[发明专利]一种阵列式细胞动态培养与区域化处理微流控芯片及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种阵列式细胞动态培养与区域化处理微流控芯片，该芯片包括自上而下依次封接的流动层、控制层、薄膜层和玻璃层；所述流动层由阵列式细胞培养区、缓冲结构区、细胞接种微管道、左进液微管道、中央进液微管道和右进液微管道组成；阵列式细胞培养区上设有若干阵列式培养U型凹槽；缓冲结构区内设有若干U型微柱；控制层由若干微泵组成，微泵采用由一个入口和若干个微腔串联组成末端封闭结构。本发明可开展流体剪切力动态加载和两种以上生化因子/药物对细胞的区域化处理，以及处理细胞与未处理细胞之间的相互作用研究，突破了惯用的细胞培养与处理模式，有利于模拟不同生理或病理情况下组织中细胞的流体微环境和生化微环境。

技术领域

本发明涉及阵列式细胞培养微流控芯片技术领域，具体涉及一种阵列式细胞动态培养与区域化处理微流控芯片及其制备方法和应用。

背景技术

基于微流控芯片的细胞培养是生命科学研究的重要技术手段，有利于在与体内复杂体系相比简单、可控的环境中获取丰富的细胞结构与功能信息。然而，当前常用的微流控芯片实现的培养基定期更新、代谢废物及时排除的可控化细胞培养，均是在均一环境中的群体细胞培养与研究(Kim S.H.，Ahn K.，Park J.Y.，Responses of human adipose-derived stem cells to interstitial level of extremely low shear flowsregarding differentiation，morphology，and proliferation.Lab Chip，2017，DOI：10.1039/c7lc00371d)，较少能做到细胞的阵列式培养和流体剪切力动态加载，以及对某一个或某几个区域的细胞做定向的生化因子/药物处理，更难以实现在同一空间内实时观察处理细胞与未处理细胞之间的相互作用(Pang L.，Liu W.，Tian C.，et al.，Constructionof single-cell arrays and assay of cell drug resistance in an integratedmicrofluidic platform.Lab Chip，2016，16，4612-4620)。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够实现阵列式细胞培养，流体剪切力动态加载和药物/生化因子对细胞的区域化处理的微流控芯片，该芯片改变了惯用的细胞培养与处理模式，发挥了微流控芯片系统功能全面性的特点。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种阵列式细胞动态培养与区域化处理微流控芯片，该芯片包括自上而下依次封接的流动层、控制层、薄膜层和玻璃层；所述流动层由阵列式细胞培养区、缓冲结构区、细胞接种微管道、左进液微管道、中央进液微管道和右进液微管道组成，所述细胞接种微管道用于向流动层输入细胞，所述中央进液微管道、左进液微管道和右进液微管道分别作为中央的培养基进液微管道和两侧的生化因子/药物进液微管道，用于为阵列式培养的细胞提供培养基，实现流体剪切力加载和生化因子/药物区域化处理；所述阵列式细胞培养区上设有若干用于单个或数个细胞的捕获的阵列式培养U型凹槽；所述缓冲结构区内设有若干U型微柱；所述控制层由若干用于对流动层细胞、培养基和生化因子/药物的输入进行时间和空间的控制，以及细胞培养区流体剪切力的加载的微泵组成，所述微泵采用由一个入口和若干个微腔串联组成末端封闭结构，该微腔的宽w为100-400μm，长/为100-900μm。

优选地，所述微流控芯片流动层、控制层和薄膜层的材料均为聚二甲基硅氧烷，或者已知的弹性高分子材料。

优选地，所述阵列式细胞培养区上设有10-50排的U型凹槽，每排包含10-20个U型凹槽，相邻两排的U型凹槽错列排布，且相邻两排间距为25-100μm，每排内的U型凹槽的间距为25-100μm；U型凹槽的长L为25-100μm，宽W为25-100μm，由2个方形微柱和3-5个近似梯形微柱组成，梯形微柱之间的间距G为2.5-7.5μm。