生物芯片及其制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及生物医学工程学领域，具体涉及一种生物芯片及其制造方法。
【背景技术】
[0002] 中枢神经系统疾病，例如帕金森氏综合症、ALS、阿尔茨海默病等是医学领域的重 大难题。医学研究表明中枢神经系统可通过自身内源性干细胞来修复。通过神经组织损伤 后释放各种趋化因子，吸引神经干细胞聚集到损伤部位，并在局部微环境的作用下分化为 不同种类的细胞，从而修复及补充损伤的神经细胞。同时神经干细胞可以增强神经突触之 间的联系，建立新的神经环路。但是由于这些原始神经干细胞数量稀少且处于静止状态，缺 乏特异性形态、表面标志和分化抗原，因此至今也不能高度纯化分离、并且很难克隆化。因 此外界大量的培养移植神经干细胞是唯一有效的方法。
[0003] 临床及研究结果表明，神经干细胞具有较好的生物学特性，它们能自我复制并在 体外大量增殖，移植在宿主体内神经干细胞具有明显的生存、迀移和分化能力，并能显著促 进神经功能恢复。目前，神经干细胞的体外培养多采取细胞培养皿、细胞培养孔板等方式。 移植神经干细胞所使用的方法主要包括局部注射移植、经脑脊液注射移植、经血液循环注 射移植。大量动物实验及临床应用表明传统细胞培养方法难以提供神经干细胞生长和分化 所需的复杂多层次的微环境，使研究结果与体内真实情况相差甚远，难以满足干细胞多方 面研究的需要。传统的移植方法效率低、手术风险大、危及生命，并且成本高，阻碍了神经干 细胞的应用。因此，寻求一种高度模拟、并且可以控制的神经干细胞培养微环境，及安全可 靠的移植方法成为神经干细胞研究的难点。
[0004] 微流控技术是一门涉及化学、流体物理、微电子、新材料和生物医学工程的新兴交 叉学科。它将生物和化学实验室的功能，例如细胞培养和检测等基本操作单元集成在可控 的微小的芯片上，在短时间内分析大量的生物分子，准确获取样品中的大量信息。微流控芯 片是三维培养体系，可以高度模拟生物体内细胞生长环境，精确控制物质浓度、pH值等细胞 微环境要素，可以将多种操作单元灵活组合，使得细胞进样、培养、捕获、裂解和分离检测等 过程在一块芯片上即可完成。微流控芯片能够提供传统方法不具备的高精度和可控制的细 胞研究条件，为细胞的体外培养实现的飞跃。近年来，微流控技术带来了在细胞体外培养的 革新，成功实现了多种细胞在体外培养。然而神经干细胞生长微环境十分复杂，比普通细胞 的环境要求更为苛刻。同时神经干细胞的培养和分化受一系列因子的影响，如细胞与细胞 及细胞与基质间的反应，液体剪切力、微通道流场分布、换液速度。制造更适宜神经干细胞 培养的，高集成化、高通量的结构是微流控发展的核心问题。同时，基于微流控芯片的神经 干细胞移植领域也是一片空白。
【发明内容】
[0005] 技术问题
[0006] 本发明是鉴于上述情况而提出的，目的在于提供一种生物芯片及其制造方法，其 能够提供更加接近于细胞生长小生境的微环境，实现细胞尤其是神经干细胞的体外可控 的、高通量的培养。
[0007] 为了解决上述问题，本发明涉及的生物芯片的特征在于，包括细胞培养微结构层 和密封微孔膜，其中所述密封微孔膜覆盖在所述细胞培养微结构层之上。
[0008] 另外，本发明涉及的生物芯片的制造方法，包括下述步骤：模具制作步骤，使用超 纯水清洗硅片，待未完全干燥时，采用丙酮超声进行清洗，再用超纯水将硅片上残余液体洗 净并用氮气吹干备用，将芯片置于挥发干缸中滴入数滴HDMS试剂进行修饰之后，将硅片放 置于匀胶机正中保持平衡，铺负胶之后，静止规定时间，然后利用加热的电热板，打开汞灯， 启动甩胶机进行甩胶，在真空中停滞规定时间，使硅片中央恢复平面，接着，将硅片放置于 保温箱中，然后打开曝光机进行曝光，并且用用显影液进行显影；基片制作步骤，将硅橡胶 弹性体和固化剂以体积比10 : 1的比例混合搅拌均匀，将混合好的硅橡胶弹性体和固化 剂在真空干燥箱中脱气，然后倾倒在制作好的阳模模具表面，烘烤规定时间后取出，待冷却 后将固化的聚二甲基硅氧烷剥离，在预定位置打孔分别形成进液口和出液口，然后切割成 规定尺寸，并先后在碱液和酸液中浸泡过夜，用去离子水冲洗、烘干备用；密封微孔膜制造 步骤，将聚对苯二甲酸乙二醇酯密封微孔膜清洗消毒，在对应出入口处打孔，切割成规定尺 寸；粘合步骤，将已经制造好的细胞培养微结构层、密封微孔膜放置在超净台上，用紫外灯 照射，然后将密封微孔膜覆盖在细胞培养微结构层上，依靠吸附力完成粘合。
[0009] 另外，本发明涉及的生物芯片能够用于体外高效地细胞培养，以及用于以生物芯 片的形式进行细胞移植。
[0010] 有益效果
[0011] 本发明的生物芯片具有细胞培养微结构层，能够实现更加接近于细胞尤其是神经 干细胞生长小生境的体外微环境，在细胞培养室内形成凹凸相间网状结构，可以实现细胞 尤其是神经干细胞在培养室内高密度的生长分化，从而解决了神经干细胞体外培养要求苛 亥IJ，生长分化密度低的问题。
[0012] 由于本发明的生物芯片具有密封微孔膜，因此能够保证移植入体内生物芯片与体 内细胞营养基液正常进行交换，保证细胞的存活率，尤其是神经干细胞的存活率。此外，还 能够提供内部神经干细胞与体内神经组织进行搭接的通道，为受损神经修复及信息传递构 建平台。因此能够以优于传统的细胞移植方式，进行细胞尤其是神经干细胞的移植。
【附图说明】
[0013] 图1是本发明的生物芯片的立体图。
[0014] 图2是本发明的生物芯片的侧视图。
[0015] 图3是本发明的生物芯片的俯视图。
[0016] 图4是概略性地示出本发明的生物芯片的细胞培养微结构层的示意图，其中，下 半部分图像为细胞培养室的六边形微结构体的放大图。
[0017] 附图标记说明：
[0018] 1 :细胞培养微结构层2 :密封微孔膜11:进液口 12 :进液通道13 :细胞培养室、 14 :出液通道、15 :出液口
【具体实施方式】
[0019] 以下，结合附图对本发明的实施方式进行详细说明。
[0020] 如图1至图4所示，本发明涉及的生物芯片包括细胞培养微结构层1和覆盖在所 述细胞培养微结构层上的密封微孔膜2。
[0021] 其中，细胞培养微结构层包括进液口 11、出液口 15、进液通道12、出液通道14和由 多个微结构体排列形成的细胞培养室13。其中，进液口 11和出液口 15分别设于细胞培养 室13的两侧，所述进液口 11与细胞培养室13之间设有进液通道12,所述出液口 11与细胞 培养室13之间设有出液通道12,这样，使得进液口 11、细胞培养室13和出液口 15连通起 来。
[0022] 作为细胞培养微结构层，可以使用例如硅、玻璃、石英、聚甲基丙烯酸酯、聚二甲基 硅氧烷等材料，其中，聚二甲基硅氧烷（PDMS)透光率高、透气性好、化学稳定度高、生物相 容性高，可作为植入材料，因此优选聚二甲基硅氧烷（PDMS)。
[0023] 为保证培养液在通道内部流动顺畅及更换培养液操作便捷，细胞培养微结构层 的进液口、出液口、进液通道、出液通道以及细胞培养室的深度优选相同，例如深度可以为 80μm31 150μm，100μm。
[0024] 进液口、出液口形状可以相同，优选均为圆形。二者的直径可以相同，例如为0.45 至0. 7mm，优选均为0. 45mm。在满足已有的细胞进液管的尺寸基础上，进液及出液口的直径 越小越好，以使制得的生物芯片尺寸满足植入要求。
[0025] 进液通道、出液通道形状可以相同，优选均为长方形，在这种情况下，长度可以为 250至4