[发明专利]一种可提供压缩形变的微流控芯片及其制备方法与应用

说明书

本发明涉及一种可提供压缩形变的微流控芯片及其制备方法与应用，包括形变层(1)、预拉伸弹性膜(2)和支撑层(3)，其中预拉伸弹性膜(2)置于形变层(1)与支撑层(3)之间，所述形变层(1)包含形变通道(101)及正压通道，所述支撑层(3)包含支撑通道(301)。所述正压通道在外加循环正压的作用下，使其通道形状发生弹性形变，从而使得形变通道底部的弹性膜产生循环压缩作用。与现有技术相比，本发明基于微流控芯片技术，通过优化芯片结构，实现不同循环压缩模式，易于制作和观察。

技术领域

本发明属于可提供压缩形变的微流控芯片技术领域，尤其是涉及一种可提供压缩形变的微流控芯片。

背景技术

在组织工程与再生医学的研究中，细胞与其周围的微环境(如力学刺激、化学刺激、生物材料等)的相互作用是一个具有指导意义的基础问题。其中，细胞的力学转导(Mechanotransduction)，即细胞将微环境的力学刺激转化为细胞内部的生化信号，进而影响信号通路以及最终行为的这一过程，是近年来生物医学中研究的重点和难点。力学信号会影响细胞的增殖、分化、凋亡等各项功能，从而调控重要的生理活动，如心肌细胞取向、骨生成、血管生成等。并且，人体许多组织和器官时刻受到压缩力学刺激的作用，如骨、软骨、皮肤、血管等，故研究细胞在压缩力学刺激作用下的反应，有助于研究力学传导以及开发相关生物材料。而开发便捷的细胞压缩装置可以为相关研究和开发提供强有力工具。

目前细胞压缩方式主要是通过机械挤压细胞或者含有细胞的三维基质，来达到对细胞进行压缩刺激的作用。如(Kim,Kang et al.(2007)Microfluidic biomechanicaldevice for compressive cell stimulation and lysis.Janet,Cheng et al.(2012)Mechanical compression drives cancer cells toward invasive phenotype.Ho,Wanget al.(2018)Advanced microfluidic device designed for cyclic compression ofsingle adherent cells.Lee,Erickson et al.(2018)Pneumatic microfluidic cellcompression device for high-throughput study of chondrocyte mechanobiology.)。这种直接接触的机械作用可能造成细胞损伤，并且在空间上限制一部分细胞生命活动，比如取向、迁移、增殖等。面对这些问题，另外一种细胞压缩方式提供了一种解决方案。它是通过机械臂钳住弹性膜进行预拉伸，然后在预拉伸的弹性膜上进行细胞的二维培养，待细胞贴附后使弹性膜进行回弹动作，达到周期性压缩细胞的目的，如(Wille,Ambrosi et al.(2004)Comparison of the effects of cyclic stretching and compression onendothelial cell morphological responses.)。利用类似原理的中国实用新型专利如周期性细胞压缩牵张装置(申请号201020595981.6)。这类方式的缺点是装置成本较高、体积大、耗费细胞量和培养液量较大；而且存在不易定制和难以控制细胞环境等难题。

微流控技术是一种操控微量液体(10^-6-10^-9L)的系统科学与技术。它的主要特点是微型化，这意味着它外形小巧和便携、试剂消耗少、节约成本。可提供压缩形变的微流控芯片易于定制，通过不同方式可以实现许多功能，比如高通量、器官芯片、数字微流体、液滴生成器等。此外，可提供压缩形变的微流控芯片通常是透明的，加之它外形尺寸小，使得它适配大部分显微镜观察平台，并可以进行实时观测。