[发明专利]一种柔性三维单细胞定位培养芯片及其可控制备方法

说明书

所属领域

本发明涉及一种基于微细加工技术实现的柔性三维单细胞定位培养芯片，属于生物微机电系统（Bio-MEMS）领域。

背景技术

大部分基于细胞群的实验由于平均细胞反应可能出现误导，并遗失细胞的瞬态数据。为了准确探测细胞功能，将单个细胞限定在特定位点的技术是不可或缺的。单细胞培养芯片作为贴壁依赖型细胞研究及行为控制的实验性工具，在基础细胞生物学、组织工程学、药物筛选以及基于细胞的生物传感器等领域具有广阔的应用前景。

目前研究最广泛的细胞定位方法是基于凝胶实现的，这些软凝胶具有对细胞无毒性、透明、柔软等特性，被用来分析细胞-基底间、细胞-细胞间的相互作用。其中的关键问题在于凝胶具有从玻璃表面物理剥离的趋势，细胞图型的稳定性也因此成为该技术发展的瓶颈。为此，Inhee Choi等（Inhee Choi,Young In Yang,JongheopYi.et al.Directed positioning of single cells in microwells fabricated by scanning probe lithography and wet etching methods.Langmuir2008,24:2597-2602）基于扫描探针微影技术和湿法刻蚀技术直接在硅片表面加工出微井，并实现了单个大肠杆菌细胞的定位培养。该方法通过控制微井尺寸将细胞限制在微井中。由于微井是基于MEMS技术直接在硅表面刻蚀得到，用于细胞培养无需任何化学修饰，因此，具有细胞图型稳定的特点。然而，该方法的局限性在于硅基底不透明，细胞观察需借助于各种染色方法实现。Jianping Fu等（Jianping Fu,Yang-Kao Wang,Christopher S Chen.et al.Mechanical regulation of cell function with geometrically modulated elastomeric substrates.Nat Methods.2010,7(9):733-736.）的研究工作表明，PDMS微柱阵列可用于细胞培养。

发明内容

本发明的目的是：为解决现有单细胞三维定位培养芯片存在的图型质量稳定性差的问题，本发明提供一种可实现稳定的细胞培养的柔性三维单细胞定位培养芯片。

本发明的技术方案是：一种基于PDMS的柔性三维单细胞定位培养芯片，包含阵列分布的细胞培养微井1，每个细胞培养微井1底部包含微柱阵列3；所述微柱呈方形，边长a₁满足：1≤a₁≤10μm，高度h₁满足：1≤h₁≤100μm,相邻两个微柱间的距离l₁，即相邻微柱中心线之间的距离满足：0＜l₁＜10μm；所述细胞培养微井1呈方形，边长a₂满足：其中，是待培养细胞2直径的统计平均值，细胞培养微井1上表面与微柱阵列3顶部所形成表面的高度差h₂满足：h₀≤h₂＜2h₀，其中，h₀是待培养细胞2的高度平均值，细胞培养微井1深度h满足h＝h₁+h₂，相邻两个细胞培养微井1间的距离l，即微井中心线之间的距离满足：

所述柔性三维单细胞定位培养芯片的制备方法，采用MEMS技术和复制模塑技术完成，具体包括如下步骤：

步骤一：按质量或体积比为10:1混合PDMS预聚体和交联剂，并充分搅拌均匀后，放入真空干燥箱中脱气直至混合过程中产生的气泡完全排除。