專利名稱：一種多細胞共培養的微流控芯片及其制備方法
技術領域：
本發明涉及一種多細胞共培養的微流控芯片及其制備方法，該微流控芯片表面有微結構和微通道，在液差產生的重力驅動下，利用層流現象實現多種細胞的微通道不同區域的植入，最后實現多種細胞的共培養，為研究細胞生物學奠定基礎，主要應用于細胞生物學、遺傳學和藥物篩選等相關領域。
背景技術：
20世紀80年代后期，為了建立更 類似于體內環境的培養體系，盡可能使體外環境與體內環境相吻合，從而使細胞間能相互溝通信息，相互支撐生長增殖，人們在細胞培養技術的基礎上發展出了細胞共培養技術。細胞共培養技術是將2種或2種以上的細胞共同培養于同一環境中，由于其具有更好地反映體內環境的優點，所以這種方法被廣泛應用于現代細胞研究中。目前，細胞共培養技術最多應用于骨細胞和神經細胞。細胞共培養體系主要通過兩種方法建立①直接共培養體系，即將2種或2種以上的細胞同時或分別接種于同一孔中，不同種類的細胞之間直接接觸；②間接共培養體系，即將2種或2種以上的細胞分別接種于不同的載體上，然后將這兩種載體置于同一培養環境之中，使不同種類的細胞共用同一種培養體系而不直接接觸。共培養體系主要作用誘導細胞向另一種細胞分化；誘導細胞自身分化；維持細胞功能和活力；調控細胞增殖；促進早期胚胎發育和提高代謝產物產量。從上世紀30年代開始，細胞培養逐漸成為研究人員實驗過程中不可缺少的重要步驟，其載體工具培養皿/培養瓶也逐步被大家所認可，成為了一種常規的實驗耗材。雖然到目前為止，很多科學家認為培養皿/培養瓶的這種體外培養條件與體內生長環境有著顯著的不同,但是由于沒有更好的培養載體來改變這個現狀，所以生物學家們也只能退而求次的默認這種情況的存在。但是近來，一種Petaka細胞培養系統的問世，獲得美國、歐洲廣大生物科學家的青睞，培養皿/培養瓶的一些致命缺陷又再一次被提及，成為研究人員熱烈討論的話題之一。常規的細胞培養皿很難完成多種細胞的共培養，因此，發展一種便捷、快速、高效、低成本的多細胞培養技術，是細胞生物學等領域的迫切需求。近年來，微流控芯片分析技術已成為分析化學中一個重要的研究方向，是其中最活躍的一支，無論是在科研還是應用領域都獲得了廣泛的重視。微流控芯片作為一種新型的分析檢測平臺，具有高通量、集成化、多重平行分析、便攜式、易操作、成本低等優點，已經在眾多領域獲得了廣泛應用。然而，采用微流控芯片，在其表面制備微結構和微通道，依靠微通道中多層液體之間的層流效應驅動樣品微流體，同時完成多種細胞的植入技術，目前在多種細胞共培養的應用領域尚未有實質性的突破。多種細胞共培養微流控芯片能將2種或2種以上的細胞共同培養于同一環境中，能更真實地反映人體組織細胞之間的互相影響，有利于實驗者觀察細胞與細胞之間互相作用，特別是多個細胞對一個細胞的影響，也有利于快速篩選新藥的療效和毒性。

發明內容
本發明的目的是提供了一種多細胞共培養的微流控芯片及其制備方法，其特征在于該微流控芯片是有微結構和微通道的微流控芯片，以多重液體在微通道中產生的層流為樣品微流體的驅動力，完成多種細胞在微流控芯片中微通道的植入。微流控芯片由刻有微米級別的微結構和微通道的芯片和粘性薄膜封合而成，微結構和微通道通過微加工技術制備，包括樣品池、廢液池、微孔和微通道。為實現上述目的，本發明采用以下的操作步驟(I)用計算機輔助設計軟件設計和繪制微流控芯片中各層芯片的微結構和微通道圖形。(2)通過微加工技術在各層微流控芯片基材表面和粘性薄膜上加工所需的微結構和微通道，包括樣品池、廢液池、微孔和微通道。(3)利用雙層粘性薄膜，將各層離心式微流控芯片對齊、粘合、加壓封合，組成多細胞共培養的微流控芯片。(4)將不同細胞溶液從樣品池加入，控制微流體的層流速度，將多種細胞植入到微流控芯片中的主微通道中。(5)完成多種細胞在微通道中的植入后，進行細胞的培養。本發明中，多細胞共培養的微流控芯片的芯片基材可以是PMMA、PC、PVC、C0C、銅、鋁、不銹鋼、硅片、玻璃圓片，也可是市售的各類普通CD光盤。本發明中，多細胞共培養的微流控芯片和粘性薄膜的微結構和微通道可以通過數控銑刻、激光刻蝕、L IGA技術、模塑法、熱壓法、化學腐蝕制備，也可用軟刻蝕技術制備。本發明中，多細胞共培養的微流控芯片是由兩層芯片組成，各層芯片之間用粘性薄膜貼合，粘性薄膜可以是雙層力致粘性薄膜，也可是普通雙面膠薄膜。本發明中，多細胞共培養的微流控芯片上的樣品溶液的驅動依靠液差產生的重力。本發明中，多細胞共培養的微流控芯片的細胞植入是依靠微通道中多液流之間的層流現象完成的。本發明中，多細胞共培養的微流控芯片采用原位植入，微通道表面進行BSA蛋白表面修飾固定。本發明提出的多細胞共培養的微流控芯片及其制備方法，操作簡單、實現了多種細胞的平行植入和共培養，降低了試劑與樣品的用量，簡化了細胞植入過程，具有便攜、經濟、快速、高效、準確的特點，在細胞生物學、遺傳學和藥物篩選等相關領域中具有良好的應用前景。


圖1.多細胞共培養的微流控芯片的結構示意圖。a.左側樣品注入孔，b.中間樣品注入孔，c.右側樣品注入孔，d. BSA蛋白修飾的微通道，e.廢液孔。具體實施方案實施例1用計算機輔助設計軟件設計和繪制離心式微流控芯片的兩層芯片的微結構和微通道圖形。利用數控CNC系統加工制備兩層圓片狀聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)芯片的微結構和微通道，分別用自來水、蒸餾水清洗各層芯片，并用乙醇擦拭芯片表面殘留的指紋、油潰等污潰。在雙面膠薄膜上，用刻字機加工制備所需的微結構和微通道。將兩層芯片小心對齊、粘合、加壓封合，制成多細胞共培養的微流控芯片。從左側樣品注入孔和右側樣品注入孔分別加入含細胞的細胞培養液，從中間樣品注入孔中加入細胞培養液，控制左、中、右側樣品注入孔與廢液池的液差高度，從而控制層流速度，使細胞溶液緩慢流經微通道，細胞因此吸附在用BSA蛋白修飾固定的微通道表面，從而完成兩種細胞的同時植入。實施例2用計算機輔助設計軟件設計和繪制離心式微流控芯片的兩層芯片的微結構和微通道圖形。利用數控CNC系統加工制備兩層圓片狀聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)芯片的微結構和微通道，分別用自來水、蒸餾水清洗各層芯片，并用乙醇擦拭芯片表面殘留的指紋、油潰等污潰。在雙面膠薄膜上，用刻字機加工制備所需的微結構和微通道。將兩層芯片小心對齊、粘合、加壓封合，制成多細胞共培養的微流控芯片。從左側、右側和中間樣品注入孔分別加入含不同細胞的細胞培養液，控制左、中、右側樣品注入孔與廢液池的液差高度，從而控制層流速度，使細胞溶液緩慢流經微通道，細胞因此吸附在用BSA蛋白修飾固定的微通道表面，從而完成三種細胞 的同時植入。
權利要求
1.一種多細胞共培養的微流控芯片及其制備方法，其特征在于該微流控芯片是有微結構和微通道的微流控芯片，以多重液體在微通道中產生的層流為樣品微流體的驅動力，完成多種細胞在微流控芯片中微通道的植入。微流控芯片由刻有微米級別的微結構和微通道的芯片和粘性薄膜封合而成，微結構和微通道通過微加工技術制備，包括樣品池、廢液池、微孔和微通道。
2.按權利要求1所述的多細胞共培養的微流控芯片及其制備方法，其特征在于，其制作步驟如下 (1)用計算機輔助設計軟件設計和繪制微流控芯片中各層芯片的微結構和微通道圖形。
(2)通過微加工技術在各層微流控芯片基材表面和粘性薄膜上加工所需的微結構和微通道，包括樣品池、廢液池、微孔和微通道。
(3)利用雙層粘性薄膜，將各層離心式微流控芯片對齊、粘合、加壓封合，組成多細胞共培養的微流控芯片。
(4)將不同細胞溶液從樣品池加入，控制微流體的層流速度，將多種細胞植入到微流控芯片中的主微通道中。
(5)完成多種細胞在微通道中的植入后，進行細胞的培養。
3.按權利要求1或2所述的多細胞共培養的微流控芯片及其制備方法，其特征在于，這種細胞培養芯片的核心功能器件是微流控芯片，此芯片以液差產生的重力作為樣品微流體流動的驅動力，可以批量生產、多次利用、靈活設計與組裝。
4.按權利要求1或2所述的多細胞共培養的微流控芯片及其制備方法，其特征在于，這種細胞培養芯片上的微結構和微通道是通過數控銑刻、激光刻蝕、LIGA技術、模塑法、熱壓法、化學腐蝕、軟刻蝕技術的微加工方法在芯片基材表面制備，尺寸在微米級別。
5.按權利要求1或2所述的多細胞共培養的微流控芯片及其制備方法，其特征在于，這種細胞培養芯片是由兩層芯片疊加而成，構成三維立體的微結構和微通道網絡。
6.按權利要求1或2所述的多細胞共培養的微流控芯片及其制備方法，其特征在于，這種細胞培養芯片可以在一塊芯片上制作多組微結構和微通道，構成多組細胞培養單元，可同時培養多組樣品，提高了單位時間的平行培養能力。
7.按權利要求1或2所述的多細胞共培養的微流控芯片及其制備方法，其特征在于，這種細胞培養芯片通過微通道中多液流之間的層流現象完成微通道中細胞的植入。
8.按權利要求1或2所述的多細胞共培養的微流控芯片及其制備方法，其特征在于，這種細胞培養芯片采用原位植入，在微通道表面進行BSA蛋白表面修飾后進行細胞的植入。
9.按權利要求1或2所述的多細胞共培養的微流控芯片及其制備方法，其特征在于，這種細胞培養芯片適合兩種或三種細胞，甚至四種以上不同細胞的原位共培養。
10.按權利要求1或2所述的多細胞共培養的微流控芯片及其制備方法，其特征在于，這種細胞培養芯片便于觀察、設備簡單、直接采樣、樣品和試劑用量小，平行培養能力高、易與檢測器連接、樣品無需轉移、樣品交叉污染幾率小，能更真實地反映人體組織細胞之間的互相影響，有利于實驗者觀察細胞與細胞之間互相作用，特別是多個細胞對一個細胞的影響，也有利于快速篩選新藥的療效和毒性，在細胞生物學、遺傳學和藥物篩選等相關領域具有廣泛的應用前景。
全文摘要
本發明涉及一種多細胞共培養的微流控芯片及其制備方法，該微流控芯片表面有微結構和微通道，在液差產生的重力驅動下，利用層流現象實現多種細胞的微通道不同區域的植入，最后實現多種細胞的共培養，為研究細胞生物學奠定基礎，主要應用于細胞生物學、遺傳學和藥物篩選等相關領域。該微流控芯片實現了多種細胞的共培養，具有直觀、便捷化、微型化以及試劑與樣品用量少的特點，為多細胞共培養提供了一種全新的分析技術。
文檔編號C12M3/00GK103060195SQ201210589528
公開日2013年4月24日 申請日期2012年12月31日 優先權日2012年12月31日
發明者沙俊 申請人:蘇州汶顥芯片科技有限公司