[发明专利]一种灯芯式纸微流控三维细胞培养纸芯片、制备方法及其在药物筛选中的应用

说明书

本发明公开了一种灯芯式纸微流控三维细胞培养纸芯片、制备方法及其在药物筛选中的应用。所述的灯芯式纸微流控三维细胞培养装置由两层印有不同通道的下层纸芯片和上层纸芯片按设计图案对齐后叠加粘贴而构成：其中上层纸芯片用于细胞的接种及培养，下层纸芯片通过折叠形成灯芯式纸柱，并利用其毛细作用实现培养基自主持续供液。本灯芯式纸微流控装置应用于三维细胞培养及抗癌药物的快速筛选。本发明灯芯式纸柱自主持续供应培养基，在芯片上实现三维细胞连续培养，在此基础上基于细胞与药物间的相互作用结合显色分析可实现药物筛选。该纸芯片以及基于此的筛选方法成本低廉，操作简单，分析速度快，便携化，可广泛应用于细胞分析和药物筛选领域。

技术领域

本发明涉及一种灯芯式纸微流控三维细胞培养装置及药物筛选应用，属于细胞三维培养以及药物筛选的技术领域。

背景技术

目前细胞培养主要将癌细胞二维培养在细胞培养皿或多孔板中进行，该类型培养方式在多个方面不能满足仿真生理条件的需要，而三维细胞培养具有更接近机体环境的优势。而药物筛选作为新药研发过程中最为重要的阶段之一，选择合适的筛选模型可以有效缩短时间、降低成本和提高效率，对癌症的早期诊断和治疗具有十分重要的意义。

近来微流控芯片技术得到了迅速的的发展，带来了细胞研究平台的革新。目前普遍使用的芯片材料，如玻璃和PDMS并不具有通透性，因而不能有效模拟体内膜性结构，自2007年哈佛大学Whitesides研究小组提出了纸微流控芯片的概念以来，得到了迅速的发展，目前有文献将纸作为细胞培养的基材，但仍需将细胞包裹在凝胶中，导致后续的进一步细胞分析操作仍较为复杂，同时结果分析依赖酶标仪等仪器，且同时存在培养基需要人为更新等问题。因此亟待开发一种新型的，低成本的，自动化程度高的三维细胞培养装置应用于抗癌药物的快速筛选。

发明内容

本发明的目的是提供一种灯芯式纸微流控三维细胞培养纸芯片、制备方法，并实现低成本三维细胞培养以及快速药物筛选的应用。

本发明的具体内容是：

一种灯芯式纸微流控三维细胞培养纸芯片，是由两张印有不同通道图案的上层纸芯片和下层纸芯片按设计图案对齐后叠加粘贴而成的双层结构。

本发明还提出了一种纸芯片的制备方法，包括如下步骤：

(1)上层纸芯片设置有亲水性圆孔细胞培养区，用于细胞的接种与培养，其余区域为蜡印疏水区(如图1蓝色芯片1所示)；

(2)下层纸芯片设置有与上层培养区相同尺寸的圆孔浸润区，以浸润区为起点分别向外延伸出长型流通通道，并将长型通道的外延端折叠成灯芯式纸柱，用于培养基的自主供液，浸润区和流通通道为亲水区(如图1中的红色芯片2所示)。

(3)若单独使用上层纸芯片，无法实现培养基供给；若单独使用下层纸芯片，细胞悬浮液会流经通道内，无法全部截留在细胞培养区内。

(4)因此首先利用画图软件设计出纸芯片图案，通过喷蜡打印的方式在滤纸的相应疏水区均布蜡层疏水材料，并通过烘烤加热制成含亲疏水区域的上层纸芯片和下层纸芯片；

(5)然后将上层纸芯片与下层纸芯对应叠加粘贴，上层的每个细胞培养区分别覆盖下层的浸润区，灯芯式纸柱插入含培养基的容器槽中，培养基经灯芯纸柱的毛细作用源源不断地供给至浸润区，从而湿润上层的细胞培养区，保证细胞在充足的培养基环境中生存繁殖。

(6)根据细胞大小，其中用于接种细胞的上层纸芯片选用孔径较小的滤纸，小孔径滤纸可以更好地截留细胞在上层细胞培养区内；用于培养基供给的下层纸芯片选用孔径较大的滤纸，大孔径滤纸可增加培养基的供给量和流速。

(7)上层纸芯片与下层纸芯片通过层叠粘合组装。

(8)将上述制作好的双层纸芯片置于超净台中紫外照射24h灭菌后，室温储存以便后续使用。