一種仿生微流控細(xì)胞培養(yǎng)芯片的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種基于仿生原理的微流控細(xì)胞培養(yǎng)芯片。
技術(shù)背景
[0002]體外細(xì)胞培養(yǎng)對(duì)環(huán)境的要求較為苛刻，既要盡可能地控制細(xì)胞的微環(huán)境，又要保持實(shí)驗(yàn)的是簡(jiǎn)單性，并能快速方便的重復(fù)出實(shí)驗(yàn)條件。微流控技術(shù)能夠精確地控制細(xì)胞生長(zhǎng)所需的微環(huán)境，同時(shí)減小了實(shí)驗(yàn)規(guī)模。所以，利用微流控芯片進(jìn)行細(xì)胞培養(yǎng)是目前細(xì)胞研究的首選方法。
[0003]對(duì)微流控細(xì)胞培養(yǎng)器件來(lái)說(shuō)，流體主要承擔(dān)培養(yǎng)液供給和廢液移除的任務(wù)，但流體流動(dòng)將產(chǎn)生一定的剪應(yīng)力，該剪應(yīng)力往往作用在細(xì)胞的部分表面，而不是均勻的分布在整個(gè)細(xì)胞上。因此，剪應(yīng)力的作用會(huì)傷害細(xì)胞，影響細(xì)胞的正常生長(zhǎng)。此外，畸形的細(xì)胞顯著地扭曲了流體的速度場(chǎng)，加重了剪應(yīng)力分布的不均勻性。因此，降低流體產(chǎn)生的剪切力對(duì)細(xì)胞的影響成為了最近的一個(gè)研究熱點(diǎn)。各國(guó)的專家和學(xué)者廣泛地研究如何降低流體的剪應(yīng)力對(duì)細(xì)胞培養(yǎng)的影響。研究表明，減小剪切力的方法主要有以下四種:(1)降低微流體速度；(2)設(shè)計(jì)高深寬比的細(xì)胞培養(yǎng)腔；(3)利用微柱或微井來(lái)減小細(xì)胞受到的微流體作用；
[4]將細(xì)胞培養(yǎng)腔和主流道隔離來(lái)避免主流道內(nèi)高速流體對(duì)細(xì)胞造成的直接對(duì)流沖擊。KeLin等設(shè)計(jì)了一種降低流體對(duì)細(xì)胞剪切力作用的微流控芯片，該芯片將細(xì)胞培養(yǎng)腔室從主流道中移除，并將其位于主流道一側(cè)的分支流道中，依靠對(duì)流和擴(kuò)散來(lái)實(shí)現(xiàn)培養(yǎng)液的供應(yīng)和廢液的移除，從而避免流體對(duì)細(xì)胞表面造成直接沖擊，顯著降低了細(xì)胞培養(yǎng)池中的剪切力。但是這種方法會(huì)影響到細(xì)胞正常生長(zhǎng)所需要的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的供應(yīng)和細(xì)胞新陳代謝產(chǎn)生廢物的移除，最終影響細(xì)胞的正常生長(zhǎng)。J.Hung等設(shè)計(jì)了一種高深寬比的高通量的微流控芯片陣列，每個(gè)陣列單元包含一個(gè)圓形微流控細(xì)胞培養(yǎng)腔室，腔室的左側(cè)為多個(gè)灌注通道的入口，右側(cè)為多個(gè)灌注出口，該芯片利用微流控腔室和灌注通道之間的高深寬比結(jié)構(gòu)為微流控腔室內(nèi)細(xì)胞培養(yǎng)提供了較為穩(wěn)定的微環(huán)境，使細(xì)胞培養(yǎng)池內(nèi)的速度和壓力處于平衡的狀態(tài)。但是流體只有在充滿流道之后才經(jīng)過(guò)灌注通道進(jìn)入細(xì)胞培養(yǎng)池，灌注通道內(nèi)部的流體具有較高的速度和壓力，在通道和培養(yǎng)池接口處易產(chǎn)生噴射，導(dǎo)致該細(xì)胞培養(yǎng)池內(nèi)部的速度和壓力變化較大，對(duì)細(xì)胞培養(yǎng)的微環(huán)境產(chǎn)生不利影響。因此，如何建立穩(wěn)定、均衡的細(xì)胞微環(huán)境仍是目前研究的重點(diǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明基于植物學(xué)原理，設(shè)計(jì)了一種具有二維微結(jié)構(gòu)的細(xì)胞培養(yǎng)芯片。該芯片從上向下依次為細(xì)胞進(jìn)樣孔遮蓋層、未帶微結(jié)構(gòu)的蓋片層和流體通道層。
[0005]—種仿生微流控細(xì)胞培養(yǎng)芯片，未帶微結(jié)構(gòu)的蓋片層和流體通道層封合后構(gòu)成仿生微流控細(xì)胞培養(yǎng)芯片整體結(jié)構(gòu)，未帶微結(jié)構(gòu)的蓋片層上從一端到另一端設(shè)置培養(yǎng)液進(jìn)液口、細(xì)胞進(jìn)樣孔和廢液出液口，三者依次與流體通道層上的儲(chǔ)液池、細(xì)胞培養(yǎng)腔和廢液池垂直對(duì)應(yīng)；流體通道層包括儲(chǔ)液池、主流道、微柱陣列、細(xì)胞培養(yǎng)腔和廢液池，主流道用于連通儲(chǔ)液池、細(xì)胞培養(yǎng)腔和廢液池，細(xì)胞培養(yǎng)腔由微柱陣列包圍，微柱間留有小于細(xì)胞直徑的間隙，細(xì)胞培養(yǎng)腔周圍的微柱陣列形狀和細(xì)胞培養(yǎng)池的形狀保持一致。細(xì)胞進(jìn)樣孔遮蓋層覆蓋在未帶微結(jié)構(gòu)的蓋片層的細(xì)胞進(jìn)樣孔上，形成完整的仿生微流控細(xì)胞培養(yǎng)芯片。
[0006]所述的細(xì)胞培養(yǎng)腔的形狀為四邊形、五邊形、六邊形、七邊形、八邊形、九邊形、十邊形和圓形；
[0007]所述的主流道的高為60 μ m?100 μ m，寬為200 μ m?400 μ m ;
[0008]所述的細(xì)胞培養(yǎng)腔的內(nèi)切圓直徑為0.5mm?2mm ；
[0009]組成微柱陣列的微柱邊長(zhǎng)為100 μπι?500 μπι ;微柱之間狹縫的寬度為5 μπι?20 μπι ；
[0010]所述的仿生微流控細(xì)胞培養(yǎng)芯片所用的材料為聚二甲基硅氧烷、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯或玻璃。
[0011]本發(fā)明采用光刻技術(shù)和模塑法來(lái)制作，即通過(guò)光刻技術(shù)和干法刻蝕技術(shù)得到硅模具，利用硅模具通過(guò)澆注PDMS的方法制作該仿生微流控細(xì)胞培養(yǎng)芯片。
[0012]本發(fā)明的有益效果是:該微流控細(xì)胞培養(yǎng)芯片可以集成在一個(gè)芯片體系上進(jìn)行細(xì)胞的批量培養(yǎng)，同時(shí)可以和微栗、微閥等微結(jié)構(gòu)結(jié)合起來(lái)進(jìn)行相關(guān)的細(xì)胞研究。和其他微流控細(xì)胞培養(yǎng)芯片相比，該芯片為細(xì)胞的體外培養(yǎng)提供了更為穩(wěn)定、均衡的微環(huán)境，加大了實(shí)驗(yàn)結(jié)果的真實(shí)性。
【附圖說(shuō)明】
[0013]圖1是本發(fā)明中仿生微流控細(xì)胞培養(yǎng)芯片的整體結(jié)構(gòu)圖。
[0014]圖2是本發(fā)明中仿生微流控細(xì)胞培養(yǎng)芯片圓形細(xì)胞培養(yǎng)腔的局部視圖。
[0015]圖3是本發(fā)明中仿生微流控細(xì)胞培養(yǎng)芯片圓形細(xì)胞培養(yǎng)腔的結(jié)構(gòu)圖。
[0016]圖4是本發(fā)明中仿生微流控細(xì)胞培養(yǎng)芯片四邊形細(xì)胞培養(yǎng)腔的結(jié)構(gòu)圖。
[0017]圖5是本發(fā)明中仿生微流控細(xì)胞培養(yǎng)芯片五邊形細(xì)胞培養(yǎng)腔的結(jié)構(gòu)圖。
[0018]圖6是本發(fā)明中仿生微流控細(xì)胞培養(yǎng)芯片六邊形細(xì)胞培養(yǎng)腔的結(jié)構(gòu)圖。
[0019]圖7是本發(fā)明中仿生微流控細(xì)胞培養(yǎng)芯片七邊形細(xì)胞培養(yǎng)腔的結(jié)構(gòu)圖。
[0020]圖8是本發(fā)明中仿生微流控細(xì)胞培養(yǎng)芯片八邊形細(xì)胞培養(yǎng)腔的結(jié)構(gòu)圖。
[0021]圖9是本發(fā)明中仿生微流控細(xì)胞培養(yǎng)芯片九邊形細(xì)胞培養(yǎng)腔的結(jié)構(gòu)圖。
[0022]圖10是本發(fā)明中仿生微流控細(xì)胞培養(yǎng)芯片十邊形細(xì)胞培養(yǎng)腔的結(jié)構(gòu)圖。
[0023]圖11本發(fā)明中仿生微流控細(xì)胞培養(yǎng)芯片八邊形細(xì)胞培養(yǎng)腔的局部視圖。
[0024]圖中:1細(xì)胞進(jìn)樣孔遮蓋層；2未帶微結(jié)構(gòu)的蓋片層；3流體通道層；4培養(yǎng)液進(jìn)液口 ；5儲(chǔ)液池；6主流道；7細(xì)胞進(jìn)樣孔；8微柱陣列；9細(xì)胞培養(yǎng)腔；10廢液出液口 ；11廢液回收池。
【具體實(shí)施方式】
[0025]下面結(jié)合附圖進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明的一種具體實(shí)施過(guò)程，此處所描述的【具體實(shí)施方式】?jī)H僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0026]如圖2所示，仿生微流控細(xì)胞培養(yǎng)芯片有三層結(jié)構(gòu)，分別為:細(xì)胞進(jìn)樣孔遮蓋層(圖1中的)(第一層)，未帶有微結(jié)構(gòu)的蓋片層(圖1中的)(第二層)和流體通道層(圖1中的)(第三層)，其中第二層未帶有微結(jié)構(gòu)的蓋片層和第三層的流體通道層通過(guò)氧等離子鍵合工藝構(gòu)成仿生微流