一种构建细胞网络的三维微流控芯片及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及微流控芯片技术领域，尤其是一种应用于生命科学领域的微流控芯片及其制备方法。
【背景技术】
[0002]在当前的生命科学领域里面，绝大多数的科学研究都是基于细胞的实验而得出的结论。在研究细胞与细胞之间的相互作用时，如果能构建一个完整的细胞网络结构，那对于这样的研究是十分有用的。要构建一个完整的细胞网络结构，如果使用一般的传统方法，将会是一件非常艰巨的任务。如果应用微流控芯片技术，其操作流程将大大简化。
[0003]微流控芯片技术是20世纪90年代发展起来的新技术。微流控技术目前具有深远的影响力，2004年，美国Business〗.0杂志封面文章将微流控芯片列为“改变世界”的其中技术之一，2006年Nature杂志就这种可能成为“这一世纪的技术”推出专辑。经过十几年的发展，微流控芯片已经在生化分析领域得到了广泛应用。目前，已有不少研究报道利用微流控芯片的网络结构包被多聚L-赖氨酸(PLL)形成8*8的神经元细胞网络，这主要是基于神经元细胞对PLL包被区域比较敏感而实现的。但是，在神经元细胞网络生长的后期会有很多细胞突触生长到网格结构PLL包被区域之外，因此这样的包被方式对于很多其它种类的细胞，尤其是对PLL包被不敏感的细胞是没有效果的。
【发明内容】
[0004]为解决上述问题，本发明提供一种构建细胞网络的三维微流控芯片及其制备方法，能避免对特定细胞种类的要求，使细胞能在这种微流控芯片中形成完整、稳定的细胞网络结构。
[0005]这种微流控芯片的制备方法，其包括如下步骤:
[0006]步骤一:提供一设有相互连通的网络图形和立柱的第一模板，在所述第一模板上形成厚度不小于所述网络图形高度、且小于所述立柱高度的第一薄膜层，所述网络图形和立柱结构用于转移至所述第一薄膜层上形成细胞网络培养池和纵向贯通的孔道；
[0007]步骤二:在第二模板上形成设有流道结构的第二结构层，所述流道结构上排列有若干个连通外界与所述流道结构的支管；其中，所述支管与所述立柱对应；所述支管的高度大于所述立柱高度；
[0008]步骤三:将所述第二结构层盖设于所述第一薄膜层表面，使所述支管与所述立柱相对应，然后热固化处理所述第一薄膜层、第二结构层；
[0009]步骤四:将经过步骤三处理后的所述第一薄膜层、第二结构层从所述第一模板上剥离，并在所述流道结构上制作用于细胞培养基流通的出口孔、入口孔，获得所述微流控芯片。
[0010]进一步地，所述第一薄膜层、第二结构层是由预聚物与固化交联剂的混合液分别浇注在第一模板、第二模板上，热固化处理后形成；所述预聚物与固化交联剂质量比为10 ?20:1。
[0011]进一步地，控制所述网络图形高度为5?10微米、所述立柱高度为40?50微米。
[0012]进一步地，所述第一薄膜层厚度为10?20微米。
[0013]进一步地，所述支管的高度为50?70微米。
[0014]进一步地，所述热固化处理为在80?100°C下烘烤30?120分钟。
[0015]本发明还提供采用上述方法获得的微流控芯片结构，其包括:
[0016]第一薄膜层，其设有细胞网络培养池和纵向贯通的孔道，所述细胞网络培养池与所述孔道连通；以及
[0017]设有流道结构的第二结构层；所述流道结构上排列有若干个连通外界与所述流道结构的支管，以及用于细胞培养基流通的出口孔、入口孔；
[0018]所述第二结构层盖设于所述第一薄膜层表面；所述支管与所述孔道相对应。
[0019]进一步地，所述第一薄膜层、第二结构层是由预聚物与固化交联剂的混合液浇注，热固化处理后形成；所述预聚物与固化交联剂质量比为10?20:1。
[0020]进一步地，所述第一薄膜层厚度为10?20微米。
[0021]进一步地，控制所述细胞网络培养池的高度为5?10微米。
[0022]进一步地，所述支管的高度为50?70微米。
[0023]有益效果:
[0024]本发明制作方法简单，重复性和可操作性强。通过构建一个三维通孔结构的微流控芯片，一方面为细胞生长提供一相对封闭的环境，从而能有效避免污染源入侵；另一方面，利用细胞在培养基中的自降特性，使其生长在特定的微流控芯片细胞网络结构区域；不仅可以为多类型的细胞提供一个复杂多样的网络结构，还解决了对PLL包被不敏感的细胞难以形成细胞网络的问题，使得各种类型的细胞均能在预设的网络结构中生长，且不会有细胞生长到网络结构之外的区域，为细胞网络的科学研究提供一有利的应用平台。
【附图说明】
[0025]图1为本发明的微流道芯片结构示意图。
[0026]图2 (a) (b) (c) (d)为本发明微流道芯片的制作流程图。
[0027]图3为本发明图2 (C)沿AA’线的第二结构层剖面图。
【具体实施方式】
[0028]下面，结合附图对本发明实施例作详细介绍。
[0029]本发明提供一种构建细胞网络的三维微流控芯片，如图1所示，该微流控芯片承载在一载玻片40上,其包括相互粘合的第一薄膜层20和第二结构层30双层结构；其中:
[0030]第一薄膜层20设有细胞网络培养池21和纵向贯通的孔道22，所述细胞网络培养池21与所述孔道22连通。
[0031]第二结构层30设有流道结构31 ;所述流道结构31上排列有若干个连通外界与所述流道结构的支管32，以及用于细胞及其培养基流通的出口孔34、入口孔33。所述第二结构层30盖设于所述第一薄膜层20表面；所述支管32与所述孔道22相对应。
[0032]下面介绍这种微流控芯片的制备方法，包括如下步骤:
[0033]提供固化交联剂(SYLGARD,184,Silicone Elastomer Curing Agent ；批号 0007450507)备用；以及预聚物(SYLGARD，184，Silicone Elastomer Base ；批号0007450507)备用。
[0034]取预聚物与固化交联剂搅拌均匀成混合液，排出气泡。分别配制预聚物与固化交联剂的质量比为10:1、20:1的两份混合液，备用。本实施例利用预聚物与固化交联剂发生聚合反应的产物(主要成分为聚二甲基硅氧烷(PDMS))作为微流控芯片的材质。
[0035]提供光刻胶SU8-2010、SU82050 备用。
[0036]步骤一:在光刻胶SU8-2010刻蚀出相互连通的网络图形11和立柱12结构，然后进行硅烷化处理2分钟形成第一模板10，如图2 (a)所示。其中，所述第一模板10的网络图形11高度为5?10微米，所述立柱12的高度为40?50微米。
[0037]然后将所述第一模板10放置在旋涂仪(图中未示出)中心，取ImL所述预聚物与固化交联剂的混合液(质量比为20:1)浇注在所述第一模板10上。再利用氮气将位于立柱12顶端的混合液吹离，水平放置一段时间后待混合液重新覆平，置于烘箱中80°C烘烤20分钟，形成透明的第一薄膜层20，如图2 (b)。第一薄膜层20的厚度不小于所述网络图形11高度、且小于所述立柱12高度，保证第一模板10上的网络图形11能完全转移至所述第一薄膜层20上。因此，第一薄膜层20厚度优选为10?20微米。所述