專利名稱：一種新型藥物篩選的微流控芯片及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種新型藥物篩選的微流控芯片及其制備方法，該微流控芯片表面有微結(jié)構(gòu)和微通道，兩種細(xì)胞分別固定在各自特定的細(xì)胞培養(yǎng)區(qū)域，細(xì)胞培養(yǎng)沾滿培養(yǎng)區(qū)域后，加入藥物，在顯微鏡下可以直觀地研究細(xì)胞在生長過程中的對藥物的反應(yīng)，為大規(guī)模的藥物篩選提供了新思路和新研究技術(shù)，主要應(yīng)用于細(xì)胞生物學(xué)、遺傳學(xué)和藥物篩選等相關(guān)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
20世紀(jì)80年代后期，為了克服藥物篩選對實(shí)驗者的損傷，科研工作者努力建立更類似于體內(nèi)環(huán)境的培養(yǎng)體系，盡可能使體外環(huán)境與體內(nèi)環(huán)境相吻合，從而使細(xì)胞間能相互溝通信息，相互支撐生長增殖，在細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展出了細(xì)胞共培養(yǎng)技術(shù)。細(xì)胞共培養(yǎng)技術(shù)是將兩種或兩種以上的細(xì)胞共同培養(yǎng)于同一環(huán)境中，由于其具有更好地反映體內(nèi)環(huán)境的優(yōu)點(diǎn)，所以這種方法被廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代藥物篩選研究中。從上世紀(jì)30年代開始，細(xì)胞培養(yǎng)逐漸成為研究人員實(shí)驗過程中不可缺少的重要步驟，其載體工具培養(yǎng)皿/培養(yǎng)瓶也逐步被大家所認(rèn)可，成為了一種常規(guī)的實(shí)驗耗材。雖然到目前為止，很多科學(xué)家認(rèn)為培養(yǎng)皿/培養(yǎng)瓶的這種體外培養(yǎng)條件與體內(nèi)生長環(huán)境有著顯著的不同，但是由于沒有更好的培養(yǎng)載體來改變這個現(xiàn)狀，所以生物學(xué)家們也只能退而求次的默認(rèn)這種情況的存在。常規(guī)的細(xì)胞培養(yǎng)皿很難完成多種細(xì)胞的共培養(yǎng)，因此，發(fā)展一種便捷、快速、高效、低成本的多細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)，是藥物篩選和細(xì)胞生物學(xué)等領(lǐng)域的迫切需求。近年來，微流控芯片分析技術(shù)已成為分析化學(xué)中一個重要的研究方向，是其中最活躍的一支，無論是在科研還是應(yīng)用領(lǐng)域都獲得了廣泛的重視。微流控芯片作為一種新型的分析檢測平臺，具有高通量、集成化、多重平行分析、便攜式、易操作、成本低等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)在眾多領(lǐng)域獲得了廣泛應(yīng)用。然而，采用微流控芯片，在其表面制備微結(jié)構(gòu)和微通道，依靠微通道中多層液體之間的層流效應(yīng)驅(qū)動樣品微流體，同時完成多種細(xì)胞的植入技術(shù)，目前在多種細(xì)胞共培養(yǎng)的應(yīng)用領(lǐng)域尚未有實(shí)質(zhì)性的突破。多種細(xì)胞共培養(yǎng)微流控芯片能將多種細(xì)胞共同培養(yǎng)于同一環(huán)境中，能更真實(shí)地反映人體組織細(xì)胞之間的互相影響，有利于實(shí)驗者加入新型藥物，從而研究這種藥物對細(xì)胞的影響，也有利于快速篩選新藥的療效和毒性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供了一種新型藥物篩選的微流控芯片及其制備方法，該微流控芯片表面有微結(jié)構(gòu)和微通道，兩種細(xì)胞分別固定在各自特定的細(xì)胞培養(yǎng)區(qū)域，細(xì)胞培養(yǎng)沾滿培養(yǎng)區(qū)域后，加入藥物，在顯微鏡下可以直觀地研究細(xì)胞在生長過程中的對藥物的反應(yīng)，為大規(guī)模的藥物篩選提供了新思路和新研究技術(shù)，主要應(yīng)用于細(xì)胞生物學(xué)、遺傳學(xué)和藥物篩選等相關(guān)領(lǐng)域。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下的操作步驟(I)用計算機(jī)輔助設(shè)計軟件設(shè)計和繪制微流控芯片中各層芯片的微結(jié)構(gòu)和微通道圖形。(2)通過微加工技術(shù)在各層微流控芯片基材表面和粘性薄膜上加工所需的微結(jié)構(gòu)和微通道，包括樣品池、廢液池、微孔和微通道。(3)利用雙層粘性薄膜，將各層離心式微流控芯片對齊、粘合、加壓封合，組成兩種細(xì)胞共培養(yǎng)的微流控芯片。(4)將細(xì)胞溶液從樣品池加入，控制微流體的層流速度，將細(xì)胞植入到微流控芯片中的主微通道中。(5)完成細(xì)胞在微通道中的植入后，進(jìn)行細(xì)胞的培養(yǎng)。(6)加入新型藥物，研究藥物對細(xì)胞的作用與影響。本發(fā)明中，研究細(xì)胞間作用的微流控芯片的芯片基材可以是PMMA、PC、PVC、C0C、銅、鋁、不銹鋼、硅片、玻璃圓片，也可是市售的各類普通CD光盤。本發(fā)明中，新型藥物篩選的微流控芯片的芯片和粘性薄膜的微結(jié)構(gòu)和微通道可以通過數(shù)控銑刻、激光刻蝕、LIGA技術(shù)、模塑法、熱壓法、化學(xué)腐蝕制備，也可用軟刻蝕技術(shù)制備。本發(fā)明中，新型藥物篩選的微流控芯片是由兩層芯片組成，各層芯片之間用粘性薄膜貼合，粘性薄膜可以是雙層力致粘性薄膜，也可是普通雙面膠薄膜。本發(fā)明中，新型藥物篩選的微流控芯片上樣品溶液的驅(qū)動依靠液差產(chǎn)生的重力。本發(fā)明中，新型藥物篩選的微流控芯片的細(xì)胞植入是依靠微通道中多液流之間的層流現(xiàn)象完成的。本發(fā)明中，新型藥物篩選的微流控芯片在BSA蛋白表面修飾固定的微通道表面進(jìn)行原位細(xì)胞固定與培養(yǎng)。本發(fā)明提出的新型藥物篩選的微流控芯片及其制備方法，操作簡單、實(shí)現(xiàn)了細(xì)胞的原位培養(yǎng)，降低了試劑與樣品的用量，簡化了細(xì)胞植入過程，高效地進(jìn)行藥物篩選，具有便攜、經(jīng)濟(jì)、快速、高效的特點(diǎn)，在細(xì)胞生物學(xué)、遺傳學(xué)和藥物篩選等相關(guān)領(lǐng)域中具有良好的應(yīng)用前景。


圖1.新型藥物篩選的微流控芯片的結(jié)構(gòu)示意圖。a.正常細(xì)胞溶液，b.生物試劑溶液，c.腫瘤細(xì)胞溶液，d.藥物與細(xì)胞作用區(qū)域，e.廢液孔。
具體實(shí)施方案實(shí)施例1用計算機(jī)輔助設(shè)計軟件設(shè)計和繪制離心式微流控芯片的兩層芯片的微結(jié)構(gòu)和微通道圖形。利用數(shù)控CNC系統(tǒng)加工制備兩層圓片狀聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)芯片的微結(jié)構(gòu)和微通道，分別用自來水、蒸餾水清洗各層芯片，并用乙醇擦拭芯片表面殘留的指紋、油潰等污潰。在雙面膠薄膜上，用刻字機(jī)加工制備所需的微結(jié)構(gòu)和微通道。將兩層芯片小心對齊、粘合、加壓封合，制成兩種細(xì)胞共培養(yǎng)的微流控芯片。從左側(cè)樣品注入孔和右側(cè)樣品注入孔分別加入含正常細(xì)胞的細(xì)胞培養(yǎng)液，從中間樣品注入孔中加入細(xì)胞培養(yǎng)液，控制左、中、右側(cè)樣品注入孔與廢液池的液差高度，從而控制層流速度，使細(xì)胞溶液緩慢流經(jīng)微通道，細(xì)胞因此吸附在用BSA蛋白修飾固定的微通道表面，從而完成兩種細(xì)胞的同時植入，每隔12小時更換一次細(xì)胞培養(yǎng)液，待細(xì)胞培養(yǎng)布滿培養(yǎng)區(qū)域后，從中間樣品注入孔中加入藥物溶液，在顯微鏡下觀察藥物在細(xì)胞在生長過程中產(chǎn)生的作用與影響。實(shí)施例2用計算機(jī)輔助設(shè)計軟件設(shè)計和繪制離心式微流控芯片的兩層芯片的微結(jié)構(gòu)和微通道圖形。利用數(shù)控CNC系統(tǒng)加工制備兩層圓片狀聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)芯片的微結(jié)構(gòu)和微通道，分別用自來水、蒸餾水清洗各層芯片，并用乙醇擦拭芯片表面殘留的指紋、油潰等污潰。在雙面膠薄膜上，用刻字機(jī)加工制備所需的微結(jié)構(gòu)和微通道。將兩層芯片小心對齊、粘合、加壓封合，制成多細(xì)胞共培養(yǎng)的微流控芯片。從左側(cè)樣品注入孔和右側(cè)樣品注入孔加入含正常細(xì)胞的細(xì)胞培養(yǎng)液，從中間樣品注入孔中加入細(xì)胞培養(yǎng)液，控制左、中、右側(cè)樣品注入孔與廢液池的液差高度，從而控制層流速度，使細(xì)胞溶液緩慢流經(jīng)微通道，細(xì)胞因此吸附在用BSA蛋白修飾固定的微通道表面，從而完成兩種細(xì)胞的同時植入，每隔12小時更換一次細(xì)胞培養(yǎng)液，待細(xì)胞培養(yǎng)布滿培養(yǎng)區(qū)域后，從中間樣品注入孔中加入藥物溶液，在顯微鏡下觀察藥物在細(xì)胞在生長過程中產(chǎn)生的作用與影響。
權(quán)利要求
1.ー種新型藥物篩選的微流控芯片及其制備方法，該微流控芯片表面有微結(jié)構(gòu)和微通道，兩種細(xì)胞分別固定在各自特定的細(xì)胞培養(yǎng)區(qū)域，細(xì)胞培養(yǎng)沾滿培養(yǎng)區(qū)域后，加入藥物，在顯微鏡下可以直觀地研究細(xì)胞在生長過程中的對藥物的反應(yīng)，為大規(guī)模的藥物篩選提供了新思路和新研究技術(shù)，主要應(yīng)用于細(xì)胞生物學(xué)、遺傳學(xué)和藥物篩選等相關(guān)領(lǐng)域。
2.按權(quán)利要求1所述的新型藥物篩選的微流控芯片及其制備方法，其特征在于，其制作步驟如下 (1)用計算機(jī)輔助設(shè)計軟件設(shè)計和繪制微流控芯片中各層芯片的微結(jié)構(gòu)和微通道圖形。
(2)通過微加工技術(shù)在各層微流控芯片基材表面和粘性薄膜上加工所需的微結(jié)構(gòu)和微通道，包括樣品池、廢液池、微孔和微通道。
(3)利用雙層粘性薄膜，將各層離心式微流控芯片對齊、粘合、加壓封合，組成兩種細(xì)胞共培養(yǎng)的微流控芯片。
(4)將細(xì)胞溶液從樣品池加入，控制微流體的層流速度，將細(xì)胞植入到微流控芯片中的主微通道中。
(5)完成細(xì)胞在微通道中的植入后，進(jìn)行細(xì)胞的培養(yǎng)。
(6)加入新型藥物，研究藥物對細(xì)胞的作用與影響。
3.按權(quán)利要求1或2所述的新型藥物篩選的微流控芯片及其制備方法，其特征在于，這種新型藥物篩選的微流控芯片的核心功能器件是微流控芯片，此芯片以液差產(chǎn)生的重力作為樣品微流體流動的驅(qū)動力，可以批量生產(chǎn)、多次利用、靈活設(shè)計與組裝。
4.按權(quán)利要求1或2所述的新型藥物篩選的微流控芯片及其制備方法，其特征在干，這種新型藥物篩選的微流控芯片上的微結(jié)構(gòu)和微通道是通過數(shù)控銑刻、激光刻蝕、LIGA技術(shù)、模塑法、熱壓法、化學(xué)腐蝕、軟刻蝕技術(shù)的微加工方法在芯片基材表面制備，尺寸在微米級別。
5.按權(quán)利要求1或2所述的新型藥物篩選的微流控芯片及其制備方法，其特征在于，這種新型藥物篩選的微流控芯片是由兩層芯片疊加而成，構(gòu)成三維立體的微結(jié)構(gòu)和微通道網(wǎng)絡(luò)。
6.按權(quán)利要求1或2所述的新型藥物篩選的微流控芯片及其制備方法，其特征在于，這種新型藥物篩選的微流控芯片可以在ー塊芯片上制作多組微結(jié)構(gòu)和微通道，構(gòu)成多組細(xì)胞培養(yǎng)單元，可同時進(jìn)行多種藥物的篩選，提高了単位時間的平行篩選能力。
7.按權(quán)利要求1或2所述的新型藥物篩選的微流控芯片及其制備方法，其特征在于，這種新型藥物篩選的微流控芯片在微通道表面進(jìn)行BSA蛋白表面修飾后完成細(xì)胞的原位植入。
8.按權(quán)利要求1或2所述的新型藥物篩選的微流控芯片及其制備方法，其特征在于，這種新型藥物篩選的微流控芯片適合大規(guī)模的高效的藥物篩選。
9.按權(quán)利要求1或2所述的新型藥物篩選的微流控芯片及其制備方法，其特征在于，這種新型藥物篩選的微流控芯片可以直觀地研究藥物對細(xì)胞的作用與影響。
10.按權(quán)利要求1或2所述的新型藥物篩選的微流控芯片及其制備方法，其特征在干，這種新型藥物篩選的微流控芯片便于觀察、設(shè)備簡單、直接采樣、樣品和試劑用量小，平行篩選能力高、易與檢測器連接、樣品無需轉(zhuǎn)移、樣品交叉污染幾率小，能更真實(shí)地反映藥物對人體組織細(xì)胞的作用與影響，有利于快速篩選新藥的療效和毒性，在細(xì)胞生物學(xué)、遺傳學(xué)和藥物篩選等相關(guān)領(lǐng)域具有 廣泛的應(yīng)用前景。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種新型藥物篩選的微流控芯片及其制備方法，該微流控芯片表面有微結(jié)構(gòu)和微通道，兩種細(xì)胞分別固定在各自特定的細(xì)胞培養(yǎng)區(qū)域，細(xì)胞培養(yǎng)沾滿培養(yǎng)區(qū)域后，加入藥物，在顯微鏡下可以直觀地研究細(xì)胞在生長過程中的對藥物的反應(yīng)，為大規(guī)模的藥物篩選提供了新思路和新研究技術(shù)，主要應(yīng)用于細(xì)胞生物學(xué)、遺傳學(xué)和藥物篩選等相關(guān)領(lǐng)域。該微流控芯片操作簡單，實(shí)現(xiàn)了細(xì)胞的原位培養(yǎng)，降低了試劑與樣品的用量，簡化了細(xì)胞植入過程，高效地進(jìn)行藥物篩選，具有便攜、經(jīng)濟(jì)、快速、高效的特點(diǎn)，為大規(guī)模藥物篩選提供了一種全新的分析技術(shù)。
文檔編號B01L3/00GK103041878SQ20121058707
公開日2013年4月17日 申請日期2012年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月31日
發(fā)明者沙俊 申請人:蘇州汶顥芯片科技有限公司