[发明专利]一种集成细胞捕获、三维基底培养及生物分析的芯片

说明书

本发明涉及一种集成细胞捕获、三维基底培养及生物分析的芯片，包括含有微纳结构的细胞三维培养基底、微孔阵列穿孔膜和生物分析基底。其优点在于：(1)所制作的微孔阵列穿孔膜可与各种细胞三维培养基底结合为细胞培养提供不同的三维环境；(2)该系统可用于细胞多指标生物分子分析；(3)该系统可实现单细胞三维基底培养；(4)该系统可用于单细胞多指标生物分子分析，如分泌蛋白谱分析。

技术领域

本发明涉及生物微机电系统、微流控芯片、细胞分析领域，特别涉及一种集成细胞捕获、三维基底培养及生物分析的芯片。

背景技术

细胞的增殖、分化和代谢等生理活动极大程度上受到其生长的微环境的影响。传统二维平面培养的细胞在形态、结构和功能等方面都与体内生长的细胞相去甚远，甚至会失去许多生物标志物。三维细胞培养模型以其能够为细胞提供立体微环境，更加接近生理条件下的培养被广泛应用于血管组织再生、药物毒性研究、药物筛选和肿瘤治疗等方面。

在不同的单细胞分析技术中，单细胞分泌蛋白分析能够直接测定功能表型，揭示细胞反应机制与疾病治疗之间的潜在关联性受到广泛关注。单细胞分泌蛋白分析常用手段有酶联免疫斑点检测ELISPOT、细胞内细胞因子染色ICS和单细胞抗体条形码芯片SCBC等，而这些方法多数都是基于二维细胞培养，灵活设计物理微环境探究细胞培养环境对细胞功能的影响至今仍少有研究，本发明提出了一种高通量细胞捕获、三维基底培养及多重生物分子分析系统及方法，可将其用于单细胞生物分子分析，如分泌蛋白多指标分析。

发明内容

本发明的目的是提供一种集成细胞捕获、三维基底培养及生物分析的芯片，探究细胞培养环境对细胞功能的影响，本发明所解决的技术问题采用以下技术方案来实现：

一种集成细胞捕获、三维基底培养及生物分析的芯片，该芯片包括三层结构，下层是含有微纳结构的细胞三维培养基底，中层是微孔阵列穿孔膜，上层是生物分析基底。

所述的细胞三维培养基底材料包括但不限于硅片、PDMS、水凝胶、聚合物支架、三维聚苯乙烯支架、聚偏二氟乙烯膜、硝酸纤维素膜、各种孔径的滤纸等。

所述的微孔阵列穿孔膜由弹性材料制成，所述弹性材料包括但不限于PDMS及各种修饰后的PDMS。

所述的微孔阵列穿孔膜含阵列分布的穿孔，穿孔形状包括正多边形、矩形或圆形，穿孔数目为1～1000000个/cm²，穿孔尺寸为1μm～1cm，穿孔膜厚度为1μm～1mm。

所述的生物分析基底包括但不限于多聚赖氨酸玻璃、环氧树脂玻璃、或者包被了蛋白、抗体或DNA的玻片、或者包被了蛋白阵列、抗体阵列或DNA阵列的玻片。

一种集成细胞捕获、三维基底培养及生物检测的芯片的制备方法，按照以下步骤进行：

采用多聚赖氨酸玻璃、环氧树脂玻璃、或者包被了蛋白、抗体或DNA的玻片、或者包被了蛋白阵列、抗体阵列或DNA阵列的玻片作为生物分析基底；

用光刻法制作含有微柱阵列的硅模板，将PDMS混匀脱气后倒在硅模板上，以一定转速甩胶使PDMS厚度低于微柱高度，加热使PDMS交联固化，冷却后揭下即得PDMS微孔阵列穿孔膜；

将PDMS微孔阵列穿孔膜与具有微纳结构的细胞三维培养基底组装起来，种上细胞后盖上上述生物分析基底。

一种集成细胞捕获、三维基底培养及生物分析的芯片的应用，该芯片可用于多种细胞分析、多种细胞的单细胞分析、多种细胞的多重生物分子分析或多种细胞的单细胞多重生物分子分析。

所述的多种细胞包括但不限于哺乳细胞、动物细胞。

所述的多重生物分子分析，包括但不限于分泌蛋白、细胞因子、多肽、肽段、核酸、细胞表面蛋白、细胞表面受体、激素、抗原、生长因子或外泌体的分析。