[发明专利]一种集结磁标定物形成团簇的磁性卷曲结构及其应用

说明书

本发明公开了一种集结磁标定物形成团簇的磁性卷曲结构及其应用，所述卷曲结构为一微纳尺度下的三维卷曲结构，其包括由长形薄膜构成的卷曲主体和覆于卷曲主体表面的磁性纹路图案。本发明的磁标定物为细胞时，磁性卷曲结构则作为细胞支架的一种应用，通过以三维磁性卷曲结构所产生的散逸磁场来定位与收集带有磁性的细胞，让细胞在磁性纹路图案上生长；本发明的磁标定物为特定生物分子时，磁性卷曲结构则作为捕捉收集特定生物分子的应用。

技术领域

本发明涉及磁性结构及其应用，特别是涉及一种集结磁标定物形成团簇的磁性卷曲结构及其应用。

背景技术

目前，体外三维细胞培养以常见支架三维培养模型为主，但是采用支架作为三维细胞培养无法控制支架内生长的细胞密度与分布，且需要缓慢而耗时的培养时间。因此有学者提出运用多元的细胞操控技术来辅助三维立体细胞培养，可以系统地控制三维结构上细胞培养的密度与生长分布，且能缩短过多的培养时间。

目前，相关的细胞操控在三维细胞培养方式的研究有很多，如电泳、laser-guided、laser printer、生物化学修饰以及运用高分子材料吸引细胞作圆形化排列的方式等。运用磁力来操控细胞也是一种可能的选项，以往的研究主要是通过外加磁场来吸引、收集、操控定位与分选这些磁性纳米颗粒标记的细胞。而由外加磁场形成三维立体细胞的研究则主要分为两个方向，一个是直接集结磁标的生物细胞，可通过调节外加磁场的大小，探讨磁标的人类内皮细胞与老鼠的巨噬细胞受到磁场吸引形成三维细胞团簇的大小和数量，或运用外加磁场方式对磁标的人类子宫颈癌细胞进行团聚，形成多细胞的细胞球；另一个方向是集结生物相容性的磁性材料形成三维细胞培养结构，可通过磁性颗粒结合细胞外基质(ECM)，让人类神经胶质细胞生长贴附在ECM上，再加以磁场成功制作出悬浮的3D细胞培养支架；或利用外加磁场对表面修饰生物分子的微纳米级磁颗粒进行集结，形成悬浮式三维团簇结构，作为人类表皮癌细胞的三维立体培养结构。

上述提到的研究都是通过一个外加强磁场来集结磁性生物样品，从而形成一个三维立体的细胞培养形态，但是将生物样品长时间置于强磁场内，尤其是在三维的细胞培养过程中，很容易对生物样品内造成不预期的物理伤害。因此有学者提出以磁性薄膜所产生的散逸磁场来定位与收集磁细胞，但是大多以二维平面的方式来作控制。

发明内容

发明目的：本发明的目的之一提供一种微纳尺度下的三维磁性卷曲结构；本发明的目的之二是提供一种磁性卷曲结构在集结磁标定物形成团簇中的应用，当磁标定物为细胞时，磁性卷曲结构可作为细胞支架的一种应用；当磁标定物为特定生物分子时，磁性卷曲结构可作为捕捉收集的特定生物分子的应用。

技术方案：本发明的集结磁标定物形成团簇的磁性卷曲结构，所述卷曲结构为一微纳尺度下的三维卷曲结构，其包括由长形薄膜构成的卷曲主体和覆于卷曲主体表面的磁性纹路图案。

其中，该集结磁标定物形成团簇的磁性卷曲结构采用硅晶片微纳加工技术制作而成，制作方法包括如下步骤：

(1)用镀膜技术在硅基板上镀单层或多层卷曲主体的薄膜；

(2)用黄光技术涂布光阻定义磁性纹路图案；

(3)用镀膜技术镀单层或多层的生物相容性磁性薄膜层；

(4)用举离或剥离方式，移除光阻及沉积在光阻上的磁性薄膜层，获得磁性纹路图案；

(5)用黄光及蚀刻技术定义出长形薄膜的矩形外框；

(6)继续用蚀刻技术蚀刻长形薄膜的矩形外框裸露出的硅基板区域，因长形薄膜材质自身的应力释放，导致蚀刻分离出的二维长形薄膜发生三维卷曲。制备过程中具体涉及的工艺均为现有技术。

其中，二维长形薄膜发生卷曲的过程，由二维长形薄膜的热膨胀系数、厚度、掺杂浓度、缺陷浓度控制。