[發(fā)明專利]一種集成細(xì)胞捕獲、三維基底培養(yǎng)及生物分析的芯片

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810281320.7
• 申請(qǐng)日: 2018-04-02
• 公開（公告）號(hào): CN110343655A
• 公開（公告）日: 2019-10-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陸瑤;白瑞寒;李林梅;劉梅梅;顏世強(qiáng);白雪;林炳承
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所
• 主分類號(hào): C12N5/00
• 分類號(hào): C12N5/00
• 代理公司: 沈陽晨創(chuàng)科技專利代理有限責(zé)任公司 21001
• 代理人: 鄭虹

本發(fā)明涉及一種集成細(xì)胞捕獲、三維基底培養(yǎng)及生物分析的芯片，包括含有微納結(jié)構(gòu)的細(xì)胞三維培養(yǎng)基底、微孔陣列穿孔膜和生物分析基底。其優(yōu)點(diǎn)在于：(1)所制作的微孔陣列穿孔膜可與各種細(xì)胞三維培養(yǎng)基底結(jié)合為細(xì)胞培養(yǎng)提供不同的三維環(huán)境；(2)該系統(tǒng)可用于細(xì)胞多指標(biāo)生物分子分析；(3)該系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)單細(xì)胞三維基底培養(yǎng)；(4)該系統(tǒng)可用于單細(xì)胞多指標(biāo)生物分子分析，如分泌蛋白譜分析。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及生物微機(jī)電系統(tǒng)、微流控芯片、細(xì)胞分析領(lǐng)域，特別涉及一種集成細(xì)胞捕獲、三維基底培養(yǎng)及生物分析的芯片。

背景技術(shù)

細(xì)胞的增殖、分化和代謝等生理活動(dòng)極大程度上受到其生長(zhǎng)的微環(huán)境的影響。傳統(tǒng)二維平面培養(yǎng)的細(xì)胞在形態(tài)、結(jié)構(gòu)和功能等方面都與體內(nèi)生長(zhǎng)的細(xì)胞相去甚遠(yuǎn)，甚至?xí)ピS多生物標(biāo)志物。三維細(xì)胞培養(yǎng)模型以其能夠?yàn)榧?xì)胞提供立體微環(huán)境，更加接近生理?xiàng)l件下的培養(yǎng)被廣泛應(yīng)用于血管組織再生、藥物毒性研究、藥物篩選和腫瘤治療等方面。

在不同的單細(xì)胞分析技術(shù)中，單細(xì)胞分泌蛋白分析能夠直接測(cè)定功能表型，揭示細(xì)胞反應(yīng)機(jī)制與疾病治療之間的潛在關(guān)聯(lián)性受到廣泛關(guān)注。單細(xì)胞分泌蛋白分析常用手段有酶聯(lián)免疫斑點(diǎn)檢測(cè)ELISPOT、細(xì)胞內(nèi)細(xì)胞因子染色I(xiàn)CS和單細(xì)胞抗體條形碼芯片SCBC等，而這些方法多數(shù)都是基于二維細(xì)胞培養(yǎng)，靈活設(shè)計(jì)物理微環(huán)境探究細(xì)胞培養(yǎng)環(huán)境對(duì)細(xì)胞功能的影響至今仍少有研究，本發(fā)明提出了一種高通量細(xì)胞捕獲、三維基底培養(yǎng)及多重生物分子分析系統(tǒng)及方法，可將其用于單細(xì)胞生物分子分析，如分泌蛋白多指標(biāo)分析。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種集成細(xì)胞捕獲、三維基底培養(yǎng)及生物分析的芯片，探究細(xì)胞培養(yǎng)環(huán)境對(duì)細(xì)胞功能的影響，本發(fā)明所解決的技術(shù)問題采用以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：

一種集成細(xì)胞捕獲、三維基底培養(yǎng)及生物分析的芯片，該芯片包括三層結(jié)構(gòu)，下層是含有微納結(jié)構(gòu)的細(xì)胞三維培養(yǎng)基底，中層是微孔陣列穿孔膜，上層是生物分析基底。

所述的細(xì)胞三維培養(yǎng)基底材料包括但不限于硅片、PDMS、水凝膠、聚合物支架、三維聚苯乙烯支架、聚偏二氟乙烯膜、硝酸纖維素膜、各種孔徑的濾紙等。

所述的微孔陣列穿孔膜由彈性材料制成，所述彈性材料包括但不限于PDMS及各種修飾后的PDMS。

所述的微孔陣列穿孔膜含陣列分布的穿孔，穿孔形狀包括正多邊形、矩形或圓形，穿孔數(shù)目為1～1000000個(gè)/cm²，穿孔尺寸為1μm～1cm，穿孔膜厚度為1μm～1mm。

所述的生物分析基底包括但不限于多聚賴氨酸玻璃、環(huán)氧樹脂玻璃、或者包被了蛋白、抗體或DNA的玻片、或者包被了蛋白陣列、抗體陣列或DNA陣列的玻片。

一種集成細(xì)胞捕獲、三維基底培養(yǎng)及生物檢測(cè)的芯片的制備方法，按照以下步驟進(jìn)行：

采用多聚賴氨酸玻璃、環(huán)氧樹脂玻璃、或者包被了蛋白、抗體或DNA的玻片、或者包被了蛋白陣列、抗體陣列或DNA陣列的玻片作為生物分析基底；

用光刻法制作含有微柱陣列的硅模板，將PDMS混勻脫氣后倒在硅模板上，以一定轉(zhuǎn)速甩膠使PDMS厚度低于微柱高度，加熱使PDMS交聯(lián)固化，冷卻后揭下即得PDMS微孔陣列穿孔膜；

將PDMS微孔陣列穿孔膜與具有微納結(jié)構(gòu)的細(xì)胞三維培養(yǎng)基底組裝起來，種上細(xì)胞后蓋上上述生物分析基底。

一種集成細(xì)胞捕獲、三維基底培養(yǎng)及生物分析的芯片的應(yīng)用，該芯片可用于多種細(xì)胞分析、多種細(xì)胞的單細(xì)胞分析、多種細(xì)胞的多重生物分子分析或多種細(xì)胞的單細(xì)胞多重生物分子分析。

所述的多種細(xì)胞包括但不限于哺乳細(xì)胞、動(dòng)物細(xì)胞。

所述的多重生物分子分析，包括但不限于分泌蛋白、細(xì)胞因子、多肽、肽段、核酸、細(xì)胞表面蛋白、細(xì)胞表面受體、激素、抗原、生長(zhǎng)因子或外泌體的分析。