[发明专利]生物反应装置及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及生物领域，具体而言，本发明涉及生物反应装置及其制备方法和应用。

背景技术

体外研究细胞与小分子化学药物、细胞外基质（ECM）蛋白分子以及与其他细胞的相互作用逐渐在分子细胞生物学、临床诊断与药物研发等领域体现出愈加重要的意义。传统的培养皿或多孔板的二维培养环境无法很好的模拟和重现体内细胞生长的三维环境。因此在体外构建三维微环境实现细胞与其他生化因子或细胞在三维水平上的相互作用研究对于加速生物医学和药物研发的进一步发展具有重要意义。并且随着个体化医疗概念的提出与发展，人们已经认识到个体化差异于药物研发的重要意义。单一药物种类及其剂量对于不同个体的治疗效果相差甚远。将三维细胞培养与个体化医疗相结合势必开发出一种全新的生物及药物研发模式，推动生物医药领域的大力发展。

现代生物医药研究需要获取和分析大量信息，高通量（high-throughput）技术应运而生，大大提高了获取生物信息的效率并且降低了所需试剂（如抗体、药物）、材料（如细胞外基质蛋白）和细胞（如数量有限的原代细胞）等的成本。

目前常用的高通量平台技术基于微孔板（如96、384孔板）或芯片（如基因、蛋白、材料和细胞芯片）形式，用自动化操作系统（机械手、排枪、芯片点样系统、个人点样仪等）执行试验过程，实现微量样本研究。但是，昂贵的自动化操作系统并没有有效降低研究的总成本，需要开发更高效、更简易的装载（loading）

方法来实现药物、材料和细胞的高通量三维微尺度排列芯片。

诞生于半导体工业的微米尺度加工（微加工）技术被越来越广泛的应用于生物医学研究中以实现对于分子、材料和细胞在空间上的精确控制和高通量排列，其在建造图案化高通量的三维微环境领域具有强大功能。例如：空间上精确控制的三维微环境可以被用来重建体外的仿生模型（如模拟血管的多层生理结构，以及肝小叶精细的生理结构）；高通量排列的三维微环境可以被用来构建三维的药物、材料和细胞阵列芯片。常用的实现三维图案化排列的微加工方法包括：影印石版术（photolithography）、微成型技术（micro-molding）、模版图案技术(stencil patterning)、压印光刻技术(Imprint lithography)、流体光刻技术(flow lithography)等等。三维微环境的设计需要涉及多方面因素，例如生物材料的来源（天然的或合成的）、材料的物化性质（化学性质、硬度、降解性、结构性）、材料的生物活性（粘附位点存在与否、诱导分子存在与否）以及药物、材料和细胞封装的方式（在制作支架过程中封装、封装在已成型的支架上）。

如今，微加工技术在建造三维微环境的应用大都只局限于具有工程制造背景的实验室中实现，其在传统生物学、药学和医学实验室的广泛应用尚存在技术上的瓶颈，特别在涉及活细胞和具有生物活性的材料和药物的三维微环境的构建。例如，实验室常用的细胞外基质材料基质胶（matrigel）、明胶（collagen）是商品化的凝胶蛋白，具有良好的生物活性、生物相容性、可降解性，是公认的培养细胞的优良材料，尤其基质胶是培养胚胎干细胞（embryonic stem cell）的标准基底材料。其成胶（gelation）方式一般是温度转变（4℃～37℃），用常规的方法很难实现三维的图案化排列。借助微加工技术来制备模具，依靠模具的微尺度空间限制可以实现凝胶蛋白和细胞的三维微尺度排列。但一定程度上又增加了研究成本或操作技巧难度。

如上所述，为满足生物学、药学、医学等不同研究领域对于精确可控和高通量的三维微环境日益增强的需求，迫切需要一种简易、可广泛应用的平台技术以快速、无损并且高通量地实现药物、材料和细胞以及其混合物的三维图案化微尺度排列。理想的微加工三维微环境高通量筛选平台应对于熟悉传统二维药物、细胞和材料研究的人员易于操作，无需特别的专业技术和手段（如微加工技术和特殊合成材料）以及昂贵的设备（如自动化、微加工设备），以实现在传统生物学、药学和医学领域的无障碍广泛应用。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决上述技术问题之一或至少提供一种有用的商业选择。为此，本发明的一个目的在于提出一种生物反应装置及其制备方法和应用。

在本发明的一个方面，本发明提出了一种生物反应装置，根据本发明的实施例，该生物反应装置包括：第一板，所述第一板具有第一通孔；第二板，所述第二板具有第二通孔；第一板和第二板通过双面胶连接，所述第一通孔与所述第二通孔一一对应。该细胞器培养器结构简单，功能全面，能够高通量并行自动装载细胞、培养液和药物等。