一种高通量多孔阵列芯片、装置、制备方法及应用制造方法及图纸

本发明专利技术的提出了一种高通量多孔阵列芯片、装置、制备方法及应用，其中高通量多孔阵列芯片至少包括宏观高通量阵列孔板；其中所述宏观高通量阵列孔板包括微观三维多孔支架芯片以及粘合在微观三维多孔支架芯片上的储液板。本发明专利技术公开的高通量多孔阵列芯片、装置细胞接种操作简单，不仅适用于各种干细胞的培养，而且可方便地构建多种细胞共培养微环境，更加接近于体内三维情况，为高通量和高内涵的模型构建和抗癌药物筛选等研究提供了方便而实用的平台，使得药物筛选结果更加真实可靠。使得药物筛选结果更加真实可靠。使得药物筛选结果更加真实可靠。

【技术实现步骤摘要】
一种高通量多孔阵列芯片、装置、制备方法及应用


[0001]本专利技术涉及属于生物医学工程
，特别涉及到一种高通量多孔阵列芯片、装置、制备方法及应用。

技术介绍

[0002]近年来，再生医学的不断发展为复杂重大疾病的治疗带来了新的希望，其中，干细胞治疗作为再生医学一个重要分支，因其在临床试验中显示出良好效果而受到广泛关注。干细胞是指具有分化潜能并能够自我更新的一类细胞。由于其能够不断增殖自我更新，同时能分化产生多种下游细胞，通常还具有一些其他调控功能，因此多种干细胞具有重要的研究意义和临床应用价值。常见的例如间充质干细胞，具有成骨、成脂、成软骨等多项分化潜能，并被证明具有免疫调节功能，已被广泛应用于细胞治疗研究；又例如造血干细胞则能够分化为造血谱系所有祖细胞及成熟血细胞，即能够产生整个血液系统的所以细胞，因此造血干细胞移植被用于多种血液疾病的治疗。
[0003]但目前大部分干细胞体外培养效果并不理想。干细胞体外培养普遍策略是在传统二维细胞培养板/培养皿中，依靠调配的特定培养基及细胞因子、小分子等支持干细胞生长。然而基于这种策略，许多干细胞在体外培养后无法维持其干性及其重要生理功能。例如造血干细胞在体外培养后会难以维持自我更新的状态，过度分化而丧失其干性，也即丢失其能够重建血液系统的功能。这种二维培养的干细胞状态与其在体内的状态呈现出巨大差异，对于在体外对干细胞进行研究或利用干细胞进行下游研究例如药筛、在体外扩增干细胞用于临床治疗等造成了巨大阻碍。
[0004]细胞在体内以三维的细胞外基质包括胶原蛋白、纤连蛋白等基质蛋白构成的网络为生长基底，与传统二维细胞培养板/培养皿具有很大差异。且已有大量文献证明，多种细胞在三维培养条件下，其形态、核型、杨氏模量、基因/蛋白表达谱等表型都相对于二维培养条件发生明显变化，且三维培养的细胞状态及对外界信号的响应更接近其在体内的真实状态。这一现象提示了为干细胞构建模拟体内细胞外基质的三维培养环境的重要性。
[0005]体内细胞外基质网络存在很强的异质性，不同器官、组织或部位的细胞外基质网络的成分、拓扑结构、杨氏模量等物理化学性质都存在差异。例如血管内皮细胞的主要胞外基质成分为四型胶原蛋白、层粘连蛋白等，而骨组织的主要胞外基质成分为一型胶原。以小鼠肉瘤细胞分泌的混合胞外基质Matrigel为代表的细胞基质已被广泛应用于多种干细胞的培养，其突出的效果提示了胞外基质成分的重要性，但Matrigel存在批次差异和致瘤风险的问题，为满足临床应用需求还需要更稳定、可调控的细胞培养基底。此外，许多研究证明，单一调控基底的杨氏模量即可调控干细胞状态，如分化倾向。最为代表性的研究包括间充质干细胞在硬度递减的基质上依次呈现出成骨(25
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40kPa)、成肌(8
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17kPa)、成神经(0.1
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1kPa)分化倾向。这表明调节基底的杨氏模量对培养不同类型干细胞的重要性。基底材料的拓扑结构、对细胞的空间位阻(或体现为材料的孔径)、交联形式或交联程度等均已被证明会影响细胞状态，因此要针对不同干细胞构建特定的三维培养环境亟需对培养基底
的物理化学性质进行筛选优化。
[0006]为配合不同细胞类型、应用以及测试场景，此干细胞三维培养环境筛选平台的培养规格应可灵活调整，类似商品化6孔板、12孔板、24孔板等。同时，与上述商品化细胞培养板规格匹配的筛选平台，也因此能够适配各种检测仪器，便于对干细胞进行原位监测、观察。此外，干细胞的数量很少，且分离、纯化难度较大，因此，干细胞经该平台培养后应能够扩增出一定规模数量，进而满足下游流式或其它生化检测手段对不同亚群的定量表征。
[0007]因此，如何提供一种用于干细胞体外三维培养的高通量多孔阵列芯片，克服干细胞体外三维培养技术中无法同时实现培养规格可控可调、物理化学性质可调的仿生三维培养基底、便于干细胞原位监测及观察和培养后干细胞的数量满足下游流式细胞仪、Western Blot等对不同亚群的定量表征的目的。

技术实现思路

[0008]本专利技术旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一，提供一种用于干细胞体外三维培养的高通量多孔阵列芯片，实现培养规格可控可调、物理化学性质可调的仿生三维培养基底、便于干细胞原位监测及观察、培养后干细胞的数量满足下游流式细胞仪对不同亚群的定量表征的目的。
[0009]有鉴于此，根据本专利技术的第一个目的提出了一种高通量多孔阵列芯片，至少包括宏观高通量阵列孔板；其中宏观高通量阵列孔板包括微观三维多孔支架芯片以及粘合在微观三维多孔支架芯片上的储液板；
[0010]微观三维多孔支架芯片包括若干微圆组成若干集约化大圆的图形化多孔阵列模板和若干三维多孔支架；其中若干微圆内布设若干微孔；三维多孔支架嵌入若干微孔内；和
[0011]储液板上包含若干与集约化大圆相适配的储液孔，微观三维多孔支架芯片设置在储液孔内。
[0012]根据本专利技术中的一个实施例，若干微孔为圆形阵列式排布分散在若干微圆内，三维多孔支架嵌入图形化多孔阵列模板上的若干微孔内形成上下通孔结构。
[0013]根据本专利技术中的一个实施例，三维多孔支架厚度为0.5mm
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2mm，为可自主吸收并承载含水样品的可交联的人工合成生物材料和/或可交联的天然生物材料所构成。
[0014]根据本专利技术的第二个目的提出了制备前述高通量多孔阵列芯片的方法，包括如下步骤：
[0015](1)分别将可交联的人工合成生物材料和/或可交联的天然生物材料、和交联剂溶解于交联反应溶剂中，并按照体积比1:1混合，形成预混液；
[0016](2)将图形化多孔阵列模板进行等离子体表面处理3
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5分钟，将预混液滴加到图形化多孔阵列模板上或将图形化多孔阵列模板浸入预混液3
‑
5分钟，均匀填充微孔，将图形化多孔阵列模板再进行
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20℃冷冻20h
‑
40h；
[0017](3)将冷冻后的图形化多孔阵列模板室温自然融化，去除交联剂后干燥。
[0018]根据本专利技术中的一个实施例，可交联的人工合成生物材料选自聚酸酐、聚酸酯、聚酰胺、聚氨基酸、聚丙烯、聚苯乙烯、聚丙烯酰胺、聚乙二醇、聚乙二醇衍生物、聚乳酸、聚羟基酸、聚乳酸醇酸共聚物、聚吡咯、聚酯、聚甲基丙烯酸酯、聚二甲基硅氧烷、聚缩醛、聚氰基丙烯酸酯、聚氨基甲酸酯、聚乙烯、聚碳酸酯或聚氧化乙烯中的一种或多种。
[0019]根据本专利技术中的一个实施例，可交联的天然生物材料选自明胶、明胶衍生物、藻酸盐、藻酸盐衍生物、胶原、蛋白多糖、糖蛋白、琼脂、基质胶、透明质酸、层连接蛋白和纤维连接蛋白中的一种或多种。
[0020]根据本专利技术中的一个实施例，交联剂选自戊二醛(GA)、硫酸钙、氯化钙、硫酸锌、1
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(3
‑
二甲氨基丙基)
‑3‑
乙基碳二亚胺盐酸盐(EDC)中的一种或多种。
[0021]根据本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高通量多孔阵列芯片，其特征在于，至少包括宏观高通量阵列孔板；其中所述宏观高通量阵列孔板包括微观三维多孔支架芯片以及与微观三维多孔支架芯片粘合的储液板；所述微观三维多孔支架芯片包括若干微圆组成若干集约化大圆的图形化多孔阵列模板和若干三维多孔支架；其中若干微圆内布设若干微孔；三维多孔支架所述嵌入若干所述微孔内；和所述储液板上包含若干与所述集约化大圆相适配的储液孔；所述微观三维多孔支架芯片设置在所述储液孔内。2.根据权利要求1所述的高通量多孔阵列芯片，其特征在于，若干所述微孔为圆形阵列式排布分散在若干微圆内，所述三维多孔支架嵌入若干所述微孔内形成上下通孔结构。3.根据权利要求1或2所述的高通量多孔阵列芯片，其特征在于，所述三维多孔支架厚度为0.5mm
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2mm，为可自主吸收并承载含水样品的可交联的人工合成生物材料和/或可交联的天然生物材料所构成。4.制备如权利要求1
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3任一所述高通量多孔阵列芯片的方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)分别将可交联的人工合成生物材料和/或可交联的天然生物材料、和交联剂溶解于交联反应溶剂中，并按照体积比1:1混合，形成预混液；(2)将所述图形化多孔阵列模板进行等离子体表面处理3
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5分钟，将所述预混液滴加到所述图形化多孔阵列模板上或将所述图形化多孔阵列模板浸入所述预混液3
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5分钟，均匀填充所述微孔后，将所述图形化多孔阵列模板
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20℃冷冻20h
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40h，(3)将冷冻后的所述图形化多孔阵列模板室温自然融化，去除交联剂后干燥。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述可交联的人工合成生物材料选自聚酸酐、聚酸酯、聚酰胺、聚氨基酸、聚丙烯、聚苯乙烯、聚丙烯酰胺、聚乙二醇...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜亚楠，梁海威，李文静，敖艳肖，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：