一种集结磁标定物形成团簇的磁性卷曲结构及其应用制造技术

本发明专利技术公开了一种集结磁标定物形成团簇的磁性卷曲结构及其应用，所述卷曲结构为一微纳尺度下的三维卷曲结构，其包括由长形薄膜构成的卷曲主体和覆于卷曲主体表面的磁性纹路图案。本发明专利技术的磁标定物为细胞时，磁性卷曲结构则作为细胞支架的一种应用，通过以三维磁性卷曲结构所产生的散逸磁场来定位与收集带有磁性的细胞，让细胞在磁性纹路图案上生长；本发明专利技术的磁标定物为特定生物分子时，磁性卷曲结构则作为捕捉收集特定生物分子的应用。

A kind of magnetic crimp structure for clustering magnetic calibrators and its application

【技术实现步骤摘要】
一种集结磁标定物形成团簇的磁性卷曲结构及其应用
本专利技术涉及磁性结构及其应用，特别是涉及一种集结磁标定物形成团簇的磁性卷曲结构及其应用。
技术介绍
目前，体外三维细胞培养以常见支架三维培养模型为主，但是采用支架作为三维细胞培养无法控制支架内生长的细胞密度与分布，且需要缓慢而耗时的培养时间。因此有学者提出运用多元的细胞操控技术来辅助三维立体细胞培养，可以系统地控制三维结构上细胞培养的密度与生长分布，且能缩短过多的培养时间。目前，相关的细胞操控在三维细胞培养方式的研究有很多，如电泳、laser-guided、laserprinter、生物化学修饰以及运用高分子材料吸引细胞作圆形化排列的方式等。运用磁力来操控细胞也是一种可能的选项，以往的研究主要是通过外加磁场来吸引、收集、操控定位与分选这些磁性纳米颗粒标记的细胞。而由外加磁场形成三维立体细胞的研究则主要分为两个方向，一个是直接集结磁标的生物细胞，可通过调节外加磁场的大小，探讨磁标的人类内皮细胞与老鼠的巨噬细胞受到磁场吸引形成三维细胞团簇的大小和数量，或运用外加磁场方式对磁标的人类子宫颈癌细胞进行团聚，形成多细胞的细胞球；另一个方向是集结生物相容性的磁性材料形成三维细胞培养结构，可通过磁性颗粒结合细胞外基质(ECM)，让人类神经胶质细胞生长贴附在ECM上，再加以磁场成功制作出悬浮的3D细胞培养支架；或利用外加磁场对表面修饰生物分子的微纳米级磁颗粒进行集结，形成悬浮式三维团簇结构，作为人类表皮癌细胞的三维立体培养结构。上述提到的研究都是通过一个外加强磁场来集结磁性生物样品，从而形成一个三维立体的细胞培养形态，但是将生物样品长时间置于强磁场内，尤其是在三维的细胞培养过程中，很容易对生物样品内造成不预期的物理伤害。因此有学者提出以磁性薄膜所产生的散逸磁场来定位与收集磁细胞，但是大多以二维平面的方式来作控制。
技术实现思路
专利技术目的：本专利技术的目的之一提供一种微纳尺度下的三维磁性卷曲结构；本专利技术的目的之二是提供一种磁性卷曲结构在集结磁标定物形成团簇中的应用，当磁标定物为细胞时，磁性卷曲结构可作为细胞支架的一种应用；当磁标定物为特定生物分子时，磁性卷曲结构可作为捕捉收集的特定生物分子的应用。技术方案：本专利技术的集结磁标定物形成团簇的磁性卷曲结构，所述卷曲结构为一微纳尺度下的三维卷曲结构，其包括由长形薄膜构成的卷曲主体和覆于卷曲主体表面的磁性纹路图案。其中，该集结磁标定物形成团簇的磁性卷曲结构采用硅晶片微纳加工技术制作而成，制作方法包括如下步骤：(1)用镀膜技术在硅基板上镀单层或多层卷曲主体的薄膜；(2)用黄光技术涂布光阻定义磁性纹路图案；(3)用镀膜技术镀单层或多层的生物相容性磁性薄膜层；(4)用举离或剥离方式，移除光阻及沉积在光阻上的磁性薄膜层，获得磁性纹路图案；(5)用黄光及蚀刻技术定义出长形薄膜的矩形外框；(6)继续用蚀刻技术蚀刻长形薄膜的矩形外框裸露出的硅基板区域，因长形薄膜材质自身的应力释放，导致蚀刻分离出的二维长形薄膜发生三维卷曲。制备过程中具体涉及的工艺均为现有技术。其中，二维长形薄膜发生卷曲的过程，由二维长形薄膜的热膨胀系数、厚度、掺杂浓度、缺陷浓度控制。其中，三维卷曲结构上的磁性纹路图案，为由二维单条或多条的直线、锯齿线、曲线图案交错或并列而成。其中，加入零至多层的非磁性材料夹层于磁性薄膜层间，作为黏著或保护或调整磁特性的功用。其中，磁性卷曲结构的磁性纹路图案磁化采用施加各种外加磁场或通入电流的形式将磁性纹路图案中磁性材料进行磁化组态的改变。本专利技术还提供了上述磁性卷曲结构在集结磁标定物形成团簇上的应用。磁标定物为细胞或生物分子，当磁标定物为细胞时，磁性卷曲结构则作为细胞支架的一种应用，通过以三维磁性卷曲结构所产生的散逸磁场来定位与收集带有磁性的细胞，让细胞在磁性纹路图案上生长；本专利技术的磁标定物为特定生物分子时，磁性卷曲结构则作为捕捉收集特定生物分子的应用。其中，磁标定物为细胞时，对细胞进行前处理，用磁性纳米颗粒与细胞共培养，使磁性纳米颗粒通过内吞或与细胞特定组成部分结合的方式进入或黏附细胞；再将卷曲结构的磁性纹路图案磁化后置于培养皿中，最后将经前处理后的细胞加入培养皿中，利用卷曲结构的磁性纹路图案与标定磁性纳米颗粒的细胞相吸引，而使得细胞在磁性卷曲结构的磁性纹路图案上持续生长。本专利技术另提供了上述磁性卷曲结构在集结磁标定物形成团簇上的应用，磁标定物为特定生物分子时，磁性纳米粒子表面需修饰能捕捉特定生物分子的的抗体或官能团，与采样进行混合后，磁性纳米粒子表面的抗体或官能基团将可结合欲捕捉的特定生物分子，最后利用卷曲结构的磁性纹路图案与标定磁性纳米颗粒相吸引。有益效果：本专利技术相对于现有技术，(1)本专利技术的磁性卷曲结构制备方法简单，采用本专利技术的磁性卷曲结构，在集结磁标定物的过程不需要外加磁场，亦不会对作为磁标定物的细胞及生物分子造成物理性损伤；(2)细胞作为磁标定物形成团簇的时间比一般传统式的3D培养更为快速；(3)本专利技术可以通过控制卷曲结构和磁性骨架的大小，从而能够有效的控制磁标定物形成团簇的大小；(4)本专利技术能够大量制备相同大小的磁标定物团簇。附图说明图1是磁性卷曲结构的加工流程图；图2是鱼骨状磁性卷曲结构的扫描电子显微镜图；图3是鱼骨状磁性卷曲结构模型图；图4是集结细胞形成团簇的显微镜图；图5是栅栏状磁性卷曲结构模型图；图6为其他形状磁性卷曲结构模型图。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术进一步地详细描述。以下实施例中的原料和试剂均为市售购买得到的。实施例1：本实施例以鱼骨状磁性卷曲结构为例，该磁性卷曲结构为一微纳尺度下的三维环状结构，其包括由长形二氧化硅薄膜构成的卷曲主体和覆于卷曲主体表面的鱼骨状磁性纹路图案，其中磁性纹路图案主要是由坡莫合金构成。其制备方法包括如下步骤(如图1)：(1)在硅基板上沉积二氧化硅介质层，采用黄光技术涂布光阻定义出所需鱼骨状图案；(2)采用镀膜技术依次镀粘结层、坡莫合金层、保护层，作为磁性纹路图案的薄膜层；其中粘结层和保护层均采用铬薄膜，厚度为2～15nm；(3)以举离或剥离方式，将硅片放置于丙酮内，移除光阻及沉积在光阻上的磁性纹路图案薄膜层，获得鱼骨状的磁性纹路图案；(4)为了定义出后续卷曲主体的二维长形薄膜区域外框，再次采用黄光技术涂布光阻；(5)用BOE溶液蚀刻二氧化硅薄膜定义出二维长形薄膜矩形外框后，将光阻移除；(6)在120℃的四甲基氢氧化铵溶液中蚀刻以二氧化硅薄膜为遮罩裸露出的硅基板区域。由于薄膜材料的热膨胀系数不同，应力的释放导致蚀刻分离出的二氧化硅介质层薄膜主体发生卷曲，形成三维卷曲结构，即用于集结磁标定物形成团簇的鱼骨状磁性卷曲结构(如图2、3)。实施例2：本实施例为实施本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种集结磁标定物形成团簇的磁性卷曲结构，其特征在于：所述卷曲结构为一微纳尺度下的三维卷曲结构，其包括由长形薄膜构成的卷曲主体和覆于卷曲主体表面的磁性纹路图案。/n

【技术特征摘要】
1.一种集结磁标定物形成团簇的磁性卷曲结构，其特征在于：所述卷曲结构为一微纳尺度下的三维卷曲结构，其包括由长形薄膜构成的卷曲主体和覆于卷曲主体表面的磁性纹路图案。


2.根据权利要求1所述的集结磁标定物形成团簇的磁性卷曲结构，其特征在于其采用硅晶片微纳加工技术制作而成，制作方法包括如下步骤：
(1)用镀膜技术在硅基板上镀单层或多层卷曲主体的薄膜；
(2)用黄光技术涂布光阻定义磁性纹路图案；
(3)用镀膜技术镀单层或多层的生物相容性磁性薄膜层；
(4)用举离或剥离方式，移除光阻及沉积在光阻上的磁性薄膜层，获得磁性纹路图案；
(5)用黄光及蚀刻技术定义出长形薄膜的矩形外框；
(6)继续用蚀刻技术蚀刻长形薄膜的矩形外框裸露出的硅基板区域，因长形薄膜材质自身的应力释放，导致蚀刻分离出的二维长形薄膜发生三维卷曲。


3.根据权利要求2所述的集结磁标定物形成团簇的磁性卷曲结构，其特征在于：二维长形薄膜发生卷曲的过程，由二维长形薄膜的热膨胀系数、厚度、掺杂浓度、缺陷浓度控制。


4.根据权利要求1所述的集结磁标定物形成团簇的磁性卷曲结构，其特征在于：三维卷曲结构上的磁性纹路图案为由二维的单条或多条直线、锯齿线、曲线图案交错或并列而成。


5.根据权利要求2所述集结磁标定...

【专利技术属性】
技术研发人员：卫荣汉，许雁雅，胡志鑫，赵东阳，
申请(专利权)人：郑州大学，
类型：发明
国别省市：河南;41