[发明专利]一种仿生微流控细胞培养芯片

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于仿生原理的微流控细胞培养芯片。

技术背景

体外细胞培养对环境的要求较为苛刻，既要尽可能地控制细胞的微环境，又要保持实验的是简单性，并能快速方便的重复出实验条件。微流控技术能够精确地控制细胞生长所需的微环境，同时减小了实验规模。所以，利用微流控芯片进行细胞培养是目前细胞研究的首选方法。

对微流控细胞培养器件来说，流体主要承担培养液供给和废液移除的任务，但流体流动将产生一定的剪应力，该剪应力往往作用在细胞的部分表面，而不是均匀的分布在整个细胞上。因此，剪应力的作用会伤害细胞，影响细胞的正常生长。此外，畸形的细胞显著地扭曲了流体的速度场，加重了剪应力分布的不均匀性。因此，降低流体产生的剪切力对细胞的影响成为了最近的一个研究热点。各国的专家和学者广泛地研究如何降低流体的剪应力对细胞培养的影响。研究表明，减小剪切力的方法主要有以下四种：(1)降低微流体速度；(2)设计高深宽比的细胞培养腔；(3)利用微柱或微井来减小细胞受到的微流体作用；(4)将细胞培养腔和主流道隔离来避免主流道内高速流体对细胞造成的直接对流冲击。KeLin等设计了一种降低流体对细胞剪切力作用的微流控芯片，该芯片将细胞培养腔室从主流道中移除，并将其位于主流道一侧的分支流道中，依靠对流和扩散来实现培养液的供应和废液的移除，从而避免流体对细胞表面造成直接冲击，显著降低了细胞培养池中的剪切力。但是这种方法会影响到细胞正常生长所需要的营养物质的供应和细胞新陈代谢产生废物的移除，最终影响细胞的正常生长。J.Hung等设计了一种高深宽比的高通量的微流控芯片阵列，每个阵列单元包含一个圆形微流控细胞培养腔室，腔室的左侧为多个灌注通道的入口，右侧为多个灌注出口，该芯片利用微流控腔室和灌注通道之间的高深宽比结构为微流控腔室内细胞培养提供了较为稳定的微环境，使细胞培养池内的速度和压力处于平衡的状态。但是流体只有在充满流道之后才经过灌注通道进入细胞培养池，灌注通道内部的流体具有较高的速度和压力，在通道和培养池接口处易产生喷射，导致该细胞培养池内部的速度和压力变化较大，对细胞培养的微环境产生不利影响。因此，如何建立稳定、均衡的细胞微环境仍是目前研究的重点。

发明内容

本发明基于植物学原理，设计了一种具有二维微结构的细胞培养芯片。该芯片从上向下依次为细胞进样孔遮盖层、未带微结构的盖片层和流体通道层。

一种仿生微流控细胞培养芯片，未带微结构的盖片层和流体通道层封合后构成仿生微流控细胞培养芯片整体结构，未带微结构的盖片层上从一端到另一端设置培养液进液口、细胞进样孔和废液出液口，三者依次与流体通道层上的储液池、细胞培养腔和废液池垂直对应；流体通道层包括储液池、主流道、微柱阵列、细胞培养腔和废液池，主流道用于连通储液池、细胞培养腔和废液池，细胞培养腔由微柱阵列包围，微柱间留有小于细胞直径的间隙，细胞培养腔周围的微柱阵列形状和细胞培养池的形状保持一致。细胞进样孔遮盖层覆盖在未带微结构的盖片层的细胞进样孔上，形成完整的仿生微流控细胞培养芯片。

所述的细胞培养腔的形状为四边形、五边形、六边形、七边形、八边形、九边形、十边形和圆形；

所述的主流道的高为60μm～100μm，宽为200μm～400μm；

所述的细胞培养腔的内切圆直径为0.5mm～2mm；

组成微柱阵列的微柱边长为100μm～500μm；微柱之间狭缝的宽度为5μm～20μm；

所述的仿生微流控细胞培养芯片所用的材料为聚二甲基硅氧烷、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯或玻璃。

本发明采用光刻技术和模塑法来制作，即通过光刻技术和干法刻蚀技术得到硅模具，利用硅模具通过浇注PDMS的方法制作该仿生微流控细胞培养芯片。

本发明的有益效果是：该微流控细胞培养芯片可以集成在一个芯片体系上进行细胞的批量培养，同时可以和微泵、微阀等微结构结合起来进行相关的细胞研究。和其他微流控细胞培养芯片相比，该芯片为细胞的体外培养提供了更为稳定、均衡的微环境，加大了实验结果的真实性。

附图说明

图1是本发明中仿生微流控细胞培养芯片的整体结构图。

图2是本发明中仿生微流控细胞培养芯片圆形细胞培养腔的局部视图。

图3是本发明中仿生微流控细胞培养芯片圆形细胞培养腔的结构图。

图4是本发明中仿生微流控细胞培养芯片四边形细胞培养腔的结构图。

图5是本发明中仿生微流控细胞培养芯片五边形细胞培养腔的结构图。

图6是本发明中仿生微流控细胞培养芯片六边形细胞培养腔的结构图。