一种坐滴式细胞球培养芯片及其使用方法技术

本发明专利技术提供了一种坐滴式细胞球培养芯片及其使用方法，坐滴式细胞球培养芯片包括加样腔和微腔阵列，所述微腔阵列设置在所述加样腔底部，且所述加样腔和所述微腔阵列表面设置有超疏水表面，所述微腔阵列设置有若干微腔，所述微腔内设置有至少一个通孔，所述通孔截面小于所述微腔截面。本发明专利技术还包括坐滴式细胞球培养芯片的使用方法。本发明专利技术利用微腔阵列结合超疏水表面，通过超疏水表面憎水效应、液样表面张力和自身重力协同作用，可以实现细胞悬浮液的自动分配、培养过程的简便快速换液以及培养细胞球的简便、快速回收，有效解决了现有技术中培养基更新困难、透气性差、细胞球均一性差、难以原位观察、成本高和细胞球不易取出等问题。

【技术实现步骤摘要】
一种坐滴式细胞球培养芯片及其使用方法
本专利技术属于细胞生物学
，具体涉及一种坐滴式细胞球培养芯片及其使用方法。
技术介绍
与传统单层细胞培养技术相比，三维细胞培养形成的细胞球可以更好地反应细胞与细胞之间、细胞与外界微环境之间紧密而丰富的三维联系，更好地模拟天然生理环境中细胞固有代谢(如养分、氧气、代谢物等)和增殖梯度，可追踪药物的扩散路径，是细胞研究的理想模型。由于其独特优势，近年来，三维细胞球培养已在细胞生物学和医学研究中获得广泛应用，成为药物筛选、肿瘤治疗机制分析、干细胞分化和再生医学等方面研究不可或缺的有力工具。目前用于制备三维细胞球的方法主要有旋转搅拌式培养、悬滴式培养、基于细胞低粘附表面的微腔式培养、基于声表面波驱动的声聚焦式培养、磁悬浮式培养、凝胶包埋式培养等。但是这些方法都存在各自的局限，比如旋转搅拌式培养方法难以实现细胞球的均一培养，且剪切力易造成细胞损伤，培养过程无法实时观察；悬滴式培养则存在培养液滴易受机械扰动脱落、培养过程中换液困难等问题；低粘附表面微腔式培养则需要繁琐的表面处理操作，且细胞球位于营养液液面以下较深部位，与外界气氛交换困难；声聚焦式和磁悬浮式培养均需特殊辅助装置，导致培养系统复杂，实验成本较高；而凝胶包埋式培养则使得细胞培养过程中，细胞周围存在外源基质无法准确反映细胞真实微环境的生理活动，这将导致生理信号的缺失甚至获得错误的研究结果。因此，亟待发展一种操作简便、成本低廉、生物相容性好、稳定性高、一致性好、外源干扰少且便于原位观察的三维细胞球培养新装置和方法，以促进细胞生物学和医学的发展。
技术实现思路
针对现有技术中存在的上述问题，本专利技术提供一种坐滴式细胞球培养芯片及其使用方法，利用微腔阵列结合超疏水表面，通过超疏水表面憎水效应、液样表面张力和自身重力协同作用，可以实现细胞悬浮液的自动分配、培养过程的简便快速换液以及培养细胞球的简便、快速回收，有效解决了现有技术中培养基更新困难、透气性差、细胞球均一性差、难以原位观察、成本高和细胞球不易取出等问题。为实现上述目的，本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种坐滴式细胞球培养芯片，包括加样腔和微腔阵列，微腔阵列设置在加样腔底部，且加样腔和微腔阵列表面设置有超疏水表面，微腔阵列设置有若干微腔，微腔内设置有至少一个通孔，通孔截面小于微腔截面。进一步，微腔阵列至少设置有4个微腔。进一步，微腔腔体为圆柱形，直径大于2mm，且微腔底部为圆弧形。进一步，坐滴式细胞球培养芯片的基材材质为聚苯乙烯、聚碳酸脂、聚甲基丙烯酸甲酯、聚二甲基硅氧烷、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯、聚丙烯、聚乙烯、聚氯乙烯、聚四氟乙烯和环氧树脂中的一种。进一步，微腔阵列通过数控雕刻或注塑工艺制备得到。进一步，超疏水表面通过以下方法制备得到：将纳米材料悬浮液喷涂或浸涂在坐滴式细胞球培养芯片的基材上，干燥，得超疏水表面。进一步，在70℃温度下干燥至少1h。进一步，纳米材料悬浮液为纳米材料、胶水和分散剂按质量比1～2:1～3:15混合而成的混合液。进一步，纳米材料为纳米颗粒、纳米纤维或纳米棒，特征尺度为5～500nm；胶水为环氧树脂、有机硅树脂或结构胶；分散剂为四氢呋喃、无水乙醇、异丙醇或甲烷卤代烃。进一步，纳米材料为二氧化硅纳米颗粒、氧化铝纳米颗粒、二氧化钛纳米颗粒、碳纳米纤维、聚丙烯腈纳米纤维、聚偏氟乙烯纳米纤维、碳纳米管或金属纳米棒。上述的坐滴式细胞球培养芯片的使用方法，依次包括以下步骤：(1)将坐滴式细胞球培养芯片洗净、干燥，然后紫外消毒；(2)将细胞悬浮液加入消毒后的加样腔中，倾斜、转动或抖动芯片，待细胞悬浮液充满微腔阵列，吸出余液；(3)将完成样品分配的芯片置于37℃、含5％二氧化碳气氛和相对湿度大于90％的环境中培养24～72h，然后在加样腔中加入培养基或待测药物，倾斜或转动芯片，充分扩散后吸出余液，在原培养条件下继续培养；根据细胞球培养需求，该换液过程可重复多次，直至结束，收集细胞球。进一步，收集细胞球时，翻转芯片将各微腔中含细胞球液滴转移至平板玻璃或培养皿中；或将各微腔中含细胞球液滴直接倾倒至充有培养基的培养皿中；或通过移液器或吸管从单个微腔中吸取已培养的细胞球。进一步，紫外消毒时，在辐射强度大于70W/cm2的紫外灯下消毒15～60min。综上所述，本专利技术具备以下优点：1、本专利技术的坐滴式细胞球培养芯片利用微腔阵列结合超疏水表面，通过超疏水表面憎水效应、液样表面张力和自身重力协同作用，可以实现细胞悬浮液的自动分配、培养过程的简便快速换液以及培养细胞球的简便、快速回收，操作简单高效，使用成本低，有效解决了现有技术中培养基更新困难、透气性差、细胞球均一性差、难以原位观察、成本高和细胞球不易取出等问题。2、芯片具有超疏水表面特征的通孔型微腔阵列芯片，该芯片通过超疏水表面的憎水效应、液体样品的表面张力和流体自身重力的协同作用，可以实现细胞悬浮液在超疏水微腔阵列中的自动分配，使得每个微腔中自动形成一个独立的细胞悬浮液液滴，应用于细胞球的高通量培养。相比于现有的悬滴式细胞球培养装置和基于弧形底面的微腔阵列式细胞球培养芯片，本专利技术公开的坐滴式培养芯片在培养液滴的长期稳定性、液样分配和营养液更新的简便性、培养气氛的交换速率、原位可观察性等方面体现了更好的优势，为三维细胞的培养以及药物筛选提供了一种高效的平台，在细胞生物学和医学研究方面具有重要的应用价值。3、本专利技术可以简便快速地实现细胞悬浮液的分配、培养过程换液、药物加载、培养细胞球回收等操作，且培养液滴抗机械扰动能力强、培养液滴透气性好、无需复杂的外部辅助装置，避免了目前细胞球培养方法操作困难、可控性差、耗材成本高、原位观察困难等难题，有望促进三维细胞培养技术在生物学基础研究和医学研究方面的快速发展和广泛应用。4、因为有基板的支撑、微腔的限制，培养过程中不会出现因外部扰动导致液滴脱落的现象，具有更好的机械稳定性；由于超疏水微腔设计，无需通过移液器一个一个地分配培养液滴至培养板上，只需一次加载细胞悬液简单地倾斜、旋转芯片即可通过重力作用和表面张力作用实现所有培养液滴的快速分配，大大降低实验人员的劳动强度；悬滴式培养由于液滴稳定性差，培养中往往难以进行换液操作，而本专利技术则利用超疏水微腔设计，结合坐滴式方案，可以方便、快速地实现换液操作，无需担心换液过程中的液滴脱落问题。5、由于微腔底部有通孔结构，同时因微腔为超疏水表面，培养液滴与微腔固体表面之间为非完全接触，有大量气体存在，有利于培养过程中位于液滴底部的细胞球与外界的气氛交换，而微孔板式培养的细胞球位于微腔封闭的底部，距离与大气接触的液面具有较大距离，气体交换比较困难，不利于细胞球生长；微孔板式培养往往各细胞球培养微腔之间是由培养液连通的，相互之间有信号分子的扩散、干扰，而本专利技术因超疏水微腔设计，各培养微腔是独立的，培养过程中无信号分子交换、干扰，每个微腔可以实行独立的药物筛选或刺激因子试验，因而单个芯片即可以实现多重本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种坐滴式细胞球培养芯片，其特征在于，包括加样腔和微腔阵列，所述微腔阵列设置在所述加样腔底部，且所述加样腔和所述微腔阵列表面设置有超疏水表面，所述微腔阵列设置有若干微腔，所述微腔内设置有至少一个通孔，所述通孔截面小于所述微腔截面。/n

【技术特征摘要】
1.一种坐滴式细胞球培养芯片，其特征在于，包括加样腔和微腔阵列，所述微腔阵列设置在所述加样腔底部，且所述加样腔和所述微腔阵列表面设置有超疏水表面，所述微腔阵列设置有若干微腔，所述微腔内设置有至少一个通孔，所述通孔截面小于所述微腔截面。


2.如权利要求1所述的坐滴式细胞球培养芯片，其特征在于，所述微腔阵列至少设置有4个微腔。


3.如权利要求1所述的坐滴式细胞球培养芯片，其特征在于，所述微腔腔体为圆柱形，直径大于2mm，且所述微腔底部为圆弧形。


4.如权利要求1所述的坐滴式细胞球培养芯片，其特征在于，所述坐滴式细胞球培养芯片的基材材质为聚苯乙烯、聚碳酸脂、聚甲基丙烯酸甲酯、聚二甲基硅氧烷、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯、聚丙烯、聚乙烯、聚氯乙烯、聚四氟乙烯和环氧树脂中的一种。


5.如权利要求1所述的坐滴式细胞球培养芯片，其特征在于，所述微腔阵列通过数控雕刻或注塑工艺制备得到。


6.如权利要求1所述的坐滴式细胞球培养芯片，其特征在于，所述超疏水表面通过以下方法制备得到：将纳米材料悬浮液喷涂或浸涂在坐滴式细胞球培养芯片的基材上，干燥，得超疏水表面。


7.如权利要求6所述的坐滴式细胞球培养芯片，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：李刚，孙帮勇，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：重庆;50