[发明专利]一种倒锥阵列三维细胞定位培养芯片及其制备方法

说明书

所属领域

本发明涉及一种基于微细加工技术实现的三维细胞定位培养芯片，属于生物微机电系统（Bio-MEMS）领域。

背景技术

微图型化细胞定位培养芯片作为贴壁依赖型细胞研究及行为控制的实验性工具，在基础细胞生物学、生命科学、组织工程学以及药物筛选、基于细胞的生物传感器等领域具有广阔的应用前景。用微系统技术实现细胞图型化一般有两种方案，一种是通过对表面进行修饰，形成细胞贴附生长的图型化的区域，使细胞选择性地贴附生长形成细胞图型；另一种方法是通过可移除的物理阻隔层将细胞限制在图型化的区域生长，形成细胞图型。通过进行表面化学修饰的细胞培养芯片稳定性较差，实验结果的可重复性较差。Ahmi Choia等（Ahmi Choia,Jae Young Kimc,Jong Eun Leec.Et al.Effects of PDMS curing ratio and3D micro-pyramid structure on the formation of an in vitro neural network.Current Applied Physics.2009,9,(4):294-297.）提出了一种物理图型化方法，通过制备硅金字塔模板，利用复制模塑技术将金字塔复型到PDMS表面，由于细胞自重，细胞滑入沟槽中，实现了海马神经元细胞的培养。但是由于棱锥阵列构成的微沟槽交汇处尺寸受限，细胞将因无法实现正常铺展生长而凋亡，因此无法实现长时间的细胞定位培养，影响对细胞的进一步研究。

发明内容

本发明的目的是：为解决现有细胞定位培养存在稳定性差，或因尺寸受限而无法实现长时间的细胞定位培养的不足，本发明提供一种稳定的长期的三维细胞定位培养芯片。

本发明的技术方案是：一种三维细胞定位培养芯片，包含阵列分布的倒锥1，相邻倒锥1之间分布有空腔2，使得所述倒锥1阵列和空腔2阵列交错分布；各相邻空腔2之间有微沟槽3相连接，微沟槽3与空腔2底面齐平；空腔2最大内切圆直径满足：其中，是待培养细胞4的平均直径；空腔2底面与锥尖高度差h满足：h≥h₀，其中，h₀是待培养细胞4的高度平均值；相邻两个空腔2间的距离l，即空腔2中心线之间的距离满足：当应用于细胞接触性连接研究时，当应用于细胞非接触性连接研究时，其中，l₀是待培养细胞4突触长度的平均值；所述微沟槽3均匀分布，宽度b满足：0.5μm≤b≤10μm。

所述三维细胞定位培养芯片基于倒锥阵列硅模板及PDMS完成，其硅倒锥阵列模板的制备采用湿法刻蚀技术完成，具体包括如下步骤：

步骤一：用浓硫酸和过氧化氢混合溶液对硅片表面进行清洗，然后用去离子水清洗，用氮气吹干；

步骤二：LPCVD沉积氮化硅，作为湿法刻蚀硅片的掩膜层；

步骤三：涂光刻胶，进行曝光，显影，将刻蚀窗口从掩膜版转移到光刻胶上；

步骤四：RIE刻蚀氮化硅掩膜，将刻蚀窗口转移到氮化硅掩膜层上；

步骤五：丙酮去除光刻胶；

步骤六：KOH溶液湿法刻蚀硅片，刻蚀出倒锥阵列结构；

步骤七：H₃PO₄去除氮化硅掩膜层，得到所述倒锥阵列硅模板。

所述倒锥阵列PDMS三维细胞定位培养芯片的制备方法，采用复制模塑技术完成，具体包括如下步骤：

步骤一：按质量或体积比为10:1混合PDMS预聚体和交联剂，充分搅拌均匀后，放入真空干燥箱中脱气，直至混合过程中产生的气泡完全排除；

步骤二：将PDMS浇注在硅模板上，并静置；所述硅模板包含阵列分布的倒锥，倒锥底部方形区域最大内切圆直径满足：倒锥深度h满足：h≥h₀，相邻两个倒锥间距离l满足：当应用于细胞接触性连接研究时，当应用于细胞非接触性连接研究时，倒锥有均匀分布的梁连接，梁宽度b满足：0.5μm≤b≤10μm；

步骤三：将浇注PDMS后的硅模板置于真空干燥箱中，使PDMS发生交联反应而固化；

步骤四：将冷却后的PDMS轻轻剥下，就得到了所述倒锥阵列PDMS的三维细胞定位培养芯片。