[发明专利]一种水凝胶微流控芯片及其加工方法

说明书

技术领域

本发明属于生物医学领域，提供了一种微流控芯片，具体涉及一种用于细胞培养和代谢物检测的微流控芯片。

 

背景技术

细胞是生物体的形态结构和生命活动的基本单元，人们要了解生物体生命活动的规律，必须以研究细胞为基础，考察细胞的结构和功能，探索细胞的生命活动，而细胞培养正能实现这个目的。

随着微制造技术的发展，微流控芯片逐渐成为一种新兴的进行细胞培养的平台。与目前实验室的常用方法相比，在微流控芯片上对细胞进行操作和分析具有很多优势：微通道尺寸与细胞尺寸相当，芯片使用的灌流培养方式更接近体内的生理状态，可以更真实的反映生理状态下细胞的生物学特征；可以更有效的控制细胞微环境；芯片体积微小，节约细胞溶液以及其他试剂的消耗量，分析时间大大减少；微管道传热传质迅速，使用较小的电压就可以获得较大的电场强度；芯片多种单元技术可以灵活组合，规模集成。因此对用于细胞培养的微流控芯片的研究得以大量开展。

现有技术中，用于细胞培养或代谢物检测的微流控芯片由于功能的不同，具有多样品种，结构各异；并且大多采用PDMS(polydimethylsiloxane，聚二甲基硅氧烷)-玻璃制作而成。现有的微流控芯片主要存在以下不足：1、功能较为单一，系统集成化程度低；2、采用的芯片加工材料难以真正模拟体内细胞生长微环境，并且细胞培养过程中不利于外界进行实时收集和检测；3、制作工艺较为复杂、成本高。

 

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明提供一种用于细胞培养和代谢物检测的水凝胶微流控芯片，解决现有技术微流控芯片功能单一，体内细胞生长环境的模拟较为困难，不利于外界进行实时收集和检测的问题。

本发明还提供一种快速、简便、低成本的芯片制作工艺，解决现有微流控芯片加工工艺复杂的问题。

解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种水凝胶微流控芯片，包括基底层、芯片层和封盖层；其特征在于：所述芯片层由PEG基水凝胶预聚物固化而成，并由上、下两层单元组成；

第一层单元包括用于捕获细胞、并将捕获的细胞固定在其中进行培养的微井阵列，该微井阵列由3×15共45个微孔构成，每个微孔直径为800um；微井阵列的一端有矩形凹槽，矩形凹槽为6mm×6mm；

第二层芯片单元包括用于灌注细胞培养液的直流道和用于细胞代谢物收集、检测的矩形凹槽，该直流道为3mm×15mm，矩形凹槽为6mm×6mm，直流道与矩形凹槽连通；

第一层芯片单元的微井阵列与第二层芯片单元的直流道区域重合；第一层芯片单元和第二层芯片单元的矩形凹槽重合；

所述芯片层设于基底层和封盖层之间，封盖层上设有与所述直流道和矩形凹槽连通的进样口和出口。

进一步，所述水凝胶微流控芯片的制作方法，包括如下步骤：

1）芯片掩膜制作：用绘图软件分别绘制第一层和第二层芯片掩膜图，并以菲林的形式打印芯片掩膜；

第一层芯片掩膜包括至少一个微井阵列3×15，每个微孔直径为800um，矩形凹槽为6mm×6mm；

第二层芯片掩膜包括至少一个直流道为3mm×15mm，矩形凹槽为6mm×6mm，直流道与矩形凹槽连通；

2）芯片模具制作：以载玻片为基底，将第一层芯片掩膜置于载玻片之上，芯片掩膜和载玻片之间留有空腔以备灌注PEG基水凝胶预聚物；

3）芯片成型：将充分混匀的PEG基水凝胶预聚物静止、抽真空、去除气泡后，用注射器注入在步骤2）所述的芯片模具空腔内，并将整个模具置于一个密封的紫外光聚合反应发生器中，照射紫外光，使得PEG基水凝胶预聚物固化；固化的过程中一直充氮气保护，待完全固化成型后去掉掩膜，这样第一层芯片单元制作完成；

4）将第二层芯片掩膜置于步骤3）成型芯片之上，下层芯片单元的微井阵列、矩形凹槽与上层芯片单元的直流道、矩形凹槽区域重合；同时预留有空腔，重复步骤3）所述的注入PEG基水凝胶预聚物并固化成型的操作，待完全固化成型后去掉掩膜，这样第二层芯片单元制作完成；

5）将步骤4）制作好的芯片置于PBS缓冲液中漂洗，去除未反应完全的PEG基水凝胶预聚物，再用PDMS封盖，最后通过消毒杀菌制得用于细胞培养及代谢物收集、检测的水凝胶微流控芯片。

相比现有技术，本发明具有如下有益效果：