[发明专利]基于旋转电场下双极性电极的三维细胞球生成芯片及应用

说明书

本发明公开了一种基于旋转电场下双极性电极的三维细胞球生成芯片及其应用，该芯片包括ITO玻璃和PDMS通道；PDMS通道覆盖在ITO玻璃上；ITO玻璃上表面刻蚀有电极；电极包括激发电极和双极性电极；其中，激发电极包括四个大电极，其均匀分布于双极性电极周围；双极性电极包括若干组电极阵列，每组电极阵列均包括若干形状和大小相同的小电极；通过改变激发电极上施加的电压和频率可以实现强弱不同的正/负介电泳力，以使生成的三维细胞球达到不同的捕获效果。本发明利用旋转电场诱发正/负介电泳力，实现了基于旋转电场下双极性电极的三维细胞球生成芯片，不仅具有简单、成本较低的优点，适用于细胞长期培养且培养效果较好。

技术领域

本发明属于细胞分析技术领域，具体涉及一种基于旋转电场下双极性电极的三维细胞球生成芯片及应用。

背景技术

细胞培养也叫细胞克隆技术，不论对于整个生物工程技术，还是其中之一的生物克隆技术来说，细胞培养都是一个必不可少的过程。随着生物化学技术的发展，现已开发出了许多细胞培养方法，从空间维度上可以分为2D、3D等细胞培养方法。这些方法意在重现原生细胞所处的微环境，但由于二维细胞培养缺乏动态流体微环境，且药物治疗的准确性受到了限制，所以一些问题只能在特定的三维培养模型中进行分析，如胚胎生长、肿瘤和基质相互作用相关的问题。由于细胞球体或类球体重复性好、结构简单。为了生产细胞球体，已经发明了许多方法，例如培养在非粘附表面上、培养在旋转烧瓶内的悬浮液或悬滴阵列中，但是这些方法很难精确控制每个球体中的细胞数量，且吞吐量低，培养工艺复杂、培养周期长，限制了它们的使用。

微流控技术为细胞球体培养的新应用打开了大门，微孔和捕获阵列已被开发用于制造大规模肿瘤球体，并且适合通过药物或介质交换对球体进行长期培养和药物分析。例如Takayama等人基于重力作用下的滴状细胞设置，利用悬滴阵列开发了一种高通量3D球体培养板，球体的大小可以通过调整细胞浓度来控制，但需要液体处理机器人帮助。包括磁力在内的作用力也可用于将细胞聚集成球体，例如，使用磁场组装含有纳米颗粒的微结构，但磁性纳米颗粒对细胞有一定毒性，可能会对组织结构的长期培养产生负面影响。此外，Baroud等人利用微流控液滴阵列制造、控制、量化了三维球体。为了实现三维微结构的快速组装，科学家们发明了利用光学诱导的光图案电动芯片。然而，上述细胞球体形成方法却不能同时满足效果明显、易操作、低成本、操作简单、大规模生成和生物相容性以及尺寸可调性。声学流体由于具有效果快速、势场均匀、生物相容和无接触操作等优点而成为生物应用的有效方法。体声波(BAW)法已经在三维球体形成方面显示出前景，但是BAW依赖于复杂的谐振器结构设计，并且使用现有的方法(例如在微流体中广泛使用的软光刻)以高通量方式生产均匀的球体是具有挑战性的。

由此，基于现有的细胞球体培养技术具有上述缺点，提供一种操作简单、成本较低、适用于细胞长期培养、且培养效果明显的三维细胞球体生成芯片及细胞培养方法是目前亟需解决的问题。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种基于旋转电场下双极性电极的三维细胞球生成芯片及其应用。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：

第一方面，本发明提供了一种基于旋转电场下双极性电极的三维细胞球生成芯片，包括ITO玻璃和PDMS通道；所述PDMS通道覆盖在所述ITO 玻璃上；所述ITO玻璃上表面刻蚀有电极；所述电极包括激发电极和双极性电极；其中，

所述激发电极包括四个大电极，其均匀分布于所述双极性电极周围；

所述双极性电极包括若干组电极阵列，每组电极阵列均包括若干形状和大小相同的小电极；

通过改变所述激发电极上施加的电压和频率可以实现强弱不同的正/负介电泳力，以使生成的三维细胞球达到不同的捕获效果。

在本发明的一个实施例中，所述小电极的形状为圆形、三角形或者正方形。

在本发明的一个实施例中，属于不同电极阵列中的小电极至少具有一种形状或大小。