[发明专利]一种三维高通量药物筛选芯片及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种新型的能实现细胞水平高通量药物生物活性筛选的三维聚二甲基硅氧烷-玻璃芯片及其制备方法，属于微流控芯片技术领域。 

背景技术

随着微流控技术的发展，药物筛选已成为当前微流控芯片技术中最具潜力的应用领域之一。单个细胞及胞内微量物质的分析与检测已在微流控芯片中得到初步实现，但细胞水平的高通量药物筛选仍然是微流控技术发展的难点和热点。而传统的药物筛选，主要在玻璃培养皿和九十六孔板中操作，工作量繁重，试剂和药物消耗量大，筛药周期漫长，开发成本高昂。当前，迫切需要开发出一种新型的药物筛选平台，来加快药物筛选的进度和中药现代化的进程。 

发明内容

为克服上述现有技术的不足，本发明中利用微机电加工和微塑膜技术创新性地设计并制作出一种三维微沟道结构的聚二甲基硅氧烷(PDMS)-玻璃芯片，它在细胞水平的药物筛选中，具有芯片微型化、高通量、低成本、试剂消耗小、试验数据准确可靠和操作流程简便等优点。 

实现本发明目的采用的技术方案是：一种三维高通量药物筛选芯片，至少包括聚二甲基硅氧烷和玻璃载片，其特征是：第一层聚二甲基硅氧烷芯片上设有细胞注入和废液输出沟道；另一层聚二甲基硅氧烷芯片上设有药物浓度梯度沟道和定量细胞培养腔室以及细胞进样打孔处和废液出口打孔处，定量细胞培养腔室与药物浓度梯度沟道的出口沟道连接，且定量细胞培养腔室通过沟道分别与细胞进样打孔处和废液出口打孔处连接，，第一层聚二甲基硅氧烷芯片的细胞注入和废液输出沟道通过细胞进样打孔处和废液出口打孔处与另一层聚二甲基硅氧烷芯片键合在一起，键合在一起的两层聚二甲基硅氧烷芯片再与玻璃载片键合在一起。 

细胞注入和废液输出沟道和药物浓度梯度沟道为单向阻尼结构或沟道内设有微阀门。 

所述三维高通量药物筛选芯片的制备方法包括以下步骤： 

(1)设计细胞注入和废液输出沟道和药物浓度梯度沟道的图形，然后打印出胶片掩膜，沟道深度为50～100um，沟道宽度为100～3000μm，定量细胞腔室直径在1000～3000μm之间； 

(2)在洁净硅片上均匀涂甩上AZ50正型光刻胶； 

(3)将涂胶硅片先于70～100℃下烘烤固化； 

(4)将烘烤后的涂胶硅片与胶片掩膜平行对准贴紧后，紫外充分曝光； 

(5)曝光充分后浸入显影溶液，待显影完全后，用去离子水冲洗干净，再吹干，在涂胶硅片上制作出阳模图形； 

(6)重复步骤(1)～(5)，分别制备两片出带细胞注入和废液输出沟道和药物浓度梯度沟道布局的硅片-光刻胶阳模； 

(7)将聚二甲基硅氧烷预聚物灌注到制得的两片硅片-光刻阳模上，待气泡排尽后，烘焙2～3h，直至固化完全； 

(8)切割并剥离两片含沟道的聚二甲基硅氧烷，打孔，等离子体处理后，第一层聚二甲基硅氧烷芯片的细胞注入和废液输出沟道通过细胞进样打孔处和废液出口打孔处与另一层聚二甲基硅氧烷芯片对准键合得双层聚二甲基硅氧烷芯片； 

(9)将上述双层聚二甲基硅氧烷芯片和玻璃载片等离子体处理后再键合在一起； 

(10)70～90℃烘焙1～2h后，即制作出含两层微沟道结构的三维高通量药物筛选聚二甲基硅氧烷-玻璃芯片。 

为尽量减少沟道内阻和稳定流场分布，上述细胞注入和废液输出沟道为分叉结构；药物浓度梯度的沟道药物浓度梯度沟道为逐级分叉结构，在药物和培养基的不同的注入流速下，形成一系列药物浓度梯度分布。第一层聚二甲基硅氧烷芯片的细胞注入和废液输出沟道通过细胞进样打孔处和废液出口打孔处与另一层聚二甲基硅氧烷芯片对准键合得双层聚二甲基硅氧烷芯片，双层聚二甲基硅氧烷芯片的两层沟道通过数个微孔贯通，沟道呈现出三维分布；为了准确控制流体在沟道内的流向，在沟道的局部位置设计为单向阻尼结构或沟道内设有微阀门，以阻止细胞悬浮液进入浓度梯度沟道。 

上述的细胞注入和废液输出沟道为分叉结构，且细胞注入和废液输出沟道深度和宽度分别为50～100μm和300～3000μm，药物浓度梯度沟道深度和宽度分别为50～100μm和100～1000μm。 

为了保证试验数据的精确性，细胞定量培养微腔室实现细胞的定量培养，向各个腔室中注满均匀分布细胞悬浮液，由于等体积和等浓度条件，使得每个培养腔室中的细胞数目近似相等。为了使试验数据能在统计学上有意义，定量细胞培养腔室构成三行平行试验组微腔室、两行空白对照组微腔室和一行阳性对照组微腔室。 

本发明的具有如下优点：