二维细胞划痕芯片及其制备方法、应用技术

本发明专利技术提供一种二维细胞划痕芯片及其制备方法、应用。本发明专利技术中将微加工技术与划痕实验相结合，设计了一种能够高通量的，可以实时观察二维细胞迁移的划痕芯片。本芯片在结构上，与传统多孔板技术兼容，可以完全应用于现有的多孔板平台。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及生物
，进一步涉及一种二维细胞划痕芯片，以及该芯片的制备方法，还涉及使用该芯片进行细胞迁移实验。
技术介绍
细胞迁移参与了组织器官形成、组织损伤修复等重要生理过程；细胞迁移功能失调，则会导致肿瘤细胞侵袭及转移。通过促进或抑制细胞迁移可影响某些疾病(缺血性心血管疾病、肿瘤)的发生发展与转归，因此研究细胞迁移具有重要的理论意义与实用价值。目前，传统的测定细胞迁移方法以细胞划痕小室法(BoydenChamber)和划痕法最为常用。前者由上、下两室组成，中间以微孔滤膜隔开；趋化因子加入下室，形成浓度梯度，细胞接种在上室，受趋化因子浓度梯度的影响，穿过膜上的微孔移动到另一侧；之后，细胞固定、染色和计数，以此确定其迁移能力。后者是用移液枪头在融合细胞上划出一道划痕，观察细胞向划痕区域的迁移情况，来判断细胞的迁移能力。由于划痕法不仅具有简单的优点，还能够可视化细胞迁移过程，使得划痕方法成为了细胞迁移研究中较为常用的方法。虽然划痕法已经被广泛应用于迁移研究，但传统划痕法很难控制划痕速度以及伤口区域的形状和边界，使得不同实验之间很难做比较，导致实验的重复性差。由于微加工技术能够被用于制作可以模仿细胞微环境的各种仿生结构，近年来这种技术已经被广泛用于研究细胞迁移。一种现有技术利用微加工技术制作细胞划痕芯片，并利用层流实现细胞迁移。另一种现有技术为一种直流电结合化学表面修饰实现细胞迁移的方法。与传统划痕法比较，基于微加工技术的二维划痕法具有可控性好、精度高以及可以用于模仿细胞微环境等优点，从而说明了通过加工技术研究细胞迁移的可行性。然而现有技术存在如下技术缺陷：(1)现有的细胞划痕法依赖于手动划痕操作，致使该方法中各个实验组间划痕质量不统一，且细胞和细胞外基质在此过程中会受损，可能导致迁移结果并不精准可信。(2)现有的基于微加工技术的二维划痕研究，通量普遍较低，而且针对一个划痕实验的成本较高，难以大范围应用。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种二维细胞划痕芯片及其制备方法、应用，以克服以上所述的现有技术的至少一项技术问题。(二)技术方案根据本专利技术的一方面，提供一种二维细胞划痕芯片，包括基底和上下两侧开口的小室阵列，其中：所述小室阵列固定于所述基底上使基底封闭小室阵列的其中一侧开口，形成多个单侧开口的小室；每个所述小室在基底一侧的部分区域上形成有金属层，所述金属层上进一步形成有自组装分子层，所述自组装分子层中的分子其一端具有与所述金属反应吸附的第一官能团，另一端具有抑制细胞吸附的第二官能团。优选的，所述部分区域的边界呈圆形、三角形、矩形或者菱形。优选的，所述小室在基底上的边界呈圆形或者方形。优选的，所述第一官能团为氢硫键。优选的，所述第二官能团为聚乙二醇长链。优选的，所述小室阵列为N行M列的阵列，N为介于1-20之间的自然数，M为介于1-30之间的自然数。根据本专利技术的另一方面，还提供一种二维细胞划痕芯片的制备方法，包括步骤：S1：制备上下两侧开口的小室阵列；S2：在一基底上沉积金属层阵列；S3：采用键合方式将所述基底和小室阵列固定，使所述基底封闭小室阵列的其中一侧开口，形成多个单侧开口的三维小室，并且所述金属层阵列一一对应的位于每个小室之内；S4：在所述金属层上形成自组装分子层，所述自组装分子层中的分子其一端具有与所述金属反应吸附的第一官能团，另一端具有抑制细胞吸附的第二官能团。优选的，步骤S4包括子步骤：将基底进行清洗，以去除金属表面杂质；在每个小室内滴加稀释的硫醇溶液，密封浸泡后，在表面形成自组装分子层。根据本专利技术的另一方面，提供一种应用以上任一所述芯片进行二维细胞迁移实验，包括：在小室的不含金属层区域的表面进行细胞外基质修饰，使细胞接种后容易在基底表面贴壁生长；消化细胞至悬浮状态，并将细胞悬浮液接种于各个小室，然后培养细胞，直至细胞在小室的不含金属层区域贴壁生长；细胞贴壁生长以后，在自组装分子层的作用下，细胞被限制在不含金属层区域；当细胞融合生长为单层时，将小室内的培养基吸出，并加入胶原溶液，待胶原溶液自然铺开以后，将芯片置于培养箱，使胶原完全固化；胶原固化后，在每个小室内加入含不同种类或浓度趋化因子的细胞培养基，之后二维的细胞单层会依附胶原进行迁移，再拍照记录细胞二维迁移的情况。(三)有益效果从上述技术方案可以看出，本专利技术二维细胞划痕芯片及其制备方法、应用具有以下有益效果：(1)与现有的细胞划痕法相比，本专利技术用结构控制划痕边界，用加胶原的方法覆盖硫醇，可以保证各个孔间划痕一致，且细胞和细胞外基质在此过程中不会受损，因此本方法的迁移结果精准可信；(2)本专利技术与现有的基于微加工技术的划痕研究相比，一块芯片上可以实现多组(例如384组)平行实验，通量高。在降低成本方面，一方面因为通量高；另一方面，理论上芯片可以重复利用。使用过的芯片经过清洗和无菌处理后，可以再次进行硫醇修饰，投入到划痕实验中，这又再次大大降低了本技术方法的成本；(3)沉积金属层的边界与所述小室在基底一侧的边界不接触，可以控制细胞实现二维迁移。附图说明图1是本专利技术实施例二维细胞划痕芯片技术方法总流程图；图2是本专利技术实施例二维细胞划痕芯片的设计原理图；图3是本专利技术实施例二维细胞划痕芯片结构示意图；图4是本专利技术实施例二维细胞划痕芯片制作流程图；图5是本专利技术实施例二维细胞划痕芯片制作过程示意图；图6是本专利技术实施例二维细胞划痕芯片的片上实验流程图；图7是本专利技术实施例二维细胞划痕芯片的片上实验示意图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本专利技术作进一步的详细说明。本专利技术将微加工技术与划痕实验相结合，设计了一种能够高通量的，可以实时观察细胞迁移的划痕芯片。本芯片在结构上，与传统多孔板技术兼容，可以完全应用于现有的多孔板平台。以下将以96孔板为例，介绍本专利技术的技术方法，当然本专利技术并不仅限于此，也可以是N行M列的任意阵列，其中N为介于1-20之间的自然数，M为介于1-30之间的自然数。本技术方法具体实施情况如下：本技术方法总流程包括芯片的设计(即二维细胞划痕芯片的设计)、芯片制作(即二维细胞划痕芯片的制备方法)、片上实验以及数据处理(即二维细胞划痕芯片的应用)，其示意图如图1：图1是本专利技术实施例二维细胞划痕芯片技术方法总流程图，流程包括：步骤1，芯片设计：芯片设计的原理可参照图2所示。图2是本专利技术实施例二维细胞划痕芯片的设计原理图。本实施例采用含第一官能团和第二官能团的自组装分子层，例如聚乙二醇长链(PEG)的硫醇分子(EG-terminatedthiols，简称EG6，分子式为HS(CH2)11(OCH2CH2)6OH)。这种硫醇分子可以与金属金(Au)发生反应，在硫原子(S)的一侧形成金硫键。而硫醇的另一端因为有PEG的存在，可以起到抗蛋白吸附的作用，进而阻止细胞吸附在Au表面。本领域技术人员应当知晓，硫醇分子中抑制细胞和蛋白吸附的聚乙二醇长链并不限于某一种化学分子式，还可以是[-CH2CH2O-]4OH、[-CH2CH2O-]4CH3以及其他化学式。硫醇分子不局限于某一种聚合物分子，只要是一端具有可以吸附于金表面的氢硫键，另一端具有可以阻止细胞粘附的聚本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种二维细胞划痕芯片，包括基底和上下两侧开口的小室阵列，其特征在于：所述小室阵列固定于所述基底上使基底封闭小室阵列的其中一侧开口，形成多个单侧开口的小室；每个所述小室在基底一侧的部分区域上形成有金属层，所述金属层上进一步形成有自组装分子层，所述自组装分子层中的分子其一端具有与所述金属反应吸附的第一官能团，另一端具有抑制细胞吸附的第二官能团。

【技术特征摘要】
1.一种二维细胞划痕芯片，包括基底和上下两侧开口的小室阵列，其特征在于：所述小室阵列固定于所述基底上使基底封闭小室阵列的其中一侧开口，形成多个单侧开口的小室；每个所述小室在基底一侧的部分区域上形成有金属层，所述金属层上进一步形成有自组装分子层，所述自组装分子层中的分子其一端具有与所述金属反应吸附的第一官能团，另一端具有抑制细胞吸附的第二官能团。2.根据权利要求1所述的二维细胞划痕芯片，其特征在于，所述部分区域的边界呈圆形、三角形、矩形或者菱形。3.根据权利要求1所述的二维细胞划痕芯片，其特征在于，所述小室在基底上的边界呈圆形或者方形。4.根据权利要求1所述的二维细胞划痕芯片，其特征在于，所述第一官能团为氢硫键。5.根据权利要求1所述的二维细胞划痕芯片，其特征在于，所述第二官能团为聚乙二醇长链。6.根据权利要求1所述的二维细胞划痕芯片，其特征在于，所述小室阵列为N行M列的阵列，N为介于1-20之间的自然数，M为介于1-30之间的自然数。7.一种二维细胞划痕芯片的制备方法，其特征在于包括步骤：S1：制备上下两侧开口的小室阵列；S2：在一基底上沉积金属层阵列；S3：采用键合方式将所述基底和小室阵...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈健，卫元晨，郝锐，栾韶亮，张韬，陈德勇，贾鑫，王军波，郭伟，
申请(专利权)人：中国科学院电子学研究所，中国人民解放军总医院，北京大学人民医院，
类型：发明
国别省市：北京;11