[发明专利]微流扩散和开放介入的细胞培养阵列芯片及其制作方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及微流扩散和开放介入的细胞培养阵列芯片及其制作方法和应用,适用于细胞培养、干细胞增殖及分化、细胞组织工程、药物筛选、再生医学、微流控及纳米技术等,属于生物技术领域。

背景技术

在细胞生物学的研究中,细胞培养是很关键的。虽然用传统的培养皿也能够实现细胞的培养与扩增,但是这种静态培养的方式与动物体内细胞的真实环境是有很大差别的。事实证明,动物组织结构中，细胞的代谢是动态的，即其营养及其它生长因子是通过血管输送，再以微流扩散的方式传递到细胞。由此，大多数体内细胞的生命的维持和扩增是基于微流扩散的。近年来，有许多有关在微流条件下细胞培养的报道。但这些工作基本上是灌注式的，即营养液直接流经细胞所在的微流通道或微流腔体，从而引入不利于细胞生长的剪切力。因此，灌注式的微流培养也与体内细胞的真实环境有很大差别的。另外，在封闭的微流芯片中,细胞的生长环境将受到很大的影响，培养条件也难以控制，也因此会导致细胞繁殖缓慢或凋亡。但是，微流芯片用于细胞培养有其独特的优势。例如，可用微流芯片进行高通量的细胞分析等。

综上所述，传统的及灌注式的微流细胞培养方式是不完善的。微流调控的方式虽然很好，但迄今为止所发展的有关细胞培养的设计方案存在根本的缺陷，导致了它的应用局限性。事实上，微流细胞培养当前仍停留在实验室的研究阶段, 离临床应用还有很大一段的距离。

发明内容

本发明的目的在于，克服现有技术的缺点，提供一种微流扩散和开放介入的细胞培养阵列芯片及其制作方法和应用。所述细胞培养阵列芯片由多个重复的开放式细胞培养单元阵列构成，每个细胞培养单元均与微流主通道和微流扩散通道联通，使所需的培养液、生长因子或药物是通过与外界相连的微流扩散网络来提供，从而使细胞剪切力为零；每个细胞培养单元上口对外部环境开放,有效地保证了细胞生长所需的气体和湿度环境；模拟细胞在体内的微环境多通道的微流控浓度梯度,实现药物的定时、定量释放等功能；特别适用于基于细胞表型的高通量的药物筛选研究工作,能够广泛地应用于基础细胞研究和临床诊断领域；同时，芯片结构紧凑，且成本低，并可大批量生产；制作方法简单，易于操作；该微流扩散网络的主通道类似动物体内的毛细血管，相关细胞因子通过与主通道相连的微流扩散通道来实现；本发明是仿真的、动态的、开放的和微流扩散型的研究细胞，效率高，质量稳定。

本发明的微流扩散和开放介入的细胞培养阵列芯片一种技术方案是：

微流扩散和开放介入的细胞培养阵列芯片包括一个基底和固定在基底上的基片；所述基片上分布有若干个孔形的细胞培养单元；每个细胞培养单元一端有朝上开放的上口，另一端下口朝向基底表面；若干个细胞培养单元组成开放式细胞培养单元阵列；基片的与基底相结合的平面上有相互联通的蜂窝状微流主通道和微流扩散通道，并联通每个细胞培养单元，用于将细胞培养液、或细胞因子、或药物通过单路或多路通道定时定量地注入微流主通道中，并通过微流扩散通道与细胞培养单元进行物质交换，而细胞处于零流速状态；每个细胞培养单元上口与外界环境相通，用于调控细胞生长所需的气体和湿度。

在上述技术方案基础上更进一步的技术方案是：

所述的微流扩散和开放介入的细胞培养阵列芯片，所述的基片的与基底相结合的平面上的微流主通道和微流扩散通道为化学修饰的三维几何形状。

所述的微流扩散和开放介入的细胞培养阵列芯片，其细胞培养单元由多边形或圆形微流主通道包围，并由微流扩散通道联通细胞培养单元和微流主通道，用于实现多通道的微流控浓度梯度,使药物定时、定量释放，实现高通量的药物筛选。

所述的微流扩散和开放介入的细胞培养阵列芯片，其微流主通道其流体进出口处有集成微泵和微阀,用于实现化学物质的定时、定量注入。 

所述的微流扩散和开放介入的细胞培养阵列芯片，其构成细胞培养单元阵列的基片其材料为生物兼容高分子材料，选自于聚合物聚二甲基硅氧烷PDMS，或热塑性材料聚甲基丙烯酸甲酯PMMA，或聚碳酸酯PC，或聚苯乙烯PS。

所述的微流扩散和开放介入的细胞培养阵列芯片，其微流扩散通道高度小于等于5微米，宽度小于等于5微米；微流主通道高度小于等于200微米，宽度小于等于 500微米；细胞培养单元的直径大于等于0.2毫米,小于等于10毫米,高度小于等于8毫米。

所述的微流扩散和开放介入的细胞培养阵列芯片，所述的基底其材料为生物兼容材料，选自于玻璃片，或聚合物聚二甲基硅氧烷PDMS、或热塑性材料聚甲基丙烯酸甲酯PMMA、或聚碳酸酯PC、或聚苯乙烯PS制成的偏平片，或平底器皿。