微流扩散和开放介入的细胞培养阵列芯片及其制作方法和应用技术

本发明专利技术涉及微流扩散和开放介入的细胞培养阵列芯片及其制作方法和应用,适用于细胞培养、干细胞增殖及分化、药物筛选、再生医学等。细胞培养阵列芯片包括一个基底和固定在基底上的基片；基片上分布有若干个孔形的细胞培养单元；基片上有相互联通的微流主通道和微流扩散通道，并联通每个细胞培养单元，并与外界环境相通。本发明专利技术的优点是：1.所需的培养液、生长因子等是通过微流扩散网络来提供，使细胞剪切力为零，还保证了细胞生长所需的气体和湿度环境;2.模拟细胞在体内的微环境多通道的微流控浓度梯度,实现药物的定时、定量释放等功能；3.适用于细胞表型的高通量的药物筛选研究；4.芯片结构紧凑，且成本低，可大批量生产。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及微流扩散和开放介入的细胞培养阵列芯片及其制作方法和应用，适用于细胞培养、干细胞增殖及分化、细胞组织工程、药物筛选、再生医学、微流控及纳米技术等，属于生物

技术介绍
在细胞生物学的研究中，细胞培养是很关键的。虽然用传统的培养皿也能够实现细胞的培养与扩增，但是这种静态培养的方式与动物体内细胞的真实环境是有很大差别的。事实证明，动物组织结构中，细胞的代谢是动态的，即其营养及其它生长因子是通过血管输送，再以微流扩散的方式传递到细胞。由此，大多数体内细胞的生命的维持和扩增是基于微流扩散的。近年来，有许多有关在微流条件下细胞培养的报道。但这些工作基本上是灌注式的，即营养液直接流经细胞所在的微流通道或微流腔体，从而引入不利于细胞生长的剪切力。因此，灌注式的微流培养也与体内细胞的真实环境有很大差别的。另外，在封闭的微流芯片中，细胞的生长环境将受到很大的影响，培养条件也难以控制，也因此会导致细胞繁殖缓慢或凋亡。但是，微流芯片用于细胞培养有其独特的优势。例如，可用微流芯片进行高通量的细胞分析等。综上所述，传统的及灌注式的微流细胞培养方式是不完善的。微流调控的方式虽然很好，但迄今为止所发展的有关细胞培养的设计方案存在根本的缺陷，导致了它的应用局限性。事实上，微流细胞培养当前仍停留在实验室的研究阶段，离临床应用还有很大一段的距离。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，克服现有技术的缺点，提供一种微流扩散和开放介入的细胞培养阵列芯片及其制作方法和应用。所述细胞培养阵列芯片由多个重复的开放式细胞培养单元阵列构成，每个细胞培养单元均与微流主通道和微流扩散通道联通，使所需的培养液、生长因子或药物是通过与外界相连的微流扩散网络来提供，从而使细胞剪切力为零；每个细胞培养单元上口对外部环境开放，有效地保证了细胞生长所需的气体和湿度环境；模拟细胞在体内的微环境多通道的微流控浓度梯度，实现药物的定时、定量释放等功能；特别适用于基于细胞表型的高通量的药物筛选研究工作，能够广泛地应用于基础细胞研究和临床诊断领域；同时，芯片结构紧凑，且成本低，并可大批量生产；制作方法简单，易于操作；该微流扩散网络的主通道类似动物体内的毛细血管，相关细胞因子通过与主通道相连的微流扩散通道来实现；本专利技术是仿真的、动态的、开放的和微流扩散型的研究细胞，效率高，质量稳定。本专利技术的微流扩散和开放介入的细胞培养阵列芯片一种技术方案是微流扩散和开放介入的细胞培养阵列芯片包括一个基底和固定在基底上的基片；所述基片上分布有若干个孔形的细胞培养单元；每个细胞培养单元一端有朝上开放的上口，另一端下口朝向基底表面；若干个细胞培养单元组成开放式细胞培养单元阵列；基片的与基底相结合的平面上有相互联通的蜂窝状微流主通道和微流扩散通道，并联通每个细胞培养单元，用于将细胞培养液、或细胞因子、或药物通过单路或多路通道定时定量地注入微流主通道中，并通过微流扩散通道与细胞培养单元进行物质交换，而细胞处于零流速状态；每个细胞培养单元上口与外界环境相通，用于调控细胞生长所需的气体和湿度。在上述技术方案基础上更进一步的技术方案是所述的微流扩散和开放介入的细胞培养阵列芯片，所述的基片的与基底相结合的平面上的微流主通道和微流扩散通道为化学修饰的三维几何形状。所述的微流扩散和开放介入的细胞培养阵列芯片，其细胞培养单元由多边形或圆形微流主通道包围，并由微流扩散通道联通细胞培养单元和微流主通道，用于实现多通道的微流控浓度梯度，使药物定时、定量释放，实现高通量的药物筛选。所述的微流扩散和开放介入的细胞培养阵列芯片，其微流主通道其流体进出口处有集成微泵和微阀，用于实现化学物质的定时、定量注入。所述的微流扩散和开放介入的细胞培养阵列芯片，其构成细胞培养单元阵列的基片其材料为生物兼容高分子材料，选自于聚合物聚二甲基硅氧烷PDMS，或热塑性材料聚甲基丙烯酸甲酯PMMA，或聚碳酸酯PC，或聚苯乙烯PS。所述的微流扩散和开放介入的细胞培养阵列芯片，其微流扩散通道高度小于等于 5微米，宽度小于等于5微米；微流主通道高度小于等于200微米，宽度小于等于500微米; 细胞培养单元的直径大于等于O. 2毫米，小于等于10毫米，高度小于等于8毫米。所述的微流扩散和开放介入的细胞培养阵列芯片，所述的基底其材料为生物兼容材料，选自于玻璃片，或聚合物聚二甲基硅氧烷PDMS、或热塑性材料聚甲基丙烯酸甲酯 PMMA、或聚碳酸酯PC、或聚苯乙烯PS制成的偏平片，或平底器皿。所述的微流扩散和开放介入的细胞培养阵列芯片，所述的细胞培养单元阵列中植入有电的元器件，和/或磁的元器件，和/或光的元器件，或元器件组合芯片。本专利技术的微流扩散和开放介入的细胞培养阵列芯片另一种技术方案是它包括一个基底和固定在基底上的基片；所述基片上分布有若干个孔形的细胞培养单元；每个细胞培养单元一端有朝上开放的上口，另一端下口朝向基底表面；若干个细胞培养单元组成开放式细胞培养单元阵列；基底的与基片相结合的平面上有相互联通的蜂窝状微流主通道和微流扩散通道，并联通每个细胞培养单元；每个细胞培养单元上口与外界环境相通，用于调控细胞生长所需的气体和湿度。本专利技术的微流扩散和开放介入的细胞培养阵列芯片的制作方法的技术方案是包括以下步骤A、制作基片1)制作阳模先绘图并制作光学模板，包括微流主通道和微流扩散通道及细胞培养单元，并用不同颜色区分；然后用光学曝光和离子刻蚀的方法制作包括微流主通道和微流扩散通道的阳模；2)模制成型基片通过软光刻和热压印的方法复制阳模，制成具有微流主通道和微流扩散通道及具有细胞培养单元相对位置标记的PDMS，或PMMA，或PC，或PS基片；53)加工细胞培养单元和流体进出口 通过微细加工机床定位打通基片上的各细胞培养单元和相应流体进出口 ；B、键合基片和基底将具有微流主通道和微流扩散通道及细胞培养单元的细胞培养单元阵列的基片键合到基底表面上。本专利技术的一种微流扩散和开放介入的细胞培养阵列芯片，其应用是用于干细胞增殖及分化、细胞组织工程和药物筛选及临床诊断、再生医学。本专利技术的微流扩散和开放介入的细胞培养阵列芯片在进行NIH3T3细胞培养中的应用方法，包括如下步骤1)将制作好的细胞培养阵列芯片用灭菌锅进行高温灭菌；2)在每个细胞培养单元中注入一定量的纤维连接蛋白溶液进行表面修饰一定时间；3)NIH3T3细胞培养于胎牛血清的DMEM培养液中，使用前震荡均匀并稀释到合适的浓度；4)通过流体进出口注入胎牛血清的DMEM培养液；5)通过每个细胞培养单的上口处植入细胞悬浮液；6)在上述步骤完成一定时间后，通过注射泵向流体进出口持续注入细胞培养液。本专利技术的微流扩散和开放介入的细胞培养阵列芯片在进行免疫细胞化学染色对细胞进行表征的应用方法，包括如下步骤1)待细胞在细胞培养阵列芯片中培养若干天后，用甲醛/磷酸盐缓冲溶液将每个细胞培养单元I中的细胞固定；2)然后分别用聚乙二醇辛基苯基醚/磷酸盐缓冲溶液透化和牛血清蛋白溶液封闭；3)固定好的细胞为显绿色荧光在一定浓度的异硫氰酸荧光素鬼笔环肽溶液中染色，为显红色荧光在一定浓度的碘化丙啶溶液中染色；4)用磷酸盐缓冲溶液清洗后用共聚焦显微镜观察细胞核和细胞骨架。本专利技术的技术效果显著微流主通道中的细胞培养液、生长因子或药物通过实时的进本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈勇，李欣，汪莉，石剑，
申请(专利权)人：武汉介观生物科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：