[发明专利]基于ITO玻璃基底的细胞培养芯片的制备方法及其应用

说明书

技术领域

本发明属细胞培养芯片领域，特别是涉及一种玻璃细胞培养芯片的制备方法及其应用。

背景技术

利用CO₂培养箱培养细胞的常规培养方法是一种研究活细胞的良好方法，在病毒学、免疫学、遗传学、肿瘤学等各个领域都得到了广泛的应用，但仍然存在明显不足。首先是细胞操作方法繁琐，不易控制细胞生长的微环境，难以全面模拟细胞生活的真实环境；还有就是细胞所需数量巨大，不易进行单细胞的控制和操纵，观察不直接，耗费世纪。将微流控芯片和细胞培养技术相结合所得到的细胞培养芯片，具有明显的优越性。从器件尺寸而言，芯片特征尺寸可与细胞大小相比拟，有助于实现单细胞的生物化学实验；从结构上而言，芯片内物质传输与热传导非常迅速，有利于细胞培养环境的快速稳定；从集成性而言，芯片上可以集成多种分析手段，实现细胞培养的微型化。由于这些优势的存在，细胞培养芯片在细胞迁移、细胞分化、药物筛选等多个领域正在发挥越来越重要的作用。

在设计芯片时，必须考虑芯片材料的生物兼容性、培养液流动导致的机械力对细胞的影响和有效成分的传递输送等因素。其中，如何通过简单快速的微细加工工艺加工生物兼容性良好的材料是需要解决的首要问题。目前用于加工细胞培养芯片的材料主要有硅、玻璃和聚二甲基硅氧烷(PDMS)等聚合物材料。PDMS芯片通常采用复制压模技术制作，能够实现微米级图案的高保真复制，并且具有良好的生物兼容性，可直接培养各类细胞。但由于PDMS为弹性材料，易受有机试剂作用产生微通道变形、溶胀等现象。并且PDMS管道表面为疏水性，很难润湿亲水性溶液，在培养液进样过程中容易产生气泡而损伤细胞。

硅材料亲水，能够耐受硫酸、盐酸等液体，性质相对稳定，加工技术成熟。其缺点主要是易碎、价格较高、不透光、电绝缘性不够好、表面化学行为较复杂。与硅、PDMS材料相比，玻璃廉价、易得，且具有良好的亲水性能、力学性能，制作设备与传统IC(集成电路)工艺设备相兼容。然而，现在制作玻璃芯片的方法是：在玻璃基底上溅射一层金属或多晶硅等薄膜材料作为刻蚀掩模层，然后进行湿法或干法刻蚀，最后在超净环境中利用高电压或高温进行键合，整个加工工艺复杂，价格昂贵。

细胞体外培养还需要一定的恒温环境和合适的气体供应。常规培养下，CO₂培养箱能够为细胞培养提供37℃的恒温环境和适当的O₂、CO₂供应。因此，制作细胞培养芯片时，需要集成温度控制装置，并满足细胞对气体的需求。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于ITO(Indium-Tin-Oxide，氧化铟锡)玻璃基底的细胞培养芯片制备方法及其应用，克服现有的聚二甲基硅氧烷(PDMS)芯片的疏水性问题和玻璃材质芯片的加工工艺复杂问题，为细胞在体外的稳定培养提供了良好的条件。

本发明的基于ITO玻璃基底的细胞培养芯片的制备方法，包括步骤：

以ITO玻璃为细胞培养芯片的基质材料；以ITO玻璃未溅射ITO薄膜的一侧甩涂AZ4620光刻胶作为玻璃腐蚀的掩模层，根据设计的掩膜版进行曝光、显影；将PDMS单体、固化剂按比例均匀混合，浇注在ITO薄膜一侧，加热固化；将ITO玻璃置于腐蚀液中，刻蚀得微管道和“坝型”结构；剥离ITO薄膜上的PDMS；将PDMS单体、固化剂按比例均匀混合后，平铺在载玻片上，加热固化得PDMS薄膜；将PDMS薄膜和已刻蚀微管道的ITO玻璃一侧在氧等离子体作用下键合得到细胞培养芯片；再在ITO玻璃未键合PDMS薄膜的一侧通过黏附金属导线连入外部温度控制系统。

所述的微管道分两个区域，其中一个区域为细胞培养区域，另外一个区域为培养液进样区域，两个区域通过“坝型”结构连接；

所述的“坝型”结构高度小于微管道深度；

所述的腐蚀液是BOE(Buffered Oxide Etch)；

所述的固化剂是Dow Coming公司所提供的sylgard184产品；

所述的PDMS单体与固化剂的重量混合比为10∶1；

所述的加热固化是80℃加热固化1小时；

所述的黏附金属导线是通过导电胶将金属导线黏附在ITO薄膜上；

所述的外部温度控制系统，其温度控制对象为芯片微管道内液体的温度，其温度传感器为Pt1000温敏电阻，其加热方法为ITO薄膜导电发热的直接加热方式，其控制中心为ADμC812单片机。

本发明的一种基于ITO玻璃基底的细胞培养芯片的应用在于细胞迁移、细胞分化、细胞之间相互作用研究。

所述的细胞是动物细胞或植物细胞，或正常体细胞或肿瘤细胞；