一種水凝膠微流控芯片及其加工方法技術

本發(fā)明專利技術提供一種水凝膠微流控芯片，包括基底層、芯片層和封蓋層；所述芯片層由PEG基水凝膠預聚物固化而成，并由上、下兩層單元組成；第一層單元包括用于捕獲細胞、并將捕獲的細胞固定在其中進行培養(yǎng)的微井陣列；第二層芯片單元包括用于灌注細胞培養(yǎng)液的直流道和用于細胞代謝物收集、檢測的矩形凹槽；第一層芯片單元的微井陣列與第二層芯片單元的直流道區(qū)域重合；第一層芯片單元和第二層芯片單元的矩形凹槽重合；所述芯片層設于基底層和封蓋層之間，封蓋層上設有與所述直流道和矩形凹槽連通的進樣口和出口。本發(fā)明專利技術還提供了該微流控芯片的加工方法，采用PEGDA制作水凝膠微流控芯片使得芯片制作更快速、更高效，在細胞研究和藥物篩選方面具有重要意義。

【技術實現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術屬于生物醫(yī)學領域，提供了一種微流控芯片，具體涉及ー種用于細胞培養(yǎng)和代謝物檢測的微流控芯片。
技術介紹
細胞是生物體的形態(tài)結構和生命活動的基本単元，人們要了解生物體生命活動的規(guī)律，必須以研究細胞為基礎，考察細胞的結構和功能，探索細胞的生命活動，而細胞培養(yǎng) 正能實現(xiàn)這個目的。隨著微制造技術的發(fā)展，微流控芯片逐漸成為ー種新興的進行細胞培養(yǎng)的平臺。與目前實驗室的常用方法相比，在微流控芯片上對細胞進行操作和分析具有很多優(yōu)勢微通道尺寸與細胞尺寸相當，芯片使用的灌流培養(yǎng)方式更接近體內的生理狀態(tài)，可以更真實的反映生理狀態(tài)下細胞的生物學特征；可以更有效的控制細胞微環(huán)境；芯片體積微小，節(jié)約細胞溶液以及其他試劑的消耗量，分析時間大大減少；微管道傳熱傳質迅速，使用較小的電壓就可以獲得較大的電場強度；芯片多種単元技術可以靈活組合，規(guī)模集成。因此對用于細胞培養(yǎng)的微流控芯片的研究得以大量開展。現(xiàn)有技術中，用于細胞培養(yǎng)或代謝物檢測的微流控芯片由于功能的不同，具有多樣品種，結構各異；并且大多采用PDMS (polydimethylsiIoxane,聚ニ甲基娃氧燒)-玻璃制作而成。現(xiàn)有的微流控芯片主要存在以下不足1、功能較為單一，系統(tǒng)集成化程度低；2、采用的芯片加工材料難以真正模擬體內細胞生長微環(huán)境，并且細胞培養(yǎng)過程中不利于外界進行實時收集和檢測；3、制作エ藝較為復雜、成本高。
技術實現(xiàn)思路
針對現(xiàn)有技術存在的上述不足，本專利技術提供一種用于細胞培養(yǎng)和代謝物檢測的水凝膠微流控芯片，解決現(xiàn)有技術微流控芯片功能単一，體內細胞生長環(huán)境的模擬較為困難，不利于外界進行實時收集和檢測的問題。本專利技術還提供ー種快速、簡便、低成本的芯片制作エ藝，解決現(xiàn)有微流控芯片加工エ藝復雜的問題。解決上述技術問題，本專利技術采用如下技術方案一種水凝膠微流控芯片，包括基底層、芯片層和封蓋層；其特征在于所述芯片層由PEG基水凝膠預聚物固化而成，并由上、下兩層單元組成； 第一層單元包括用于捕獲細胞、并將捕獲的細胞固定在其中進行培養(yǎng)的微井陣列，該微井陣列由3 X 15共45個微孔構成，每個微孔直徑為SOOum ;微井陣列的一端有矩形凹槽，矩形凹槽為6_X6_ ； 第二層芯片単元包括用于灌注細胞培養(yǎng)液的直流道和用于細胞代謝物收集、檢測的矩形凹槽，該直流道為3mmX 15mm,矩形凹槽為6mmX 6mm,直流道與矩形凹槽連通； 第一層芯片単元的微井陣列與第二層芯片単元的直流道區(qū)域重合；第一層芯片単元和第二層芯片単元的矩形凹槽重合； 所述芯片層設于基底層和封蓋層之間，封蓋層上設有與所述直流道和矩形凹槽連通的進樣口和出口。進ー步，所述水凝膠微流控芯片的制作方法，包括如下步驟 1)芯片掩膜制作用繪圖軟件分別繪制第一層和第二層芯片掩膜圖，并以菲林的形式打印芯片掩膜； 第一層芯片掩膜包括至少ー個微井陣列3X15，每個微孔直徑為800um，矩形凹槽為6mmX6mm ； 第二層芯片掩膜包括至少ー個直流道為3mmX 15mm,矩形凹槽為6mmX6mm,直流道與矩形凹槽連通； 2)芯片模具制作以載玻片為基底，將第一層芯片掩膜置于載玻片之上，芯片掩膜和載玻片之間留有空腔以備灌注PEG基水凝膠預聚物； 3)芯片成型將充分混勻的PEG基水凝膠預聚物靜止、抽真空、去除氣泡后，用注射器注入在步驟2)所述的芯片模具空腔內，并將整個模具置于ー個密封的紫外光聚合反應發(fā)生器中，照射紫外光，使得PEG基水凝膠預聚物固化；固化的過程中一直充氮氣保護，待完全固化成型后去掉掩膜，這樣第一層芯片単元制作完成； 4)將第二層芯片掩膜置于步驟3)成型芯片之上，下層芯片単元的微井陣列、矩形凹槽與上層芯片単元的直流道、矩形凹槽區(qū)域重合；同時預留有空腔，重復步驟3)所述的注入PEG基水凝膠預聚物并固化成型的操作，待完全固化成型后去掉掩膜，這樣第二層芯片単元制作完成； 5)將步驟4)制作好的芯片置于PBS緩沖液中漂洗，去除未反應完全的PEG基水凝膠預聚物，再用PDMS封蓋，最后通過消毒殺菌制得用于細胞培養(yǎng)及代謝物收集、檢測的水凝膠微流控芯片。相比現(xiàn)有技術，本專利技術具有如下有益效果 I、所述芯片層由用于捕獲細胞，并將捕獲的細胞固定進行培養(yǎng)的微孔陣列之下層芯片単元，以及用于灌注細胞培養(yǎng)液的直流道和用于細胞代謝液收集和檢測的上層芯片單元結合，采用孔狀的微井陣列來進行細胞培養(yǎng)，可以有效避免流體剪切力對細胞的損傷，有利于細胞的真實表達，解決細胞生長環(huán)境的模擬較為困難的問題，有利于外界進行實時收集和檢測，具有功能多樣的優(yōu)點。2、本專利技術采用的PEG基水凝膠預聚物材料并且該材料具有高含水量和柔軟特性，相比其他人工合成的生物材料，更類似于活體組織，這種材料制作的微流控芯片更接近體內細胞的生長環(huán)境，有利于細胞的培養(yǎng)。3、本專利技術エ藝快速、簡便、成本低，解決現(xiàn)有微流控芯片制作エ藝復雜的問題；采用PEG基水凝膠預聚物材料，具有紫外光聚合性能，使得在微流控芯片的制作上可以更快速、更高效的完成。附圖說明圖I為本專利技術微流控芯片第一層芯片単元微孔陣列和矩形凹槽的示意 圖2為本專利技術微流控芯片第二層芯片単元直流道和矩形凹槽的示意 圖3為本專利技術微流控芯片的ー個芯片層示意 圖4為本專利技術微流控芯片的結構剖視圖。圖中I-基底層，2-第一層芯片単元，3-第二層芯片単元，4-封蓋層，5-細胞液、培養(yǎng)基進ロ，6-細胞代謝液出ロ，7-流體通道，8-微井陣列，9-細胞收集、檢測槽。 具體實施例方式下面結合附圖和實施例對本專利技術的技術做進一歩詳細說明。如圖3所示，一種用于細胞培養(yǎng)和代謝物檢測的微流控芯片，從下而上分別為基底層I、第一層芯片單兀2、第二層芯片單兀3和封蓋層4 ;基底層I為載玻片，第一層芯片単元2、第二層芯片単元3通過PEG基水凝膠預聚物灌注固化成型，封蓋層4材料采用PDMS聚合物。所述芯片層為2mm。參見圖1，第一層芯片単元2包括用于捕獲細胞，并將捕獲的細胞固定進行培養(yǎng)的微孔陣列和與上層芯片単元對應的矩形凹槽，該微井陣列由3 X 15共45個微孔組成，每個微孔直徑為800um。參見圖2，第二層芯片単元3包括用于灌注細胞培養(yǎng)液的直流道和用于細胞代謝液收集和檢測的矩形凹槽，該直流道為3mmX15mm，矩形凹槽為6mmX 6mm，直流道與矩形凹槽連通； 第一層芯片単元的微井陣列與上層芯片単元的直流道區(qū)域重合；第一層和第二層芯片的矩形凹槽重合為一體；封蓋層上設有進樣口和出口。當細胞培養(yǎng)液從細胞液進ロ 5注入?yún)迹?jīng)上層芯片單元3的細胞液流體通道7向下層芯片単元2的孔狀微井陣列8灌注細胞培養(yǎng)液，每個微孔(井)的直徑為800um，其作用主要捕獲細胞液流體通道7中的細胞，并將捕獲的細胞固定在微井結構中進行培養(yǎng)，這樣可以有效避免細胞液流體剪切力對細胞的損傷，有利于細胞的真實表達，提高細胞培養(yǎng)的質量。接種細胞時未被微井結構捕獲的細胞會經(jīng)流體通道7進入到收集槽9中由出口 6排除，之后便可對固定細胞所產生的細胞代謝物進行實時的收集、檢測了，新鮮細胞培養(yǎng)基將以灌流的方式從入口 5緩慢勻速灌入。細胞代謝物經(jīng)流體通道7進入細胞收集槽9進行收集，收集好的代謝物通過出口 6留出，供相應的傳感器(卟啉可視陣列傳感器)進行快速地檢測和識別。所述水凝膠預聚物為PEGDA(poly本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術保護點】
一種水凝膠微流控芯片，包括基底層、芯片層和封蓋層；其特征在于：所述芯片層由PEG基水凝膠預聚物固化而成，并由上、下兩層單元組成；第一層單元包括用于捕獲細胞、并將捕獲的細胞固定在其中進行培養(yǎng)的微井陣列，該微井陣列由3×15共45個微孔構成，每個微孔直徑為800um；微井陣列的一端有矩形凹槽，矩形凹槽為6mm×6mm；第二層芯片單元包括用于灌注細胞培養(yǎng)液的直流道和用于細胞代謝物收集、檢測的矩形凹槽，該直流道為3mm×15mm，矩形凹槽為6mm×6mm，直流道與矩形凹槽連通；第一層芯片單元的微井陣列與第二層芯片單元的直流道區(qū)域重合；第一層芯片單元和第二層芯片單元的矩形凹槽重合；所述芯片層設于基底層和封蓋層之間，封蓋層上設有與所述直流道和矩形凹槽連通的進樣口和出口。

【技術特征摘要】
1.一種水凝膠微流控芯片，包括基底層、芯片層和封蓋層；其特征在于所述芯片層由PEG基水凝膠預聚物固化而成，并由上、下兩層單元組成； 第一層單元包括用于捕獲細胞、并將捕獲的細胞固定在其中進行培養(yǎng)的微井陣列，該微井陣列由3 X 15共45個微孔構成，每個微孔直徑為SOOum ;微井陣列的一端有矩形凹槽，矩形凹槽為6_X6_ ； 第二層芯片単元包括用于灌注細胞培養(yǎng)液的直流道和用于細胞代謝物收集、檢測的矩形凹槽，該直流道為3mmX 15mm,矩形凹槽為6mmX 6mm,直流道與矩形凹槽連通； 第一層芯片単元的微井陣列與第二層芯片単元的直流道區(qū)域重合；第一層芯片単元和第二層芯片単元的矩形凹槽重合； 所述芯片層設于基底層和封蓋層之間，封蓋層上設有與所述直流道和矩形凹槽連通的進樣口和出口。2.根據(jù)權利要求I所述水凝膠微流控芯片，其特征在于，所述芯片層為2_。3.根據(jù)權利要求I所述水凝膠微流控芯片，其特征在于，所述封蓋層材料為PDMS聚合物。4.一種如權利要求I所述水凝膠微流控芯片的加工方法，其特征在于，包括如下步驟 O芯片掩膜制作用繪圖軟件分別繪制第一層和第二層芯片掩膜圖，并以菲林的形式打印芯片掩膜； 第一層芯片掩膜包括至少ー個微井陣列3X15，每個微孔直徑為800um，矩形凹槽為6mmX 6mm ； 第二層芯片掩膜包括至少ー個直流道為3mmX 15mm，矩形凹槽為6mmX6mm，直流道與矩形凹槽連通； 2)芯片模具制作以載玻片為基底，將第...

【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：霍丹群，方可敬，侯長軍，劉振，
申請(專利權)人：重慶大學，
類型：發(fā)明
國別省市：