[发明专利]多细胞、多组织共培养仿生微流控芯片及其制备方法

说明书

本发明属于微流控芯片技术领域，具体为一种多细胞、多组织共培养仿生微流控芯片及其制备方法。本发明仿生微流控芯片由PDMS基片和玻片组成，基片上设计有多个功能单元以一定形式组合形成的复合结构，每个功能单元均设计有灌注通道、凝胶通道、稳压梯形柱、短梯形柱、开放式腔室；本发明微流控芯片可用于不同细胞、组织间的三维共培养，通道间能实现初始时相对独立，但营养物质、细胞因子等小分子互通。培养过程中能够实时观察各组分间的相互作用，并且开放腔室内可随时叠加不同实验操作。本芯片中功能单元个数可根据需求增加，实现芯片上的高通量。本发明兼容性强、成本低廉、操作简便。

技术领域

本发明属于微流控芯片技术领域，具体涉及多细胞、多组织共培养仿生微流控芯片的设计与制备方法。

背景技术

细胞之间的相互作用是多细胞生物的基本特征，对组织水平的发育和生理功能的发挥至关重要。细胞间的相互作用可以发生在不同细胞类型、不同组织结构之间，涉及范围十分广泛。作用的形式也复杂多样，可以是直接发生，例如在组织中细胞与细胞紧密连接形成稳定的细胞层，也可以通过细胞间分泌信号分子间接发生。为了获取更多有关生物学功能的信息，包括疾病的发生、干细胞发育和癌症的发展、转移等，观察细胞间相互作用的现象、解析其发生机制非常重要，这些信息进一步整合分析可以服务于药物筛选和组织工程等实际应用。

为了研究细胞间的相互作用，研究人员将两种或多种细胞类型进行共培养。现有共培养的标准方法包括将不同类型的细胞直接添加到同一培养皿中。又或者，在Transwell^®系统中共培养细胞，该系统由上下两个隔室组成，中间有多孔渗透膜隔开。这些系统均倾向于在平面上培养细胞，然而二维单层培养的细胞在细胞形态学、生理学和基因表达等方面都与体内真实的生理情况相差甚远。活组织中大多数细胞生长的微环境是细胞外基质(ECM)，它是一种纤维性质的环境，由复杂分子所组成，能够为细胞提供结构支持，从而使细胞三维生长。然而，创造一个与体内组织结构相似且可控的微环境具有一定的挑战性。为了开发更多生理相关的共培养细胞模型，微流体和器官芯片系统被用作研究细胞-细胞相互作用的先进方法和技术。

发明内容

本发明针对上述现有共培养技术的缺陷以及开发新型共培养系统的需求，提出一种多细胞、多组织共培养仿生微流控芯片及其制备方法。

本发明结合旋涂工艺与光刻技术，构建图案化的模板。由于聚二甲基硅烷（PDMS）具有良好的光学特性、绝缘性、热稳定性以及生物相容性，选取PDMS作为基片材料。将其预聚物和聚合剂以一定比例混合后倒于图案化模板上，固化形成PDMS基片。再将PDMS基片与玻璃基底通过等离子体处理或者用夹具进行紧密贴合，制备出多细胞、多组织共培养的仿生微流控芯片。利用上述微流控芯片，可实现体外多种细胞、类器官、组织的可视化长时程共培养，为基础科学问题的研究、治疗药物的筛选提供了高通量的创新性芯片平台，为个性化医疗的实现提供了可行性实施方案。

本发明提供的多细胞、多组织共培养仿生微流控芯片,由PDMS基片和玻片组成；其中，所述PDMS基片上设计有多个功能单元以一定形式组合形成的复合结构，每个功能单元均设计有灌注通道、凝胶通道、稳压梯形柱、短梯形柱、开放式腔室；参见图1和图2所示。其中：

所述灌注通道，用于灌注各种类型流体，例如灌注培养基、细胞悬液、药物溶液等；该灌注通道的结构为：两端有进样口，可连接灌注系统，中间为连续的通道结构。

所述凝胶通道，用于灌注各种粘度的凝胶以及凝胶混合液；其结构为：两端有进样口，可连接灌注系统，中间为连续的通道结构，在通道内壁两侧均匀排布有梯形柱。