一種可用于評價藥物、生物材料以及醫(yī)療器械神經(jīng)毒性的生物芯片的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種可用于評價藥物、生物材料以及醫(yī)療器械神經(jīng)毒性的生物芯片。
【背景技術(shù)】
[0002]動物行為模型和神經(jīng)突生長法是目前最常采用的神經(jīng)毒性測試方法。動物行為模型可有效篩選神經(jīng)毒物，但由于動物體內(nèi)通常一個通路有多個并行通路，一個通路受損，其他通路仍可替代它繼續(xù)正常工作，單靠動物行為顯然無法排除化學(xué)物質(zhì)的潛在神經(jīng)毒性。另一方面，由于體內(nèi)情況復(fù)雜，不利于研究發(fā)育神經(jīng)毒物的毒性作用機制。而且，動物實驗與體外細胞研究相比，還有其固有弱勢，如周期長、成本高、動物試驗帶來的倫理問題等。
[0003]神經(jīng)突生長法是目前使用最廣泛的體外神經(jīng)毒性評價方法，該方法基于傳統(tǒng)的細胞培養(yǎng)方法，將細胞隨機接種于培養(yǎng)皿或培養(yǎng)板。該方法只能以神經(jīng)突長度及生長率等基本參數(shù)評價化學(xué)物質(zhì)的神經(jīng)毒性，無法精確模擬神經(jīng)元在體內(nèi)復(fù)雜的化學(xué)和物理拓撲結(jié)構(gòu)引導(dǎo)下的路徑選擇，所以無法研究化學(xué)物質(zhì)對神經(jīng)元在特定拓撲結(jié)構(gòu)引導(dǎo)下的軸突路徑選擇的抑制作用。
[0004]其實，在神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育過程中，正確的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的建立包含了一系列復(fù)雜的步驟，這些步驟必須在時間和空間上高度協(xié)調(diào)一致才能形成正確的神經(jīng)元連接，其中包括軸突與目標(biāo)神經(jīng)元的正確路徑選擇、突觸形成以及突觸功能活性初始化。多種神經(jīng)毒性相關(guān)的功能障礙與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中神經(jīng)元之間的錯誤連接密切相關(guān)，如自閉癥，帕金森病及老年癡呆癥等。有研究表明長期接觸甲基汞和鉛等發(fā)育神經(jīng)毒物可導(dǎo)致這些神經(jīng)系統(tǒng)疾病，同時有研究指出，在自閉癥和精神分裂癥等發(fā)育神經(jīng)系統(tǒng)疾病患者體內(nèi)發(fā)現(xiàn)毒素可導(dǎo)致神經(jīng)細胞連接錯誤。正確的軸突路徑選擇過程在神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育過程是至關(guān)重要的。
[0005]因此，亟待建立更有效的神經(jīng)毒性體外檢測方法，以提高檢測靈敏度，縮短檢測周期，降低檢測成本，來彌補動物行為模型和神經(jīng)突生長法的不足之處。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本實用新型的目的在于提供一種可用于評價藥物、生物材料以及醫(yī)療器械神經(jīng)毒性的生物芯片。
[0007]—種可用于評價藥物、生物材料以及醫(yī)療器械神經(jīng)毒性的生物芯片，由具有不同拐角的微單元陣列組成，微單元由三個微孔及連接三個微孔的微通道組成，微單元以連接目標(biāo)微孔的微通道為對稱軸左右對稱，兩側(cè)微孔為引導(dǎo)微孔。
[0008]作為上述生物芯片的進一步改進，微單元的拐角A為:0°〈 A < 90°，其中，拐角A定義為微單元的兩個連接引導(dǎo)微孔的微通道之間的夾角的1/2。
[0009]作為上述生物芯片的進一步改進，微孔直徑D為10?lOOMm。
[0010]作為上述生物芯片的進一步改進，微通道寬度W為1?40Mm。
[0011]作為上述生物芯片的進一步改進，微結(jié)構(gòu)整體深度H為2?60Mm。
[0012]作為上述生物芯片的進一步改進，微通道長度L為10?lOOOMm。
[0013]一種可用于評價藥物、生物材料以及醫(yī)療器械神經(jīng)毒性的生物芯片，其制造步驟包括:
[0014]I)在襯底材料上通過光刻技術(shù)制作微單元陣列模板；
[0015]2)使用PDMS倒模復(fù)制出光刻的模板結(jié)構(gòu)；
[0016]3)將PDMS芯片貼附于蓋玻片上，完成PDMS彈性芯片與玻璃基底的集成；
[0017]4) PDMS芯片的親水性及生物活性后處理。
[0018]本實用新型的有益效果是:
[0019]I)本實用新型提供了一種全新的生物芯片，該芯片制備簡單，檢測靈敏度高；
[0020]2)通過使用激光引導(dǎo)細胞微排列系統(tǒng)將神經(jīng)細胞定位于本實用新型的生物芯片中的目標(biāo)微孔，在引導(dǎo)微孔中放置導(dǎo)向細胞或?qū)蛞蜃樱蓪崿F(xiàn)神經(jīng)毒性的體外檢測，其檢測結(jié)果簡單直觀；
[0021]3)本實用新型的生物芯片應(yīng)用范圍廣，可用于評價藥物、生物材料及醫(yī)療器械等的神經(jīng)毒性。
【附圖說明】
[0022]圖1實施例中的Y型微單元結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023]圖2實施例中的T型微單元結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0024]為了使本技術(shù)領(lǐng)域的人員更好地理解本實用新型方案，下面結(jié)合附圖和具體實施例對本實用新型作進一步的說明。
[0025]一種可用于評價藥物、生物材料以及醫(yī)療器械神經(jīng)毒性的生物芯片，由具有不同拐角的微單元陣列組成，微單元由三個微孔及連接三個微孔的微通道組成，微單元以連接目標(biāo)微孔11的微通道14為對稱軸左右對稱，兩側(cè)微孔為引導(dǎo)微孔12和13。
[0026]作為上述生物芯片的進一步改進，微單元的拐角A為:0°〈 A < 90°，其中，拐角A定義為微單元的兩個連接引導(dǎo)微孔的微通道之間的夾角的1/2。
[0027]作為上述生物芯片的進一步改進，微孔直徑D為10?lOOMm。
[0028]作為上述生物芯片的進一步改進，微通道寬度W為I?40Mm。
[0029]作為上述生物芯片的進一步改進，微結(jié)構(gòu)整體深度H為2?60Mm。
[0030]作為上述生物芯片的進一步改進，微通道長度L為10?lOOOMm。
[0031]由于研究對象不同，微結(jié)構(gòu)各部分尺寸參數(shù)并不唯一固定，以上為微結(jié)構(gòu)各部分尺寸可能有效的參數(shù)范圍。
[0032]生物芯片的制備:
[0033]一種高通量、高靈敏度的可用于藥物、生物材料及醫(yī)療器械神經(jīng)毒性評價的生物芯片的制造步驟包括:
[0034]I)在襯底材料上通過光刻技術(shù)制作微單元陣列模板；
[0035]2)使用PDMS倒模復(fù)制出光刻的模板結(jié)構(gòu)；
[0036]3)將PDMS芯片貼附于蓋玻片上，完成PDMS彈性芯片與玻璃基底的集成；
[0037]4) PDMS芯片的親水性及生物活性后處理。
[0038]生物芯片的評價:
[0039]I)將單個神經(jīng)元經(jīng)激光引導(dǎo)細胞微排列系統(tǒng)放置于目標(biāo)微孔中，兩側(cè)引導(dǎo)微孔、引導(dǎo)微孔中不放置軸突吸引或排斥微球，將整個生物芯片浸入全培養(yǎng)液中；
[0040]2)實驗組:神經(jīng)元接種16小時后，吸除原來的全培養(yǎng)液，并用不含神經(jīng)毒素的溶液洗一次，洗去原來培養(yǎng)液中的血清殘留，加入不同濃度的神經(jīng)毒素溶液作用4小時后，用全培養(yǎng)液洗一次，洗去神經(jīng)毒素溶液殘留，然后換回全培養(yǎng)液，細胞恢復(fù)48小時后，光學(xué)顯微鏡下觀察、統(tǒng)計目標(biāo)微孔中神經(jīng)元軸突路徑選擇狀態(tài)；
[0041]3)對照組:神經(jīng)元接種后，不加含神經(jīng)毒素的溶液，直接用全培養(yǎng)液培養(yǎng)，光學(xué)顯微鏡下觀察、統(tǒng)計目標(biāo)微孔中神經(jīng)元軸突路徑選擇狀態(tài)；
[0042]3)將實驗組神經(jīng)元軸突路徑選擇成功率與對照組進行對比，評價藥物、生物材料及醫(yī)療器械的神經(jīng)毒性。
[0043]上述實施例為本實用新型較佳的實施方式，但本實用新型的實施方式并不受上述實施例的限制，其他的任何未背離本實用新型的精神實質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種可用于評價藥物、生物材料以及醫(yī)療器械神經(jīng)毒性的生物芯片，其特征在于:生物芯片由具有不同拐角的微單元陣列組成，微單元由三個微孔及連接三個微孔的微通道組成，微單元以連接目標(biāo)微孔的微通道為對稱軸左右對稱，兩側(cè)微孔為引導(dǎo)微孔。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物芯片，其特征在于:微單元拐角A為:0°〈A < 90°。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物芯片，其特征在于:微孔直徑D為10?ΙΟΟμπι。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物芯片，其特征在于:微通道寬度W為I?40μπι。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物芯片，其特征在于:微結(jié)構(gòu)整體深度H為2?60μπι。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物芯片，其特征在于:微通道長度L為10?lOOOMm。
【專利摘要】本實用新型公開了一種可用于評價藥物、生物材料以及醫(yī)療器械神經(jīng)毒性的生物芯片，涉及微加工與神經(jīng)毒性評價技術(shù)領(lǐng)域。該生物芯片由具有不同拐角的微單元陣列組成，微單元由三個微孔及連接三個微孔的微通道組成，微單元以連接目標(biāo)微孔的微通道為對稱軸左右對稱，兩側(cè)微孔為引導(dǎo)微孔。該生物芯片能夠在體外實現(xiàn)高通量、高靈敏度的評價藥物、生物材料及醫(yī)療器械的神經(jīng)毒性。
【IPC分類】G01N35/00
【公開號】CN204807562
【申請?zhí)枴緾N201520486121
【發(fā)明人】盛立遠, 魏利娜, 賴琛, 王巧莉, 高志, 張志雄, 奚廷斐
【申請人】北京大學(xué)深圳研究院
【公開日】2015年11月25日
【申請日】2015年7月7日