[发明专利]3D细胞自动化培养与多维度药效评价的高通量微流控芯片及制备方法

说明书

本发明公开了一种3D细胞自动化培养与多维度药效评价的高通量微流控芯片及制备方法，其从上至下依次包括PDMS微阀控制层、PDMS薄膜流路腔室层和PDMS微槽层；所述的PDMS微阀控制层内设有多个横向压力阀和多个纵向压力阀；横向压力阀和纵向压力阀交叉排列设置；所述的PDMS薄膜流路腔室层内设有多条横向流路和与多个纵向流路，横向流路的两端分别与药物进液口和药物出液口连通，纵向流路的两端分别与细胞进样口和细胞出样口连通；横向流路与纵向流路交错处形成培养腔室；所述的PDMS微槽层内设有与培养腔室一一对应的微槽本发明构建的高通量药筛微流控芯片可以快速高通量搭建多种3D细胞球体外药筛模型并同时完成多种药物的测试。

技术领域

本发明涉及高通量3D细胞制备与药物药效评价方法，尤其涉及一种3D细胞自动化培养与多维度药效评价的高通量微流控芯片及其制备方法。

背景技术

目前化疗是癌症治疗最常用的方法，通常会给患者带来许多副作用，因此化疗药物的临床前药效和副作用的早期评价对于药物开发具有重要意义。在药物开发周期中，临床前药物评价主要有细胞实验和动物实验，其中细胞实验较动物实验操作更为简便，经济实惠。

微流控芯片主要优点有消耗试剂量少、通量高、样本需求量少等，其非常适合与细胞培养相结合实现高通量药物评价。在已发表的文献及公开的技术中已经实现运用微流控芯片对2D细胞进行高通量药物评价。如中国专利CN101629143B公开了一种用于高通量药物筛选的微流控细胞阵列芯片、制备方法及应用。所述的芯片从上向下依次为阀控制通道层，流体通道层和适合细胞贴壁生长的玻璃层。该芯片可用于不同浓度药物并行作用多种细胞，进行高通量细胞药物筛选。所述的芯片采用多次曝光，一次显影的Su-8负性光刻胶工艺以及多层PDMS键合，制作了具有高深宽比的多层结构的芯片。本发明提供的微流控细胞阵列芯片可以实现低试剂消耗、高通量的多种细胞共培养，并行分析不同药物浓度对不同细胞的刺激作用及其在片的实时观察与检测。其中运用微阀技术实现了多种2D细胞共培养进行不同药物浓度梯度的药物筛选。但2D细胞缺乏三维微环境，无法准确反映药物对于在体细胞的作用情况。在一些运用2D细胞进行药物开发的过程中会存在细胞实验表现出了良好药效，但动物实验时药效不佳的情况。

针对二维细胞与在体差异较大的问题，近年来采用三维培养的细胞进行药物筛选以减少细胞实验与在体细胞之间的差异。通常三维细胞的培养有多孔板培养法，悬滴培养法及离心培养法等，这些方法操作繁琐，效率低且只能测试单一种类的三维细胞球为目标的体外细胞药物评价实验，无法模拟实际给药时药物经过多个器官的药物作用。因此，在药物筛选领域，急需一种结合微流控芯片的优势，能简便、高通量制备三维细胞，且评估药物流经多器官给药药效评价的装置及方法。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种3D细胞自动化培养与多维度药效评价的高通量微流控芯片及制备方法，该药物高通量评价微流控芯片可自由组合并批量构建多种由细胞系或者类器官构成的体外药物评价模型，并可同时进行多种药物或者不同药物浓度梯度的药物评价测试。

为实现上述目的，本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下：

一种3D细胞自动化培养与多维度药效评价的高通量微流控芯片，其从上至下依次包括PDMS微阀控制层、PDMS薄膜流路腔室层和PDMS微槽层；

所述的PDMS微阀控制层内设有多个横向压力阀和多个纵向压力阀；横向压力阀和纵向压力阀交叉排列设置；横向压力阀和纵向压力阀通过向下层的薄膜流路腔室层输出压力进行开闭控制；

所述的PDMS薄膜流路腔室层内设有多条横向流路和与多个纵向流路，横向流路的两端分别与药物进液口和药物出液口连通，纵向流路的两端分别与细胞进样口和细胞出样口连通；横向流路与纵向流路交错处形成培养腔室；

所述的PDMS微槽层内设有与培养腔室一一对应的微槽。