专利名称：一种微流控芯片及研究细胞在三维介质中定向移动的方法
技术领域：
本发明涉及将微流控芯片技术应用于生物医学研究领域，提供了一种微流控芯片
及研究细胞在三维介质中定向移动的方法，利用微流控芯片为细胞生长及迁移提供三维空间支持，并在此三维空间生成稳定的浓度梯度，在趋化物的诱导下，细胞在三维介质内发生定向移动，并可同时考察两种不同的细胞在相同条件下的移动。
背景技术：
细胞的定向移动在胚胎发育、伤口愈合、肿瘤浸润及转移等过程中发挥重要作用。传统研究体外细胞迁移所采用的模型往往只能观察到细胞在二维表面的爬行，与体内细胞所处的三维空间有很大差异。微流控芯片技术是20世纪90年代初在毛细管电泳基础上发展起来的一种新技术，2006年被《自然》杂志列为21世纪最重要的前沿技术之一，近几年微流控芯片技术迅速向生物医学领域渗透，显示了广阔的应用前景，越来越多的迹象表明微流控芯片技术将成为生物医学研究的一个极重要的平台。本发明可以在芯片上为细胞的生长和迁移提供三维介质支持，并利用层流原理生成稳定的浓度梯度，诱导细胞在三维介质内定向移动。与传统二维研究模型比较，该微流控芯片为细胞生长及迁移所提供的三维微环境更接近体内环境。并且本发明操作简单、快速，易于生物医学研究者接受。
发明内容
本发明的目的是提供了一种微流控芯片及研究细胞在三维介质中定向移动的方法。 本发明提供了一种微流控芯片，该微流控芯片由注射泵、两条平行的灌流通道、细胞进样口、细胞培养池、废液池组成；灌流通道的上端连接注射泵，下端连接废液池；细胞培养池与两条平行的灌流通道相连，细胞培养池的上端与细胞进样口相连。
本发明提供的微流控芯片的材料为P匿S聚合物，与玻璃材料不可逆封。
本发明提供的微流控芯片，所述细胞培养池为椭圆形。 本发明还提供了用微流控芯片研究细胞在三维介质中定向移动的方法，方法过
程如下将生长状态良好的细胞经过胰酶消化、离心，然后将获得的细胞以浓度107ml与
Cultrex Basement Membrane Extract (BME， R&D Systems, MN)在冰上混匀，通过细胞进样口
将细胞与BME的混合物加入细胞培养池内，放置于室温约30min到BME凝固成胶状；待BME
形成凝胶后，两侧灌流通道的上端连接注射泵，其中一侧灌流通道内灌注含有趋化因子的
细胞培养液，另一侧作为空白对照灌注不含趋化因子的细胞培养液，流速均为0. 5iU/min，
连续灌流培养24小时，细胞培养池内形成稳定的浓度梯度；用罗丹明123(Rodamin 123)和
碘化丙啶(PI)表征培养24小时后的细胞在BME三维空间内的生长状态及活性。 本发明提供的微流控芯片研究细胞在三维介质中定向移动的方法，所述BME为基
底膜样物质，在细胞培养池内为细胞生长及迁移提供三维支撑，低温时为液态，室温时凝固
成胶态。
本发明提供的微流控芯片研究细胞在三维介质中定向移动的方法，所述细胞培养池内的浓度梯度用荧光染料(FAM)标记的DNA分子(分子量约为6000D)表征。
本发明提供的微流控芯片研究细胞在三维介质中定向移动的方法，整个方法过程中维持注射泵的流速为0. 5iU/min。 本发明提供的微流控芯片研究细胞在三维介质中定向移动的方法，在芯片上同时进行两种细胞的检测；该微流控芯片具有两个细胞培养池，可以分别加入不同种类的细胞，检测在相同条件下不同细胞的迁移率。 总之，本发明可在一块几平方厘米的芯片上，为细胞的生长和迁移提供三维介质支持，并在介质内生成稳定的浓度梯度，在趋化因子的作用下诱导细胞发生定向移动。相对于传统的研究方法，为细胞的生长和移动提供一个更接近体内的微环境。并且本发明具有操作简单、快速和样品用量少等特点。具有重要的生物医学研究价值和经济价值。
图l本发明微流控芯片示意图，其中(1)细胞进样口、(2)细胞培养池、(3)灌流通道、(4)废液池; 图2显示不同时间细胞培养池内的荧光信号灌流通道内液体流动速度为0. 5 ii 1/min ; 图3在细胞培养池内生成稳定的线性荧光浓度梯度；
图4乳腺癌细胞MCF7在三维介质中生长状态及活性检测；
图5乳腺癌细胞MCF7在EGF诱导下发生定向迁移；
图6乳腺癌细胞MCF7在EGF诱导下发生迁移率。
具体实施例方式
下面的实施例将对本发明予以进一步的说明，但并不因此而限制本发明。
实施例 所用微流控芯片为本实验室自行设计及制备。芯片材料为PDMS聚合物，通过不可逆封接技术封接于玻璃表面。如图l所示，两条平行的灌流通道尺寸为长5mm，宽400iim，椭圆形细胞培养池的尺寸为长径lmm，短径200iim。通过细胞进样口在低温下向细胞培养池内加入乳腺癌细胞MCF7与Basement Membrane Extract (BME)的混合物，待混合物形成凝胶后，两侧灌流通道的上端接注射泵，在灌流通道内灌注细胞培养液，置于37t:的C02培养箱内培养细胞24小时。采用Rodamin-123 (Rh-123)禾P PI联合检测BME包埋的MCF7细胞活性，结果显示MCF7细胞在BME中24小时的成活率大于90% (图4)。
在一侧通道内灌注含有0 200ng/ml不同浓度的表皮生长因子(EGF)的培养液作为实验侧，另一侧作为对照灌注不含趋化物的培养液作为对照侧，连续灌流培养细胞24小时。在EGF的诱导下，24小时内大部分MCF7细胞向EGF浓度较高的方向迁移，而在靠近对照侧灌流通道的MCF7细胞则不发生移动(图5)，在200ng/ml浓度的EGF诱导下实验侧的细胞迁移率显著大于对照侧(图6)。
权利要求
一种微流控芯片，其特征在于该微流控芯片由细胞进样口(1)、细胞培养池(2)、两条平行的灌流通道(3)、废液池(4)组成；灌流通道的下端连接废液池，细胞培养池与两条平行的灌流通道相连，细胞培养池的上端与细胞进样口相连。
2. 按照权利要求l所述微流控芯片，其特征在于所述微流控芯片的材料为PDMS聚合物，与玻璃材料不可逆封。
3. 按照权利要求1所述微流控芯片，其特征在于所述细胞培养池为椭圆形。
4. 权利要求1所述微流控芯片研究细胞在三维介质中定向移动的方法，其特征在于 方法过程如下通过细胞进样口将细胞与BME的混合物加入细胞培养池内，放置于室温到BME凝固成 胶状；待BME形成凝胶后，两侧灌流通道的上端连接注射泵，其中一侧灌流通道内灌注含有 趋化因子的细胞培养液，另一侧作为空白对照灌注不含趋化因子的细胞培养液，流速均为 0. 5iU/min，连续灌流培养24小时，趋化因子在细胞培养池内形成稳定的浓度梯度；用罗丹明123和碘化丙啶表征培养24小时后的细胞在BME三维空间内的生长状态及 活性。
5. 按照权利要求4所述微流控芯片研究细胞在三维介质中定向移动的方法，其特征在 于所述BME为基底膜样物质，低温时为液态，室温时凝固成胶态。
6. 按照权利要求4所述微流控芯片研究细胞在三维介质中定向移动的方法，其特征在 于所述细胞培养池内的浓度梯度用荧光染料标记的DNA分子表征。
7. 按照权利要求6所述微流控芯片研究细胞在三维介质中定向移动的方法，其特征在 于所述DNA分子的分子量为6000D。
全文摘要
本发明提供了一种微流控芯片及其研究细胞在三维介质中定向移动的方法，该微流控芯片由细胞进样口、细胞培养池、两条平行的灌流通道、废液池组成；灌流通道的下端连接废液池，细胞培养池与两条平行的灌流通道相连，细胞培养池的上端与细胞进样口相连；利用微流控芯片为细胞生长及迁移提供三维空间支持，并在此三维空间生成稳定的浓度梯度，在趋化物的诱导下，细胞在三维介质内发生定向移动，本发明具有操作简单、快速和样品用量少等特点。
文档编号C12N5/00GK101748059SQ20081022939
公开日2010年6月23日 申请日期2008年12月8日 优先权日2008年12月8日
发明者刘婷姣, 林炳承, 秦建华 申请人:中国科学院大连化学物理研究所