[发明专利]可实现细胞三维共培养与多指标检测的生物分析芯片

说明书

本发明涉及微流控芯片、生物分析及应用领域，特别涉及一种可实现细胞三维共培养与多指标检测的生物分析芯片。包括生物分析基底与三维微柱基底的微孔阵列芯片，微孔阵列芯片包括微柱阵列基底和微孔阵列穿孔膜。本发明芯片可实现高通量的细胞三维共培养，多种细胞在微孔内的不同分布，为细胞提供不同的三维生理微环境。微孔阵列芯片加盖生物分析基底，实现细胞三维共培养的多指标生物分析。本发明的芯片可用于单个细胞三维培养和多种细胞三维共培养的多指标生物分析，包括分泌蛋白。

技术领域

本发明涉及微流控芯片、生物分析及应用领域，特别涉及一种可实现细胞三维共培养与多指标检测的生物分析芯片。

背景技术

单细胞分析的一个关键局限性是分析的细胞脱离了原有的微环境，分析结果不能完全反映细胞的真实状态。将细胞微环境构建在单细胞分析中，可扩展单细胞分析在生物学、免疫学研究及临床诊断、评估中的应用。细胞微环境包括物理微环境和生理微环境。物理微环境中基底形貌影响细胞形貌及功能。与二维基底对比，三维基底上培养的细胞状态和功能更能体现体内真实情况。因此，三维培养为理解细胞生理及病理机制提供更好培养模式。而现有的单细胞分析技术都是基于二维培养模式，由于技术上的瓶颈，三维基底单细胞分析的开展受到限制。

细胞生理微环境是影响细胞功能的另一个重要因素。体外模拟生理微环境主要采用一种或多种细胞共培养模式，以构建细胞间通讯及基质微环境。将细胞生理微环境集成于单细胞分析，不仅可以更深入理解细胞间相互作用及其机制，而且对单细胞分析技术发展及应用是一个重要补充，但目前这方面鲜有报道。

发明内容

为解决现有技术存在的问题，本发明的目的是提供一种可实现细胞三维共培养的多指标生物分析芯片，可实现在三维基底上细胞共培养模式的单细胞及多细胞分析，为体外深入理解细胞机制、功能及细胞间相互作用，拓展单细胞分析及应用提供新技术。

为实现上述发明目的，本发明采用以下技术方案：

本发明第一方面提供了一种三维微柱基底的微孔阵列芯片，包括基底和微孔阵列穿孔膜，所述基底为微柱阵列基底。

上述技术方案中，进一步地，所述微柱的横截面为圆形、正多边形或矩形，所述微柱的横截面的面积为70×10^-6μm²-70μm²，所述微柱高度为100nm～1cm，相邻两个微柱边界之间的距离为100nm-1cm。

上述技术方案中，进一步地，所述微孔阵列穿孔膜由1个或多个微孔阵列组成，每个微孔阵列的形状为正多边形、矩形或圆形，所述微孔的形状包括圆形、正多边形或矩形，所述微孔的横截面的面积为0.5μm²-2×10⁵μm²，相邻两个微孔边界之间的距离为100μm-1mm；所述微孔阵列穿孔膜厚度为1μm-1mm。

上述技术方案中，进一步地，所述基底和微孔阵列穿孔膜的材料为PDMS、PMMA、PC、PS、POE、EVA、EPDM中的一种或多种复合材料，或亲水改性后的PDMS、PMMA、PC、PS、POE、EVA、EPDM中的一种或多种复合材料。

本发明第二方面提供了一种可实现细胞三维共培养的生物分析芯片，所述芯片包括生物分析基底和前述微孔阵列芯片，所述生物分析基底与所述微孔阵列穿孔膜相连。

上述技术方案中，进一步地，所述生物分析基底的材质为多聚赖氨酸、环氧树脂、氨基、醛基修饰的玻璃或环氧树脂玻片。

上述技术方案中，进一步地，所述玻璃或环氧树脂玻片包括包被抗体、蛋白或DNA、或者包被蛋白阵列、抗体阵列、DNA阵列。

本发明第三方面提供了三维微柱基底的微孔阵列芯片的应用，所述芯片应用于一种或多种单细胞的三维培养或共培养；所述芯片应用于一种或多种多细胞的三维共培养。