生物芯片及其制造方法_2

文档序号:9661328阅读:来源:国知局
00μπι,宽度可以为200至300μπι。其中,优选长度均为335μπι,宽度均为240μπι。
[0026] 细胞培养室可以设计成各种形状,例如可以为圆形、多边形、椭圆形等。本发明优 选具有六边形结构的细胞培养室。
[0027] 细胞培养室还可以设有多个微结构体,本发明优选六边形微结构体。六边形微结 构体的尺寸为内接圆直径为10μηι至40μπι,优选为20μπι;深度为10μ至20μπι,优选为 10μm;六边形微结构体间距为20μm至40μm,优选为20μm。依据细胞的大小,在培养室 内形成凹凸相间网状结构,以模拟细胞的生长环境,从而能够实现细胞在培养室内高密度 的生长分化。
[0028] 根据需要可以设置4125至8625个微结构体,优选6895个六边形微结构体。这样, 能够更好地模拟细胞尤其是神经干细胞生长的复杂的小生境,为细胞生长分化提供更加适 宜的结构。
[0029] 由上述可知,所述微结构体为三维微孔结构。这种三维微孔结构物理因素对细胞 生长、发育存在影响,提供了与常规培养不同的细胞生长微环境,微孔的两面结构为细胞提 供了很好的空间依附。在这样的空间结构帮助下,细胞有两个面与材料表面接触并能够更 稳定地在材料表面生长,能够实现细胞尤其是神经干细胞的体外可控的、高通量的培养。
[0030] 作为密封微孔膜,优选使用亲水性好、化学稳定性高、生物相容性好的可植入的材 料,例如聚醚砜膜(PES)、聚对苯二甲酸乙二醇酯膜(PET)、有机系尼龙膜、亲水性聚偏氟乙 烯膜(PVDF)等材料,其中更加优选亲水且稳定性高、生物相容性好的聚对苯二甲酸乙二醇 酯膜(PET)。并且,由于PET膜中通道呈圆柱状的直形通孔,几何形状规则并且孔径大小均 匀,因此能够实现培养液的交换,同时还提供生物芯片内部的细胞突触与体内组织搭接的 通道。
[0031] 密封微孔膜的微孔密度可以为104-10n/cm2,优选1. 7X105/cm2。孔径尺寸能够根据 细胞大小进行选择,只要能够保证细胞不会漏出即可。例如可以为8μπι至40μπι,优选为 8μm〇
[0032] 这样,当芯片植入体内后,本发明的密封微孔膜能够与体内细胞营养基液进行正 常交换,确保体外植入的细胞例如神经干细胞在体内可正常生长分化。进而,密封微孔膜在 保证芯片内部神经干细胞不会漏出的情况下,可实现植入神经干细胞的神经树突与体内神 经干细胞组织进行搭接。
[0033] 本发明的包含细胞培养微结构层和密封微孔膜的生物芯片的厚度可以为0. 3至 0· 7mm,优选为0· 5mm,宽度可以为1至5mm,优选为1mm,长度可以为3至5mm,优选为3mm。 因此,本发明的生物芯片的尺寸小于传统尺寸,可以使体外实验操作便捷且植入效果好。
[0034] 接下来,对本发明的生物芯片的制造方法进行详细说明。具体地,包括下述步骤。
[0035]〈细胞培养微结构层的制造步骤〉
[0036] 以采用聚二甲基硅氧烷(PDMS)材料为例,如下所示,具体说明细胞培养微结构层 的制造步骤。
[0037] 1)模具制作。
[0038] 超纯水清洗硅片,待未完全干燥时,采用丙酮超声清洗1分钟,再用超纯水将硅片 上残余液体洗净,最后用氮气吹干备用。
[0039] 将芯片置于挥发干缸中,滴入1至2滴HDMS试剂,修饰3分钟。
[0040] 将硅片放置于匀胶机正中,平衡好;铺负胶SU-82015(MICR0CHEM),铺好后静止 1-2分钟;将200°C电热板调至95°C;打开汞灯,启动甩胶机在500rpm甩18秒,接着在 1500rpm甩30秒,结束后在真空中停滞1-2分钟,使硅片中央恢复平面,胶层更加均匀。
[0041] 接着,将硅片放置于保温箱中65°C10分钟,95°C1小时,然后打开曝光机,曝光 310 秒。
[0042] 然后,将硅片分别放置于65°C5分钟、95°C20分钟后,用显影液显影。
[0043]2)聚二甲基硅氧烷基片制作。
[0044] 采用Sylgardl84娃橡胶弹性体和Sylgardl84固化剂(美国Momentive公司)以 体积比10 : 1的比例混合搅拌均匀。
[0045] 将混合好的硅橡胶弹性体和固化剂在真空干燥箱中脱气,倾倒在制作好的阳模模 具表面,80°C烘烤30分钟后取出,待冷却后将固化的聚二甲基硅氧烷剥离。
[0046] 在设计的进口处与出口处打孔,以分别形成进液口和出液口(参见图4),然后切 割成合适的大小,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。
[0047]〈密封微孔膜的制造步骤〉
[0048] 将聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)密封微孔膜清洗消毒,在对应于进液口与出液口 处打孔,切割成合适大小备用。
[0049] 〈粘合步骤〉
[0050] 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,距紫外灯3至 4cm处照射3小时,然后将密封微孔膜覆盖在细胞培养微结构层之上,二者依靠吸附力完成 粘合从而得到本发明的生物芯片。另外,覆盖后也可以用重物压紧以促进二者的粘合。
[0051] 本发明的生物芯片可用于体外培养高密度的细胞尤其是神经干细胞。
[0052] 另外,使用本发明的生物芯片可以通过芯片的形式将培养好的细胞移植到体内。
[0053] 进而,使用本发明的生物芯片,可以将已经具有高密度的细胞准确移植到体内预 定部位,例如,能够将高密度的神经干细胞准确的移植到脑部的预定的位置。例如,在动物 例如SD大鼠的颅骨中外侧打孔,孔径为3至4mm,打开硬脑膜,将生物芯片以密封膜一侧朝 下的方式放置于孔中。之后用骨蜡封闭该孔,缝合手术伤口。
[0054] 实施例
[0055] 通过下面的实施例可以更明白本发明的实施方式。
[0056]〈生物芯片的制造〉
[0057] 将直径均为0.45mm的圆形进液口及出液口,和长度均为335μm、宽度均为240μm 的长方形进液通道及出液通道,和六边形细胞培养室及内部设有6895个六边形微结构体 通过AutoCAD画图软件制作打印掩模板。其中,六边形微结构体的尺寸为内接圆直径为 20μm、深度为10μm、六边形微结构体间距为20μm。
[0058] 将硅片清洗、修饰后,用匀胶机在表面均匀平铺胶SU-82015。待胶层均匀后,紫外 曝光310秒,将掩模图形转移至光刻胶上。再经过显影,除去未曝光的光刻胶。
[0059] 将Sylgardl84娃橡胶弹性体和Sylgardl84固化剂(美国Momentive公司)以体 积比10 : 1的比例混合搅拌均匀。然后把混合好的硅橡胶弹性体和固化剂在真空干燥箱 中脱气,倾倒在制作好的阳模模具表面,80°c烘烤30分钟后取出,待冷却后将固化的PDMS 剥离,从而将细胞培养室、进液口、出液口、进液通道、出液通道转移至PDMS基片上。
[0060] 采用打孔器在制造好的PDMS基片上选定的进液口处与出液口处打孔来形成进液 口与出液口。然后切割成长度3_、宽度1mm的尺寸,并先后在碱液和酸液中浸泡过夜,然后 用去离子水冲洗、烘干形成细胞培养微结构层备用。
[0061] 将聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)密封微孔膜清洗消毒,在对应于进液口处与出液 口处打孔,然后切割成长度3mm、宽度1mm的尺寸备用。
[0062] 将上述制造好的聚二甲基硅氧烷(PDMS)细胞培养微结构层、聚对苯二甲酸乙二 醇酯(PET)密封微孔膜在超净台上,并使用紫外灯近距离照射3小时,然后依次层叠并用重 物压紧以使二者粘合。至此
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