯片外圍設備。

其中細胞受力行為研究微流控芯片單元為采用PDMS軟刻蝕及不可逆封接技術構建的多層微流控芯片，分為三部分：第一部分為液體流路層，包括液體流路(簡稱液路)、細胞進樣孔以及廢液池；第二部分為中間層，包括1層PDMS膜層；第三部分為氣路控制層，包括氣路以及氣路控制孔；其中液體流路與氣路通道的寬度相等，利用在芯片氣路施加負壓的方法致使PDMS膜發生彈性形變，并通過控制液體流路通道與氣路通道的尺寸來調節PDMS彈性膜的形變程度，具體變化如圖2所示，進而對其上貼附的細胞造成不同程度的力學刺激。

本發明提供的用于細胞受力行為研究微流控芯片系統，其特征在于：所述芯片材料全部為PDMS聚合物。

本發明提供的用于細胞受力行為研究微流控芯片系統，其特征在于：所述液體流路通道與氣路通道的寬度為10微米～1厘米，要求小于交叉部分內切圓的直徑，該直徑尺寸為100微米～10厘米，交叉部分可以是正方形、圓形，原則上其它形狀也可以。

本發明提供的用于細胞受力行為研究微流控芯片系統，其特征在于：所述；細胞貼附的PDMS膜表面可被修飾：

(1)對于在PDMS膜表面生存狀態良好的細胞可不進行表面修飾處理，直接接種細胞。

(2)對于在PDMS膜表面不易貼附或貼附后狀態不佳的細胞可對通道內表面進行涂覆修飾，涂覆修飾的方法為：直接在通道內注入用于增加細胞貼附的試劑，待一定時間過后再進行細胞接種，該種試劑是明膠、白明膠、鼠尾膠原之一種或多種。

本發明提供的用于細胞受力行為研究微流控芯片系統，所述細胞受力行為研究微流控芯片外圍設備，是細胞受力行為研究微流控芯片實現各功能的外部支持及細胞行為分析的檢測裝置，主要包括真空泵、氣路控制裝置及熒光顯微鏡。其特征在于：其中氣路控制裝置采用電磁閥控制，可周期性對PDMS膜施加外力，進而周期性的對細胞產生機械力學刺激。

本發明提供的用于細胞受力行為研究微流控芯片系統，能夠實現間充質干細胞的長期貼附培養，利用該種力學刺激可促使間充質干細胞成骨分化，其結果如圖3所示。在該系統上對間充質干細胞進行成骨、成脂肪的化學誘導分化，發現該種力學刺激可促進間充質干細胞向骨細胞分化并抑制間充質向脂肪細胞分化，如圖4、5分別所示。

本發明提供的用于細胞受力行為研究微流控芯片系統，其間充質干細胞的分化檢測方法為：

(1)成骨分化檢測方法：堿性磷酸酯酶ALP染色。

(2)成脂肪分化檢測方法：脂肪細胞內油滴的Oil?Red染色。