[发明专利]一种与三维培养相结合的transwell微流控芯片及其制备方法

说明书

一种与三维培养相结合的transwell微流控芯片及其制备方法，该微流控芯片主要由顶层芯片、多孔滤膜、中间层芯片，底层芯片组成，多孔滤膜通过不可逆封接顶层芯片的下表面，然后通过PDMS粘合中间芯片的上表面。底层培养室的坑状结构用于体外细胞、组织和器官的三维培养。该微流控芯片同时具有transwell小室、微流控芯片以及体外三维培养的功能，并可以实时观察底层芯片的细胞生长状况，可应用于药物代谢、器官发育等生物学研究。

技术领域

本发明涉及微流控芯片制备的领域，具体涉及一种与三维培养相结合的transwell微流控芯片及其制备方法。

背景技术

Transwell实验技术，传统方法是将商品化的Transwell小室放入培养板中，小室内称上室，培养板内称下室，上室内盛装上层培养液，下室内盛装下层培养液，上下层培养液以聚碳酸酯膜相隔。我们将细胞种在上室内，由于聚碳酸酯膜有通透性，下层培养液中的成分可以影响到上室内的细胞，从而可以研究下层培养液中的成分对细胞生长、运动等的影响。但Transwell实验因为中间膜材料的性质限制，无法直接观察下层的现象，只能通过荧光进行观察，限制了它的应用。

微流控芯片实验室又称芯片实验室或微流控芯片，指的是把生物和化学等领域中所涉及的样品制备、反应、分离、检测、细胞培养、分选、裂解等基本操作单元集成或基本集成到一块几平方厘米(甚至更小)的芯片上，由微通道形成网络，以可控流体贯穿整个系统，用以取代常规化学或生物实验室的各种功能的一种技术。微流控芯片技术作为一门迅速发展起来的科学技术，已经在生物医学领域展现了其独特的优势，更因其同细胞尺寸匹配、环境同生理环境相近、在时间和空间维度上能够提供更为精确的操控，易于通过灵活设计实现多种细胞功能研究等特点而成为新一代生物仿生和细胞研究的重要平台。但微流控芯片又难以实现Transwell实验的功能，在药物代谢、细胞侵袭等研究中受到了极大的限制。

三维细胞培养技术有着重要的应用。普通的细胞培养由于细胞在体外改变的环境下增生逐渐丧失了原有的性状，细胞的基因表达、信号转导和形态学都可能与天然有异，往往和体内情况不相符，而动物实验完全在体内进行,但由于体内的多种因素制约以及体内和外界环境相互影响而变得复杂化,难以研究单一过程，且难以研究中间过程。三维细胞培养技术是介于单层细胞培养与动物实验之间的一种技术，既能最大程度的模拟体内环境，又能展现细胞培养的直观性及条件可控性的优势。三维细胞模型提供了独特的视角来观察干细胞的行为、组织器官和肿瘤的发展过程。这些研究模型有利于加速癌症生物学和组织工程领域的转化研究。

近来人来源的胚胎干细胞和诱导性多能干细胞在体外发育成各种3D微组织器官，虽然这些组织器官不够成熟，但是一定程度上能够模拟人各器官的发育和功能，填补动物实验的一些不足。

总之，该发明首次将以上三种技术结合起来，可以用于体外各种生理病理模型的建立，在基础生物学研究及医药研发中具有极大的应用前景。

发明内容

本发明的目的是提供一种与三维培养相结合的transwell微流控芯片的制备方法，制得的微流控芯片同时具有transwell小室和微流控芯片的功能优势，并且芯片坑状结构设计满足体外细胞组织的三维培养，整个系统可以实时监测体外三维细胞组织的生长和发育，在发育生物学研究及医药研发中有广阔的应用前景。

本发明提供一种与三维培养相结合的transwell微流控芯片，其特征在于：该微流控芯片主要由顶层芯片、多孔滤膜、中间层芯片、底层芯片组成，

所述顶层芯片上设有顶层细胞培养室，

所述中间层芯片由细胞入口、细胞出口、中间层细胞培养室和中间层线型通道组成。细胞入口、细胞出口和中间层细胞培养室之间通过中间层线型通道连接在一起。

所述底层芯片由底层线型通道和坑状结构组成。