一种培养三维细胞团的微流控芯片装置

技术领域

本发明涉及生物技术领域，具体涉及一种具有高通量并带有阵列结构的培养三维细胞团的微流控芯片装置。

背景技术

癌症一直是影响全球人类健康的一个重大难题，而且癌症的发病率和死亡率在不断的增长，其治疗手段也是医学和生物学等领域研究的难题，其早期症状并不明显，同时治疗难度也比较大，因此，体外构建实体瘤模型显得尤为重要。了解肿瘤形成、转移过程及其所处的微环境对于实现肿瘤的早期诊断和治疗至关重要。体外构建肿瘤模型已成为癌变机制、抗癌药物的筛选和毒性评估以及癌细胞的抗药机理等研究的重要手段，对阐述和理解癌变的复杂过程有着重要的作用。一方面可用于药物检测和研发新的抗癌药物，另一方面通过肿瘤模型设计个性化治疗，实施最优治疗方案。

在体外模拟体内细胞适宜生长的环境，将体内器官或者组织中取出的细胞在体外培养，使其生长、增值并维持细胞形态和功能的培养技术称之为细胞培养。从单一的细胞培养到多细胞共同培养，从单层细胞培养到三维细胞培养甚至近几年兴起的器官芯片，细胞培养技术在不断的发展。

目前常见的培养细胞团的方法有生物反应器、支架、悬滴技术、基于微流控技术构建培养细胞团。微流控技术主要使用微尺度通道对微量液体进行处理，能够实现对质量传输的精确控制，非常适合控制细胞微环境从而进行细胞的动态培养。同时细胞可以在微流控芯片上成长，使得微流控平台更加广泛的用于三维细胞团的构建。

发明内容

针对现有技术存在的缺陷，本发明提供了一种培养三维细胞团的微流控芯片装置，借助悬滴方法与微流控技术，能够制作高通量的三维细胞团，并且使细胞团具有阵列结构。该装置可用于快速的培养大量各种细团，便于进行体外微环境模型的建立与相关研究，对于研究癌症模型、炎症模型有重大意义，也可以利用该装置进行模拟实验。另外，该装置对于检测药品对细胞活性的影响也是非常方便的。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种培养三维细胞团的微流控芯片装置，由上下两层结构构成，上层是用于液体流动与置换的微流道，下层是具有阵列结构的不锈钢孔板，上下两层结构通过聚二甲基硅氧烷即PDMS粘合固定。

所述上层结构微流道由PDMS制成，其上具有“蛇”型结构的微流道，在微流道两端开有圆孔，作为液体的入口与出口，便于液体的流动与置换。

所述下层结构是不锈钢孔板，其上具有阵列结构的圆形微孔，微孔便于细胞团的成长。

本发明是将一定浓度的细胞悬液通过移液器注射到微流道中，由于重力作用，细胞会落入不锈钢孔板的微孔中形成悬滴状态，细胞会在悬滴中成长为细胞团，由于具有阵列结构的孔板，细胞团成长之后，也会形成相应的阵列结构，这些细胞团可以用于实验。

利用本装置进行实验的步骤如下：

1)将所述装置的上层微流道与下层的不锈钢孔板用PDMS粘合起来。

2)用注射泵将含有一定浓度的上皮细胞悬浮液通过上层结构的入口注入到微流道中，并注入适量的培养液，静置培养。

3)静置后，用培养液通过换液的方式多次冲洗没有落入到孔中的细胞，确保细胞落入到孔中。

4)培养后，用显微镜观察细胞团的成长状况。

与现有技术相比，本发明具有如下的优点：

本发明装置无需使用各种设备进行各种复杂的操作，仅仅利用成本较低的PDMS以及不锈钢孔板就可制作该装置，大大降低了成本，简化了实验的操作方式。而且此装置为微环境、炎症模型、癌症模型以及肿瘤模型提供了便利。同时该装置制备成本低，构造简单，可重复利用，可用于多种细胞的细胞团构建实验。

附图说明

图1为本发明实施例的微流控芯片装置结构图。

图2为本发明的下层不锈钢孔板及其尺寸参数。

图3为本发明的上层PDMS结构示意图。

图4为本发明的实验结果图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，以下通过优选实施例结合附图对本发明做进一步的说明。本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。

如图1所示，一种培养三维细胞团的微流控芯片装置，由上下两层结构构成，上层是用于液体流动与置换的微流道，下层是具有阵列结构的不锈钢孔板，上下两层结构通过聚二甲基硅氧烷即PDMS粘合固定。

如图3所示，所述上层结构微流道由PDMS制成，深度2mm，其上具有“蛇”型结构的微流道，在微流道两端开有直径为2mm的圆孔，作为液体的入口与出口，便于液体的流动与置换。

如图2所示，所述下层结构是不锈钢孔板，其上具有阵列结构的圆形微孔，孔板长14cm，宽10cm，厚度1mm，微孔的直径为1mm，微孔便于细胞团的成长。

本实施例中，利用本装置进行上皮细胞成团实验：

首先，制作上层微流道，通过CAD软件设计图形，然后进行加工处理，通过掩膜，翻模处理得到上层的微流道。选取合适阵列的不锈钢孔板，待两者准备完毕后，用配置好的PDMS液体涂抹微流道边缘，将其固定到不锈钢孔板上。然后将其放到55℃的加热台上，用一定重量的物品盖压在上面，加热3小时后，便可使用。

将整个装置喷洒酒精，放在紫外光下1小时，然后将含有一定浓度的上皮细胞悬浮液用注射泵通过微流道入口缓缓注入，注入适量培养液之后静置培养。培养15min后，用培养液冲洗置换里面得液体，使得没有落入孔中得细胞落入孔中，之后放入到培养箱中静置培养。培养24小时之后进行换液处理，并用显微镜观察细胞团得成长状况，如图4所示。继续培养一段时间，便可观察到细胞聚集成团。

在上述实验中，还可以在含有上皮细胞团得培养液中加入目标药物，然后进行观察，观察细胞的活性状况，进而可分析该药物对细胞活性的影响。

上述实施例培养三维细胞团的微流控芯片装置是将由硅基有机聚合物聚二甲基硅氧烷(PDMS)制成的微流道与具有阵列结构的不锈钢孔板结合起来的微流控芯片，以悬滴的方式，来培养细胞团。本发明上述实施例所制作的微流控芯片能够产生大量的细胞团，并能形成阵列结构，便于进行对细胞团的操作与研究。本发明所制作的微流控芯片成本低，易于操作，并具有高产量，阵列化的特点。

上面对本发明实施例结合附图进行了说明，但本发明不限于上述实施例，还可以根据本发明的发明创造的目的做出多种变化，凡依据本发明技术方案的精神实质和原理下做的改变、修饰、替代、组合或简化，均应为等效的置换方式，只要符合本发明的发明目的，只要不背离本发明的技术原理和发明构思，都属于本发明的保护范围。