生物培养芯片及其制备和应用制造技术

本发明专利技术提供了一种生物培养芯片，其包括：基质，所述基质由基质材料形成，所述基质材料具有约1.25

【技术实现步骤摘要】
生物培养芯片及其制备和应用


[0001]本专利技术涉及生物
，具体的，本专利技术涉及生物培养芯片及其制备和应用，更具体的，本专利技术涉及适于单细胞培养的生物培养芯片、用于制备该生物培养芯片的模板、制备该生物培养芯片的方法和利用该生物培养芯片进行细胞培养的方法。

技术介绍

[0002]在当前的生物和医学研究中，首选的是进行细胞学试验对药物等进行检测，且多数情况下还是采用传统的细胞二维贴壁培养的方式进行，这与机体内真实的组织细胞的存在状态(三维状态且具有ECM环境)有本质的区别。生物体内的细胞是在三维的立体微环境中生长的，而二维细胞培养并不是细胞生长的天然状态，培养微环境与体内微环境差异太大，影响细胞的基因表达、信号转导等，导致所培养的细胞逐渐丧失其在生物体内的生物学特性及功能，失去研究及应用价值。而且二维细胞培养还有很多明显的缺陷，如细胞的分化不均一，不利于细胞分化研究所及其相关的研究；另外，二维培养时细胞数量较多，而其中有用细胞数目很难分选，且浪费试剂。
[0003]CN108102913A公开了基于软光刻技术的三维细胞培养芯片、其制备方法及应用。其中，基于软光刻技术的三维细胞培养芯片的制备方法，其特征在于包括：采用软光刻技术制作具有设定图案结构的掩模；以液态高分子化合物或高分子化合物溶液均匀覆盖所述掩模，并形成具有设定厚度的液层；使所述液层固化，之后移除掩模，获得印章，所述印章的印面具有设定立体结构；以所述印章的印面与修饰剂接触，使所述修饰剂以可脱离方式附着在所述印面上；以所述印面与选定基底表面接触，之后将所述印章从选定基底上移离，从而使至少部分修饰剂脱离所述印面而附着在所述选定基底表面并形成图纹结构，所述图纹结构包括由复数个图案组成的阵列，所述图案至少能够吸附单细胞，从而获得所述三维细胞培养芯片。
[0004]然而，目前的用于生物细胞材料培养的芯片仍有待进一步改进，不仅要适于单细胞的2D阵列和3D培养，还要适应复杂的细胞生物学功能检测，比如抗体分泌、生长因子分泌生物学功能检测等。

技术实现思路

[0005]本专利技术旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本专利技术提供了一种能够具有较好生物相容性、细胞培养介质相容性和机械张力至少之一优点的生物细胞培养芯片。
[0006]本专利技术是基于本专利技术人的下列发现而完成的：
[0007]专利技术人在对三维细胞培养芯片进行深入研究的过程中，现有的三维培养芯片在进行细胞培养或者生物材料的培养过程中，通常细胞难以展现在体内环境中的生物生理行为。为此，专利技术人进行了深入研究，意外地发现，现有的三维培养芯片的基质材料对细胞培养的效果尤其是单细胞分泌因子(包括抗体)的生物学功能实现有明显的负面影响。更进一
步的，发现，现有的三维培养芯片中细胞与基质的接触的不同位置会存在与周围培养环境明显差异的情形，细胞的不同位置所获得的微环境又加大的差异和不均一性，例如在细胞与基质接触的位置，细胞无法接触充足的细胞外基质的支持。另外，现有的三维培养芯片大多采用硬质基质，因此，在细胞的培养过程中，硬质基质会对培养过程中的细胞形成一定的应力，从而影响细胞的生物行为。这些因素严重影响了单细胞因子或抗体分泌的能力和功能性检测。
[0008]为此，专利技术人对多种基质材料进行了优化和筛选，提出了本专利技术的用于生物材料培养的生物培养芯片。
[0009]在本专利技术的一个方面，本专利技术提出一种生物细胞培养芯片，根据本专利技术的实施例，该生物培养芯片包括：基质，所述基质由基质材料形成，所述基质材料具有约1.25-1.75的平衡溶胀率；和微孔，所述微孔形成在所述基质的表面，并且所述微孔在所述基质的表面开口，其中，所述微孔限定出生物培养空间用于培养生物细胞材料。
[0010]由于该基质材料具有一定的平衡溶胀率，因此，在采用该生物培养芯片进行培养生物材料例如单细胞的全部表面均能够处于较均一的液态或凝胶状培养基包围的状态下，从而在培养细胞的过程中，能够进一步改善细胞的生物活性，以利于细胞生物学功能(比如抗体和因子分泌)的实现和便于精准检测。
[0011]根据本专利技术的实施例，上述生物培养芯片还可以具有下列附加技术特征的至少之一：
[0012]根据本专利技术的实施例，所述基质材料具有40～45摄氏度的固液相变转化温度。
[0013]根据本专利技术的实施例，所述基质材料在37摄氏度下能够呈液态。
[0014]根据本专利技术的实施例，在细胞生长过程中，所述基质与所述细胞接触区域会发生凹陷。
[0015]根据本专利技术的实施例，所述凹陷的深度不低于所述细胞直径的5％。
[0016]根据本专利技术的实施例，所述基质材料包括选自胶原水凝胶、甲基化纤维素、琼脂糖凝胶或聚丙烯酰胺凝胶等的至少之一，或其中至少两项的不同比例的混合。
[0017]根据本专利技术的实施例，所述基质进一步与所述生物材料对应的细胞因子。
[0018]根据本专利技术的实施例，所述基质进一步包括选自FBS、蛋白A/G、胶原、gelatin和BSA的至少之一，或其中至少两项的不同比例的混合。
[0019]根据本专利技术的实施例，所述微孔的开口直径小于所述微孔的底部直径。
[0020]根据本专利技术的实施例，所述微孔的开口直径是所述微孔的所底部直径的至多80％，优选50％。
[0021]根据本专利技术的实施例，所述微孔的开口直径为8-25微米，深度为15-35微米。
[0022]根据本专利技术的实施例，所述生物细胞材料为B细胞，所述开口直径为8-12微米；或者
[0023]所述生物材料为杂交瘤细胞，中国仓鼠卵巢细胞CHO或者肿瘤细胞，所述开口直径为15-25微米。
[0024]根据本专利技术的实施例，包括：多个微孔，所述微孔构成预定图案，相邻两个微孔的距离为10-100微米。
[0025]根据本专利技术的实施例，进一步包括：定位标记，所述定位标记形成在所述基质上。
[0026]根据本专利技术的实施例，所述生物细胞材料为杂交瘤细胞，所述微孔的内壁表面设置有杂交瘤细胞培养因子；所述生物材料为MCF10A细胞，所述微孔的内壁表面设置有胰岛素；或所述生物材料为B细胞，所述微孔的内部表面设置有CD40L、IL2和IL10的至少之一，或其中至少两项的不同比例的混合。。
[0027]在本专利技术的第二方面，本专利技术提出了一种用于制备前面所述的生物细胞培养芯片的模板。根据本专利技术的实施例，该模板包括：基板；和微柱，所述微柱设置在所述基板的表面，所述微柱的尺寸与所述微孔的尺寸匹配。
[0028]利用该模板，能够有效地制备前面所述的生物细胞培养芯片。
[0029]根据本专利技术的实施例，所述微柱具有疏水表面。
[0030]根据本专利技术的实施例，所述微柱表面适于通过疏水作用力结合生物因子。
[0031]在本专利技术的第三方面，本专利技术提出了一种制备前面所述的生物细胞培养芯片的方法，根据本专利技术的实施例，包括：(1)将液态的所述生物材料施加于前面所述的模板上，并使所述基质材料固化；和(2)使固化本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种生物细胞培养芯片，其特征在于，包括：基质，所述基质由基质材料形成，所述基质材料具有约1.25-1.75的平衡溶胀率；和微孔，所述微孔形成在所述基质的表面，并且所述微孔在所述基质的表面开口，其中，所述微孔限定出生物培养空间用于培养生物细胞。2.根据权利要求1所述的生物细胞培养芯片，其特征在于，所述基质材料具有40～45摄氏度的固液相变转化温度。3.根据权利要求1所述的生物细胞培养芯片，其特征在于，所述基质材料在37摄氏度下能够呈液态。4.根据权利要求1所述的生物细胞培养芯片，其特征在于，在细胞生长过程中，所述基质与所述细胞接触区域会发生凹陷。5.根据权利要求1所述的生物细胞培养芯片，其特征在于，所述凹陷的深度不低于所述细胞直径的5％。6.根据权利要求1所述的生物细胞培养芯片，其特征在于，所述基质材料包括选自胶原水凝胶、甲基化纤维素、琼脂糖凝胶或聚丙烯酰胺凝胶等的至少之一，或其中至少两项的不同比例的混合。7.根据权利要求1所述的生物细胞培养芯片，其特征在于，所述基质进一步与所述生物材料对应的细胞因子。8.根据权利要求1所述的生物细胞培养芯片，其特征在于，所述基质进一步包括选自FBS(胎牛血清)、蛋白A/G、胶原、gelatin(明胶)和BSA(牛血清白蛋白)的至少之一，或其中至少两项混合。9.根据权利要求1所述的生物细胞培养芯片，其特征在于，所述微孔的开口直径小于所述微孔的底部直径。10.根据权利要求9所述的生物细胞培养芯片，其特征在于，所述微孔的开口直径是所述微孔的所述底部直径的至多80％，优选50％。11.根据权利要求1所述的生物细胞培养芯片，其特征在于，所述微孔的开口直径为8-25微米，深度为15-35微米。12.根据权利要求1所述的生物细胞培养芯片，其特征在于，所述生物细胞材料为B细胞，所述开口直径为8-12微米；或者所述生物...

【专利技术属性】
技术研发人员：高晓航，魏雨，
申请(专利权)人：南京利康立德生物科技有限公司，
类型：发明
国别省市：