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一种细胞培养微芯片的制作及应用-上海博迅实业有限公司医疗设备厂

[导读]​细胞培养是细胞研究的基础, 微系统技术的发展给细胞培养提供了新的方法。在微系统平台上进行细胞研究, 能够充分利用微流体和微结构的性质, 对细胞进行操控, 在细胞生物学、组织工程学、药物筛选等领域有广泛应用。

细胞培养是细胞研究的基础, 微系统技术的发展给细胞培养提供了新的方法。在微系统平台上进行细胞研究, 能够充分利用微流体和微结构的性质, 对细胞进行操控, 在细胞生物学、组织工程学、药物筛选等领域有广泛应用。文中介绍了一种利用SU-8负性光刻胶模具制作双层细胞培养微芯片的方法, 该芯片通过狭缝将细胞培养区和微通道区隔离, 既保证细胞培养区域的相对独立, 又可以利用微流体的特性调节细胞外基质的性质, 给基于微芯片进行细胞研究提供了一种新的平台。

微系统技术从上世纪90年代诞生至今, 由于其分析速度快、试剂消耗少、便于集成和高通量分析等诸多优点, 在生化分析等领域逐步得到应用, 已经成为目前研究热点和前沿。细胞的体外培养技术是进行细胞研究不可替代的实验方法, 近年来, 有报道将微系统技术应用于细胞研究[1], 给细胞研究提供了新的方法和平台。基于微系统技术的细胞研究已经在细胞生物学[2]、组织工程学[3]、药物筛选[4]以及生物传感器研究[5]等方面逐步得到应用。

流体芯片平台应用于细胞研究有很多独特优势得到广泛进展。细胞在微芯片内生长改变了常规细胞培养方法, 能够更好的控制和反映细胞受到细胞外基质以及细胞相互之间的调制作用, 实现了一种更接近体内的培养方法。微流体芯片可通过集成在细胞培养腔体内的微结构阵列[6]或者是利用微流体层流性质形成的细胞凝胶结构[7]等方法可实现细胞的立体培养, 建立细胞研究的基础平台, 结合芯片内微流体形成的化学物质的浓度梯度, 精细控制细胞外基质, 建立浓度依赖的分析方法[8,9], 实现细胞响应的高通量检测;微流体产生的剪切力施加于细胞, 可模拟其在体内环境的受力情况, 可使细胞的活性较常规培养有很大提高[10], 为利用微芯片进行组织研究奠定良好基础。微流体器件集成性能优良, 在细胞培养芯片内可以集成微阀[11]等器件, 实现培养基以及刺激液的自动进样, 可以建立细胞分析的自动化平台。因此, 细胞微系统平台已经成为目前细胞生物学领域和微流体芯片领域的热点研究方向。

本文将微流体技术与细胞培养技术相结合, 介绍了一种基于微系统平台控制细胞分布进行细胞培养的方法, 该微系统芯片不需要借助于凝胶等介质以及对微流体流速的精确控制, 只利用微通道之间的狭缝, 能够有效的控制细胞的分布区域, 实现培养区域的相对独立, 而小分子的培养基和药物成分可以自由流动通过, 实现了长时间的细胞培养。同时在该平台上可以对细胞状态进行实时观测, 为药物筛选等提供了一个全新的细胞培养和筛选平台。

1 实验方法

1.1 芯片制作

本实验中制作如图1 (a) 所示的细胞培养微芯片, 其中b孔为细胞悬浊液进样孔, 细胞培养通道的宽度为100μm, a孔和c孔为培养基或者刺激液进样孔, 其管道宽度为200μm, 该芯片的主要特点是如图1 (b) 所示的粗黑线处的通道高度仅为5μm的狭缝, 该狭缝既可保证细胞培养区与微管道区的连通, 又可以使这两个区域相对独立, 保证细胞在固定的区域生长, 而培养基和刺激液等小分子可以自由流通。该细胞培养微芯片制作的基本方法是先通过微加工技术在硅片表面制作出双层的SU-8负性光刻胶模具, 然后通过模塑方法形成具有微结构的PDMS基片, 最后与玻璃键合形成封闭的通道网络, 用于细胞的培养和研究, 其制作的工艺流程图如图2所示。芯片制作的关键工艺是通过制作双层的SU-8负性光刻胶模具形成狭缝, 下面详细介绍芯片制作的工艺过程。


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