一种可提供压缩形变的微流控芯片及其制备方法与应用技术

本发明专利技术涉及一种可提供压缩形变的微流控芯片及其制备方法与应用，包括形变层(1)、预拉伸弹性膜(2)和支撑层(3)，其中预拉伸弹性膜(2)置于形变层(1)与支撑层(3)之间，所述形变层(1)包含形变通道(101)及正压通道，所述支撑层(3)包含支撑通道(301)。所述正压通道在外加循环正压的作用下，使其通道形状发生弹性形变，从而使得形变通道底部的弹性膜产生循环压缩作用。与现有技术相比，本发明专利技术基于微流控芯片技术，通过优化芯片结构，实现不同循环压缩模式，易于制作和观察。

【技术实现步骤摘要】
一种可提供压缩形变的微流控芯片及其制备方法与应用
本专利技术属于可提供压缩形变的微流控芯片
，尤其是涉及一种可提供压缩形变的微流控芯片。
技术介绍
在组织工程与再生医学的研究中，细胞与其周围的微环境(如力学刺激、化学刺激、生物材料等)的相互作用是一个具有指导意义的基础问题。其中，细胞的力学转导(Mechanotransduction)，即细胞将微环境的力学刺激转化为细胞内部的生化信号，进而影响信号通路以及最终行为的这一过程，是近年来生物医学中研究的重点和难点。力学信号会影响细胞的增殖、分化、凋亡等各项功能，从而调控重要的生理活动，如心肌细胞取向、骨生成、血管生成等。并且，人体许多组织和器官时刻受到压缩力学刺激的作用，如骨、软骨、皮肤、血管等，故研究细胞在压缩力学刺激作用下的反应，有助于研究力学传导以及开发相关生物材料。而开发便捷的细胞压缩装置可以为相关研究和开发提供强有力工具。目前细胞压缩方式主要是通过机械挤压细胞或者含有细胞的三维基质，来达到对细胞进行压缩刺激的作用。如(Kim,Kangetal.(2007)Microfluidicbiomechanicaldeviceforcompressivecellstimulationandlysis.Janet,Chengetal.(2012)Mechanicalcompressiondrivescancercellstowardinvasivephenotype.Ho,Wangetal.(2018)Advancedmicrofluidicdevicedesignedforcycliccompressionofsingleadherentcells.Lee,Ericksonetal.(2018)Pneumaticmicrofluidiccellcompressiondeviceforhigh-throughputstudyofchondrocytemechanobiology.)。这种直接接触的机械作用可能造成细胞损伤，并且在空间上限制一部分细胞生命活动，比如取向、迁移、增殖等。面对这些问题，另外一种细胞压缩方式提供了一种解决方案。它是通过机械臂钳住弹性膜进行预拉伸，然后在预拉伸的弹性膜上进行细胞的二维培养，待细胞贴附后使弹性膜进行回弹动作，达到周期性压缩细胞的目的，如(Wille,Ambrosietal.(2004)Comparisonoftheeffectsofcyclicstretchingandcompressiononendothelialcellmorphologicalresponses.)。利用类似原理的中国技术专利如周期性细胞压缩牵张装置(申请号201020595981.6)。这类方式的缺点是装置成本较高、体积大、耗费细胞量和培养液量较大；而且存在不易定制和难以控制细胞环境等难题。微流控技术是一种操控微量液体(10-6-10-9L)的系统科学与技术。它的主要特点是微型化，这意味着它外形小巧和便携、试剂消耗少、节约成本。可提供压缩形变的微流控芯片易于定制，通过不同方式可以实现许多功能，比如高通量、器官芯片、数字微流体、液滴生成器等。此外，可提供压缩形变的微流控芯片通常是透明的，加之它外形尺寸小，使得它适配大部分显微镜观察平台，并可以进行实时观测。利用微流控技术进行形变研究有如中国专利CN103805511A，其公开了一种可在高倍物镜下直接观测的动脉血管模拟微流控装置，该专利技术的微流控装置不但能够模拟体内同时承受流体剪切力以及机械拉伸力的器官、组织的生理、病理状况，还可在高倍物镜下直接观测，从而实现对单个细胞精细结构和微流通道内的动静态变化的实时观测。但这类微流控装置均提供拉伸形变，而目前并没有出现提供压缩形变的微流控技术。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种可重复性好、易于制作和观察的可提供压缩形变的微流控芯片及其制备方法与应用。本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：一种可提供压缩形变的微流控芯片，其特征在于，包括形变层(1)、预拉伸弹性膜(2)和支撑层(3)，其中预拉伸弹性膜(2)置于形变层(1)与支撑层(3)之间，所述形变层(1)包含形变通道(101)及正压通道，所述支撑层(3)包含支撑通道(301)。所述的形变通道(101)和正压通道之间通过薄壁隔开。所述的形变通道(101)、薄壁和正压通道的宽度比为1：(0.05-0.5)：(0.5-5)。如果配置比例不在该范围，其压缩的最大幅度会大幅减少。所述的薄壁和预拉伸弹性膜(2)均由弹性高分子材料制成，包括硅橡胶、天然橡胶等。其弹性模量应在0.5-10MPa。所述的支撑通道(301)的高度和正压通道的高度比为1：(0.1-1)。如果配置比例不在该范围，其压缩的最大幅度会大幅减少。所述的形变通道(101)两端分别设有与其连通的流体入口(102)和流体出口(103)，所述的正压通道两端设有与其连通的气路开口。所述的正压通道通过气路开口连接外加气压泵系统，在外加循环正压的作用下，使正压通道形状发生弹性形变，从而对形变通道底部的预拉伸弹性膜(2)产生循环压缩作用。循环次数超过20000次，从而保证芯片的寿命。通过配置形变通道(101)和正压通道的位置和尺寸实现不同形变模式，形变模式包括单轴压缩或双轴压缩。上述可提供压缩形变的微流控芯片的制备方法，包括以下步骤：步骤(1)：通过刻蚀技术制备表面带图案的模板，然后将预聚物浇铸在模板上，固化、脱模、打孔后获得形变层(1)和支撑层(3)；步骤(2)：在硅片表面高速旋涂预聚物，固化后获得弹性膜；步骤(3)：制作弹性膜预拉伸夹具，将弹性膜转移到夹具上并进行预拉伸，预拉伸的幅度为10～20％，得到预拉伸弹性膜(2)；步骤(4)：将形变层(1)和预拉伸弹性膜(2)两部分接合，然后与支撑层(3)进行接合。结合方式为等离子处理和热压合技术相结合，具体为：将形变层(1)和预拉伸弹性膜(2)置于一同置于等离子体处理仪中，设置功率为100W，时间为90s，处理完毕后立即取出，将形变层(1)含有变形道形状的一面与预拉伸弹性膜对接、压紧，60～80℃热烘10～20min即可。步骤1和步骤2中的预聚物为PDMS预聚物和交联剂以10:1的质量比均匀混合，真空脱除气泡获得。固化条件为60～80℃加热固化6～12h。上述可提供压缩形变的微流控芯片的应用，将所述可提供压缩形变的微流控芯片用于力学刺激对细胞行为影响的相关研究；以及模拟人体器官和组织在力学刺激下的生理病理环境的相关研究；薄层材料力学性能测试研究的应用。与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：(1)现有技术还未开发基于微流控技术的压缩芯片。(2)通过优化结构设计，整合形变通道模块和正压通道模块的微流控芯片，实现压缩形变方式。(3)通过掩模版设计和弹性膜预拉伸模式的改变，可实现多种压缩形变方式，如单轴压缩和双轴压缩。(4)现有三层细胞拉伸装本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种可提供压缩形变的微流控芯片，其特征在于，包括形变层(1)、预拉伸弹性膜(2)和支撑层(3)，其中预拉伸弹性膜(2)置于形变层(1)与支撑层(3)之间，所述形变层(1)包含形变通道(101)及正压通道，所述支撑层(3)包含支撑通道(301)。/n

【技术特征摘要】
1.一种可提供压缩形变的微流控芯片，其特征在于，包括形变层(1)、预拉伸弹性膜(2)和支撑层(3)，其中预拉伸弹性膜(2)置于形变层(1)与支撑层(3)之间，所述形变层(1)包含形变通道(101)及正压通道，所述支撑层(3)包含支撑通道(301)。


2.根据权利要求1所述的一种可提供压缩形变的微流控芯片，其特征在于，所述的形变通道(101)和正压通道之间通过薄壁隔开。


3.根据权利要求2所述的一种可提供压缩形变的微流控芯片，其特征在于，所述的形变通道(101)、薄壁和正压通道的宽度比为1：(0.05-0.5)：(0.5-5)。


4.根据权利要求2所述的一种可提供压缩形变的微流控芯片，其特征在于，所述的薄壁和预拉伸弹性膜(2)均由弹性高分子材料制成。


5.根据权利要求1所述的一种可提供压缩形变的微流控芯片，其特征在于，所述的支撑通道(301)的高度和正压通道的高度比为1：(0.1-1)。


6.根据权利要求1所述的一种可提供压缩形变的微流控芯片，其特征在于，所述的形变通道(101)两端分别设有与其连通的流体入口(102)和流体出口(103)，所述的正压通道两端设有与其连通的气路开口。


7.根据权利要求1所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁建东，贺迎宁，毛天骄，顾也欣，沈阳，
申请(专利权)人：复旦大学，
类型：发明
国别省市：上海;31