[發明專利]基于旋轉電場下雙極性電極的三維細胞球生成芯片及應用

在審

• 申請號: 202210278762.2
• 申請日: 2022-03-21
• 公開（公告）號: CN114774275A
• 公開（公告）日: 2022-07-22
• 發明（設計）人: 吳玉潘;張浩浩;張展;魯其懷;岳淵博;馬迅;王少熙
• 申請（專利權）人: 西北工業大學深圳研究院;西北工業大學
• 主分類號: C12M1/42
• 分類號: C12M1/42;C12M1/00
• 代理公司: 西安嘉思特知識產權代理事務所(普通合伙) 61230
• 代理人: 方婷

本發明公開了一種基于旋轉電場下雙極性電極的三維細胞球生成芯片及其應用，該芯片包括ITO玻璃和PDMS通道；PDMS通道覆蓋在ITO玻璃上；ITO玻璃上表面刻蝕有電極；電極包括激發電極和雙極性電極；其中，激發電極包括四個大電極，其均勻分布于雙極性電極周圍；雙極性電極包括若干組電極陣列，每組電極陣列均包括若干形狀和大小相同的小電極；通過改變激發電極上施加的電壓和頻率可以實現強弱不同的正/負介電泳力，以使生成的三維細胞球達到不同的捕獲效果。本發明利用旋轉電場誘發正/負介電泳力，實現了基于旋轉電場下雙極性電極的三維細胞球生成芯片，不僅具有簡單、成本較低的優點，適用于細胞長期培養且培養效果較好。

技術領域

本發明屬于細胞分析技術領域，具體涉及一種基于旋轉電場下雙極性電極的三維細胞球生成芯片及應用。

背景技術

細胞培養也叫細胞克隆技術，不論對于整個生物工程技術，還是其中之一的生物克隆技術來說，細胞培養都是一個必不可少的過程。隨著生物化學技術的發展，現已開發出了許多細胞培養方法，從空間維度上可以分為2D、3D等細胞培養方法。這些方法意在重現原生細胞所處的微環境，但由于二維細胞培養缺乏動態流體微環境，且藥物治療的準確性受到了限制，所以一些問題只能在特定的三維培養模型中進行分析，如胚胎生長、腫瘤和基質相互作用相關的問題。由于細胞球體或類球體重復性好、結構簡單。為了生產細胞球體，已經發明了許多方法，例如培養在非粘附表面上、培養在旋轉燒瓶內的懸浮液或懸滴陣列中，但是這些方法很難精確控制每個球體中的細胞數量，且吞吐量低，培養工藝復雜、培養周期長，限制了它們的使用。

微流控技術為細胞球體培養的新應用打開了大門，微孔和捕獲陣列已被開發用于制造大規模腫瘤球體，并且適合通過藥物或介質交換對球體進行長期培養和藥物分析。例如Takayama等人基于重力作用下的滴狀細胞設置，利用懸滴陣列開發了一種高通量3D球體培養板，球體的大小可以通過調整細胞濃度來控制，但需要液體處理機器人幫助。包括磁力在內的作用力也可用于將細胞聚集成球體，例如，使用磁場組裝含有納米顆粒的微結構，但磁性納米顆粒對細胞有一定毒性，可能會對組織結構的長期培養產生負面影響。此外，Baroud等人利用微流控液滴陣列制造、控制、量化了三維球體。為了實現三維微結構的快速組裝，科學家們發明了利用光學誘導的光圖案電動芯片。然而，上述細胞球體形成方法卻不能同時滿足效果明顯、易操作、低成本、操作簡單、大規模生成和生物相容性以及尺寸可調性。聲學流體由于具有效果快速、勢場均勻、生物相容和無接觸操作等優點而成為生物應用的有效方法。體聲波(BAW)法已經在三維球體形成方面顯示出前景，但是BAW依賴于復雜的諧振器結構設計，并且使用現有的方法(例如在微流體中廣泛使用的軟光刻)以高通量方式生產均勻的球體是具有挑戰性的。

由此，基于現有的細胞球體培養技術具有上述缺點，提供一種操作簡單、成本較低、適用于細胞長期培養、且培養效果明顯的三維細胞球體生成芯片及細胞培養方法是目前亟需解決的問題。

發明內容

為了解決現有技術中存在的上述問題，本發明提供了一種基于旋轉電場下雙極性電極的三維細胞球生成芯片及其應用。本發明要解決的技術問題通過以下技術方案實現：

第一方面，本發明提供了一種基于旋轉電場下雙極性電極的三維細胞球生成芯片，包括ITO玻璃和PDMS通道；所述PDMS通道覆蓋在所述ITO 玻璃上；所述ITO玻璃上表面刻蝕有電極；所述電極包括激發電極和雙極性電極；其中，

所述激發電極包括四個大電極，其均勻分布于所述雙極性電極周圍；

所述雙極性電極包括若干組電極陣列，每組電極陣列均包括若干形狀和大小相同的小電極；

通過改變所述激發電極上施加的電壓和頻率可以實現強弱不同的正/負介電泳力，以使生成的三維細胞球達到不同的捕獲效果。

在本發明的一個實施例中，所述小電極的形狀為圓形、三角形或者正方形。

在本發明的一個實施例中，屬于不同電極陣列中的小電極至少具有一種形狀或大小。