一种微观生物培养装置及制作和使用方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及微纳米技术和三维生物结构与器件技术领域，具体地说，本发明涉及一种微观生物培养装置及制作和使用方法。
【背景技术】
[0002]三维微纳米功能结构在很多领域有着重要的应用，将其用于三维生物结构与器件领域，使得人们能够对生物细胞的培养以及癌细胞转移特性进行进一步地深入研宄。
[0003]分析癌细胞的转移过程，癌细胞的转移是一个三维的侵入过程，当转移细胞突破血管，它们就会通过血管并向远处转移并侵入其它器官组织。当侵入成功，新的侵入点就蜕变成了癌细胞新的栖息地。
[0004]文献“Elastic3D Scaffolds: Elastic Fully Three-dimens1nalMicrostructure Scaffolds for Cell Force Measurements, Advanced Materials22836 (2010) ”提出了一种利用双光子吸收三维激光直写设备来加工各种三维微纳结构，进而研宄癌细胞的转移过程的方案。该方案中，设计癌细胞转移三维模型，在体外环境模拟癌细胞转移过程，或者将不同的原始癌细胞从一个部位放入，研宄它们在不同的路径上的繁殖与转移，以及转移细胞的数量及不同癌细胞转移数量的差异。然而，该方案中，癌细胞转移三维模型均属于网状结构，网状结构无法提供局域化液态环境，不利于研宄细胞在不同的营养与酸碱度环境中的变化情况，无法满足完全意义上的拟人体环境模拟。此外，三维激光直写技术中，一般只能在可发生光聚合的材料上制备图形，聚合物稳定性较差，且容易与溶剂发生反应，能承受的温度范围有限。因此，现有的基于双光子吸收三维激光直写设备制备的三维网状三维微纳结构还不能同时满足生体环境的高仿真性与多种环境兼容性的要求，并且也难以满足生体环境对结构热力学稳定性和极端环境的牢固性等方面的要求，也就是说，现有的三维网状微纳结构的生物细胞培养装置难以满足细胞及生物研宄中日益复杂的需求。
【发明内容】
[0005]因此，本发明的任务是提供一种能够克服现有技术的上述缺陷的基于三维微纳米结构的微观生物培养装置及制作和操作方法。
[0006]为实现上述发明目的，本发明提供了一种微观生物培养装置，包括基底和采用三维激光直写技术制作在基底之上的聚合物结构，所述聚合物结构包括具有顶部的注入容器，具有顶部的转移容器以及将所述转移容器和所述注入容器连通的连接管道，所述注入容器顶部留有通孔。
[0007]其中，所述注入容器顶部的通孔是样品和液体注入所述聚合物结构的唯一入口。
[0008]其中，所述基底包括衬底，制作在衬底上的微加热器，以及制作在所述微加热器之上的电绝缘层，所述微加热器用于对所述注入容器，所述转移容器和所述连接管道的温度进行调节；所述微加热器包括多个微加热区，每个微加热区分别对应一个所述注入容器，所述转移容器或者所述连接管道。
[0009]其中，所述注入容器和/或所述转移容器中，在靠近所述连接管道处设置有用于模拟生物体内组织的三维网状结构。
[0010]其中，所述注入容器的高度低于所述转移容器。
[0011]其中，所述转移容器的数目至少为2，每个所述转移容器均通过所述连接管道与所述注入容器连通并且每个所述转移容器的高度各不相同。
[0012]本发明还提供了一种微观生物培养装置制备方法，包括下列步骤:
[0013]I)在基底涂覆负光刻胶，基于三维激光直写技术基于预定的三维图形在所述负光刻胶上进行三维扫描，然后进行显影，定影，得到与预定的三维图形一致的聚合物结构，所述聚合物结构包括具有顶部的注入容器，具有顶部的转移容器以及将所述转移容器和所述注入容器连通的连接管道，所述注入容器顶部留有通孔，该通孔是样品和液体注入所述聚合物结构的唯一入口；
[0014]2)采用化学电镀，银镜反应或者原子层沉积的方法，在所述聚合物结构的内表面制作生物兼容层；
[0015]3)在所述转移容器顶部通过刻蚀技术进行减薄处理，制作出可视窗口。
[0016]其中，所述步骤2)还包括:在制作生物兼容层后，在所述聚合物结构的外表面制作保护层，然后通过刻蚀使得所述注入容器顶部的通孔保持畅通。
[0017]其中，所述步骤2)中，采用Ag，T1jP金刚石薄膜中任意一项或者数项所构成的复合薄膜制作生物兼容层；采用Al2O3或S1 2薄膜，或者Al 203和S1 2所构成的复合薄膜作为保护层；所述保护层采用蒸发或溅射或沉积或电镀或化学镀，或是上述几种方法的结合进tx制备。
[0018]本发明还提供了一种前述微观生物培养装置的使用方法，包括下列步骤:
[0019]a)将样品和作为样品液态环境的液体通过注入容器的通孔注入所述微观生物培养装置，所述样品包括生物细胞或者微生物；
[0020]b)将注入容器的通孔密封，使所述聚合物结构内的液体环境与外界完全隔离；
[0021]c)对样品从所述注入容器迀移到所述转移容器的情况进行观察。
[0022]其中，所述步骤c)还包括:调整所述注入容器，所述转移容器和所述连接管道各自的温度，对不同温度组合下的样品从所述注入容器迀移到所述转移容器的情况进行观察，进而得到样品对不同环境的选择性。
[0023]其中，所述步骤a)还包括:将所述液体注满所述注入容器，使各个所述转移容器获得所需的不同液面高度，进而获得所需的不同氧气富集程度；
[0024]所述步骤c)还包括:对不同温度以及氧气富集程度组合下的样品从所述注入容器迀移到所述转移容器的情况进行观察，进而得到样品对不同环境的选择性。
[0025]与现有技术相比，本发明具有下列技术效果:
[0026]1、本发明能够提供局域化液态环境，有利于研宄细胞在不同的营养与酸碱度环境中的变化情况，从而更好地模拟人体(或其它生物体)环境。
[0027]2、本发明的培养装置能够同时满足生体环境的高仿真性与多种环境兼容性的要求。
[0028]3、本发明能够提供用于模拟生体环境的多种不同温度，不同氧气富集程度。
[0029]4、本发明的微观生物培养装置具有更好的结构热力学稳定性。
[0030]5、本发明的微观生物培养装置具有更好的牢固性，能满足一些生物实验所需的极端环境下的牢固性要求。
[0031]6、本发明的微观生物培养装置便于对生物细胞的内部变化进行观测。
【附图说明】
[0032]以下，结合附图来详细说明本发明的实施例，其中:
[0033]图1示出了本发明的一个实施例的制备过程中加工对准标记后的器件示意图；
[0034]图2示出了本发明的一个实施例的制备过程中制作微观生物培养装置的平面电阻加热器及其电极的示意图；
[0035]图3示出了本发明的一个实施例的制备过程中在基底上制作微观生物培养装置的聚合物结构的示意图；
[0036]图4示出了表面功能化后的注入容器的局部结构剖面示意图；
[0037]图5不出了加工可视窗口后的转移容器的局部结构剖面不意图；
[0038]图6示出了本发明一个实施例中的生物细胞培养装置的成品的立体结构示意图。
【具体实施方式】
[0039]根据本发明的一个实施例，提供了一种生物细胞培养装置制作方法，包括下列步骤:
[0040]步骤101:取一石英衬底1，在其上加工对准标记2。对准标记2采用光刻胶图形加工-金属沉积-金属剥离的方法进行加工。图1示出了加工对准标记后的器件示意图。根据一个实施例，对准标记2光刻胶图形的加工方法如下:将石英衬底I依次进行丙酮、乙醇、去离子水超声清洗，采用异丙醇冲洗，然后用氮气吹干，并在热板上180°C加热20分钟。等石英衬底I冷却后，进行S1813光刻胶的旋涂，转速为3000转/分，然后在热板上115°C加热I分钟，采用带有十字叉的光刻掩模版，通过紫外光刻进行衬底上对准标记光刻胶图形的曝光，曝光时间为15秒，光强为10毫瓦/平方厘米(lOmW/cm2)，显影时间为40秒。去离子水清洗后，氮气吹干。金属沉积的方法如下:采用热蒸发，在表面蒸镀Au (10nm)/Cr (5nm)。根据一个实施例，金属剥离的方法如下:将样品在丙酮溶液中超声清洗，去离子水超声清洗，氮气吹干。经过上述光刻