[發明專利]一種細胞培養微流控芯片及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 201310166674.4
• 申請日: 2013-05-08
• 公開（公告）號: CN103255057A
• 公開（公告）日: 2013-08-21
• 發明（設計）人: 陳斯佳;蔡紹皙;張利光;鄒米莎;趙毅;何騰龍;陳龍聰;李博;柯明
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: C12M3/00
• 分類號: C12M3/00;C12N5/00
• 代理公司: 北京元本知識產權代理事務所 11308
• 代理人: 周維鋒

技術領域

本發明涉及一種微流控芯片，具體地說是涉及一種用于細胞微環境研究的細胞培養微流控芯片，以及其制備方法和在細胞微環境研究中的應用。?

背景技術

細胞微環境是一個多因素組成的復雜集合，其對細胞增殖、分化、遷移和代謝等行為和功能都起著重要作用。而細胞的這些行為與胚胎發育、血管新生、組織修復、免疫防御、以及腫瘤發生等重要生理病理過程都密切相關。近年來對細胞微環境的研究已成為研究熱點和難點。細胞所處的微環境十分復雜，其復雜性可概括為：細胞所處的三維微尺度空間對細胞行為的影響；不同細胞類型間細胞相互作用；胞外基質與細胞間相互作用；可溶性生化因子濃度及其濃度梯度分布的作用；各種力學因素，包括細胞外基質材料的硬度、機械力刺激(如間隙流引起的剪切力和液壓差引起的壓力分布)等的作用。而傳統的細胞體外培養只能提供一種二維的、靜態的細胞生長環境，很難為細胞提供一個近似在體的生長環境，從而導致許多體外研究結果與在體情況相差甚遠。為了克服傳統方法中的不足，使細胞體外研究結果更好地反映細胞的在體行為，亟需構建一種新的研究系統，能夠為細胞的生長提供一個近似于在體的生存環境，并能對其生存環境的關鍵參數進行精確控制，同時還能實時考察細胞對其變化的響應。?

近年發展起來的微流控技術為體外細胞微環境對細胞行為影響的研究提供了可能。20世紀90年代初基于微機電系統(MEMS)加工技術發展起來的微流控芯片，由于其分析速度快、試劑消耗少、便于集成和高通量分析等諸多優點，在生化分析等領域逐步得到應用，已經成為目前研究熱點和前沿。近年來，有?報道將微流控芯片技術應用于細胞研究，給細胞研究提供了新的方法和平臺。目前國內外關于這方面的報道已有五千多篇，并呈現出快速增長的趨勢。?

微流體芯片可通過集成在細胞培養腔體內的微結構陣列或者是利用微流體層流性質形成的細胞凝膠結構等方法可實現細胞的立體培養，建立細胞研究的基礎平臺，結合芯片內微流體形成的化學物質的濃度梯度，精細控制細胞外基質，建立濃度依賴的分析法，實現細胞響應的高通量檢測；微流體產生的剪切力施加于細胞，可模擬其在體內環境的受力情況，可使細胞的活性較常規培養有很大提高，為利用微芯片進行組織研究奠定良好基礎。微流體器件集成性能優良，在細胞培養芯片內可以集成微閥等器件，實現培養基以及刺激液的自動進樣，可以建立細胞分析的自動化平臺。?

聚二甲基硅氧烷(Polydimethylsiloxane，PDMS)是一種廣泛應用于微流控等領域的聚合物材料。其是一種高分子有機硅化合物，具有無毒性、高透氣性、透光性良好、生物相容性佳、易與多種材質室溫接合等特點。此外，其成本低，使用簡單，且有極佳的可塑性、熱穩定性和化學惰性。由于以上顯著優點，使其成為目前微流控芯片制作使用最多的聚合物材料，也常用于芯片封裝、微流道、微混合器、微泵浦、微閥門等元件制作等領域。?

現在有微流控芯片大多是利用軟光刻法加工制作微流控芯片，其制作過程較為繁復且需要借助一些昂貴、高精度的儀器來完成。例如：其掩膜的制作需借助高精度膠片打印機來完成；利用SU-8負性光刻膠光刻制作陽模的過程相當復雜、繁瑣；大多數的芯片必須借助等離子表面處理器鍵合來完成封裝；芯片灌膠必須借助精密儀器來完成等。而且此類芯片清洗困難，往往只能一次性使用，在一定程度上增加了實驗成本。這些都使微流控芯片在普通實驗的應用受到了很大范圍的限制。此外，由于需借助等離子表面處理器鍵合來完成封裝，必須使用較厚的載玻片來作為底面基底，不利于激光共聚焦等的觀察。因此，設計、制作一種可實現多細胞的三維共培養，生化因子濃度梯度生成以及力學刺激加載同時制作簡便，又易于觀察的微流控芯片，對于細胞微環境的研究，無疑有著重要的意義。?

發明內容

針對上述現狀，本發明提供了一種用于細胞微環境研究的細胞培養微流控芯片及其制備方法。該微流控芯片結構簡單、微型化，制備方法易于操作，制備成本低，僅需PDMS及常規標準玻片即可。該微流控芯片可以實現多種細胞的三維共培養，實現胞外基質硬度可調、生化因子濃度及濃度梯度生成、壓力及壓力梯度的加載，用來研究細胞微環境對細胞行為和功能的影響。?

本發明通過以下技術方案解決上述問題：?

本發明提供了一種用于細胞培養的微流控芯片，包括細胞培養層、基底層和夾持層，所述細胞培養層和夾持層之間三邊密封成夾套結構，所述基底層以可取出的方式插接在夾套結構中，基底層與細胞培養層之間的接觸面密封，所述細胞培養層上分布設置有至少兩個孔，孔與基底層共同形成細胞培養小室。?

進一步，所述夾持層設有觀測孔。?