CN106479893A - 一种多种细胞图案化共培养的装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种多种细胞图案化共培养的装置及方法，在胶带上利用打孔针打孔形成微米级孔的阵列作为模板，在所述模板上直接浇灌聚二甲基硅氧烷得到内部有微米级柱子阵列的通道，所述聚二甲基硅氧烷印设置在所述细胞培养皿或培养板基底上，所述细胞培养皿或培养板基底的基底表面不做处理，或孵育一层鼠尾胶原，从而构成培养装置，并且给出了利用该装置进行细胞培养的方法，本发明所提供的装置及方法不需要光刻技术，只需胶带、打孔针、刻刀以及聚二甲基硅氧烷就可以制备，可以用于任何一种细胞的图案化，多种细胞共培养，打破了传统微流控芯片制备对于光刻技术的限制。

Description

一种多种细胞图案化共培养的装置及方法
技术领域
本发明涉及细胞培养技术，具体地，本发明涉及一种能够以胶带为基础微流控芯片多种细胞图案化共培养的装置及方法。
背景技术
从二十世纪七十年代开始，用于生物分子和细胞的图案化技术开始出现。细胞图案化技术主要分为两类：一类是通过表面修饰形成细胞黏附生长的图案化区域，使细胞选择性地黏附生长形成图案；另一类是通过可移除的物理障碍将细胞限制在图案化的区域生长，形成细胞图案。基于上述两种原理，各种细胞图案化技术相继出现并得以发展。
目前，细胞图案化的方法主要有光刻和软刻蚀。光刻最初应用于半导体产业中，该技术利用紫外光或白光将掩膜上的几何图案转移到基底上。该过程首先在基底上铺一层光敏聚合物‐‐‐光刻胶，然后基底在光掩膜覆盖下曝光显影形成图案。将表面修饰材料(如蛋白质等)吸附在基底表面后，将基底浸入到有机溶剂中将光刻胶洗脱，这样就在底面上形成表面修饰蛋白质的图形，细胞就会按照已修饰的图形粘附和生长，形成细胞图案。光刻技术以其较高的精确度成为在固体表面上图案化的主要手段。但是，光刻过程需要洁净空间和昂贵的设备并且对实验者要求较高，限制了其在生物技术方面的广泛应用。此外，光刻加工过程中用到的化学试剂容易使生物大分子变性，使他们失去活性。
近年来，Whitesides等人发展了一系列更具生物相容性的图案化方法，统称为“软刻蚀”。软刻蚀技术通过使用高分子聚合物【例如聚二甲基硅氧烷(PDMS)】在有图案的底膜上形成印章，达到复制微米甚至纳米尺度结构的目的。常用到的有微接触印刷、微流控图案化以及模板图案化。其中，传统的微接触印刷只能形成一种或两种分子图案，只有使用多级印章才可以形成多种分子的图案，但其制备过程相对比较复杂。微流控图案化是一个与微接触印刷相关的过程，但与微接触印刷不同的是PDMS模板底面具有微通道网络。由于微流控图案化是运用不同分子的溶液来形成图案，因此一般来说每一种分子的图案在表面上都是连续分布的，这就限制了图案形状的多样性。模板图案化是一种不需要对基底进行化学修饰也可进行细胞图案化的方法，但该方法制作圆形、方形等简单图案比较容易，边角较多的图案在PDMS的剥离过程中易损坏。更重要的是，制作微流控芯片的模具在普通生物学实验室中难以获得，从而难以应用微流控芯片进行细胞迁移、细胞图案化的研究。
可见，目前细胞图案化方法的不足之处在于，操作过程对环境、设备和实验者要求较高，依赖于光刻生产模具限制了生物学实验室应用微流控芯片进行细胞图案化实验。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种不需要光刻技术，方便易操作，可以用于任何一种细胞的图案化、多种细胞共培养的装置及方法。
为实现上述目的，本发明提供了一种多种细胞图案化共培养的装置，包括：聚二甲基硅氧烷印及细胞培养皿或培养板基底；在胶带上利用打孔针打孔形成微米级孔的阵列作为模板，在所述模板上直接浇灌聚二甲基硅氧烷得到内部有微米级柱子阵列的通道，揭下所述胶带形成所述聚二甲基硅氧烷印，所述柱子的直径为200‐800μm；所述聚二甲基硅氧烷印章放置在所述细胞培养皿或培养板基底上；所述细胞培养皿或培养板基底的基底表面不做处理，或孵育一层鼠尾胶原。
优选的，所述细胞培养皿或培养板基底的基底为玻璃、硅片、金属或高分子材料如聚苯乙烯等。
优选的，所述柱子的直径为300μm，高度为100μm，两相邻柱子之间的距离为300μm。
优选的，所述胶带为3M胶带，其由2层所述胶带构成，以保证柱子和管道的高度为100μm以上。
为实现上述目的，本发明还提供了一种多种细胞图案化共培养的方法，采用上述装置，具体包括以下步骤：
步骤一、准备细所述细胞培养皿或培养板基底，制备所述聚二甲基硅氧烷印；
步骤二、在水和冰醋酸溶剂中配成浓度为50μg/mL的鼠尾胶原，在低温4℃条件下操作，滴加所述鼠尾胶原于所述细胞培养皿或培养板基底中，将其放于培养箱12h后用PBS溶液清洗2次，再放入培养箱使其自然蒸干，将所述聚二甲基硅氧烷印放置在已经孵育一层鼠尾胶原的所述细胞培养皿或培养板基底中，借助范德华力连接在一起形成可逆转的密封；
步骤三、制备细胞的悬浮溶液并注入孵育一层鼠尾胶原的所述胞培养皿或培养板基底中，将其放入细胞培养箱中培养细胞。
优选的，步骤三中的细胞的悬浮溶液为肺癌细胞的悬浮液，细胞浓度大于107个/ml，所述细胞培养箱的温度为37℃、二氧化碳体积浓度5％，培养时间为2小时。
优选的，还包括步骤四，在所述细胞培养皿或培养板基底加入足量PBS溶液将聚二甲基硅氧烷印章完全浸没，借助溶液给聚二甲基硅氧烷浮力，可将可逆转的密封空间打通，揭掉所述聚二甲基硅氧烷印章，所述圆柱所在位置变成空余区域，再加入新的所述肺癌细胞的悬浮液，放入所述培养箱中按照上述条件培养7个小时。
优选的，步骤四还可以为，即制备细胞HDF‐n悬浮液，所述悬浮液密度为105个/ml，将其加入到肺癌细胞图案化的所述细胞培养皿或培养板基底中，将所述细胞培养皿或培养板基底放入所述细胞培养箱，温度为37℃，二氧化碳体积浓度为5％，培养1小时，用PBS溶液反复清洗几次，换上新细胞HDF‐n悬浮液，再放入所述细胞培养箱，观察两种细胞相互影响。
本发明的上述技术方案的有益效果在于：
打破了传统微流控芯片制备对于光刻技术的限制，在普通实验室就可以完成，降低了对洁净空间的要求。而且因为模板可被重复利用，相对传统细胞图案化技术来说本发明是一个更加方便，有效和经济的图案化方法。具体而言，本发明以胶带为基础，利用打孔针和刻刀制备模板，无需光刻技术，利用聚二甲基硅氧烷有利于细胞生长的特性，实现细胞的图案化，突破了传统细胞图案化技术中对于光刻技术的限制。
附图说明
图1是用一定型号直径300μm的打孔针在任意胶带上打孔，形成微米级孔的阵列示意图；
图2是浇注聚二甲基硅氧烷制备具有直径为微米级柱子阵列的网络通道示意图；
图3是在聚二甲基硅氧烷印章微网络通道中接种细胞示意图；
图4将聚二甲基硅氧烷印章揭掉得到细胞图案示意图；
图5是利用本发明方法得到肺癌细胞(A549)生长迁移变化效果图；
图6是利用本发明方法得到体细胞人真皮成纤维细胞‐新生(HDF‐n)和肺癌细胞(A549)共培养效果图。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
如图1‐2所示，提供了一种多种细胞图案化共培养的装置，包括：聚二甲基硅氧烷印及细胞培养皿或培养板基底；在胶带上利用打孔针打孔形成微米级孔的阵列作为模板，在所述模板上直接浇灌聚二甲基硅氧烷得到内部有微米级柱子阵列的通道，揭下所述胶带形成所述聚二甲基硅氧烷印，所述柱子的直径为100‐800μm；所述聚二甲基硅氧烷印章放置在所述细胞培养皿或培养板基底上；所述细胞培养皿或培养板基底的基底表面不做处理，或孵育一层鼠尾胶原，使细胞在更接近生物体真实环境中粘附生长。其制作过程不需要光刻技术，方便易操作，能够用于多种细胞的培养观察。
具体的，所述细胞培养皿或培养板基底的基底为玻璃、硅片、金属或高分子材料，方便取材，成本低廉。
具体的，还给出了柱子的具体尺寸以保证满足细胞培养的特殊需求，即所述柱子的直径为300μm，高度为100μm，两相邻柱子之间的距离为300μm。
具体的，所述胶带选择为常用易得的3M胶带，其由2层所述胶带构成，以保证柱子的高度为100μm。
为了明确操作方式，本发明还给出了一种多种细胞图案化共培养的方法，采用上述装置，具体包括以下步骤：
步骤一、准备细所述细胞培养皿或培养板基底，制备所述聚二甲基硅氧烷印；准备好用于培养细胞的容器；
步骤二、在水和冰醋酸溶剂中配成浓度为50μg/mL的鼠尾胶原，在低温4℃条件下操作，滴加所述鼠尾胶原于所述细胞培养皿或培养板基底中，将其放于培养箱12h后用PBS溶液清洗2次，再放入培养箱使其自然蒸干，将所述聚二甲基硅氧烷印放置在已经孵育一层鼠尾胶原的所述细胞培养皿或培养板基底中，借助范德华力连接在一起形成可逆转的密封，使细胞在更接近生物体真实环境中粘附生长；
步骤三、制备细胞的悬浮溶液并注入孵育一层鼠尾胶原的所述细胞培养皿或培养板基底中，将其放入细胞培养箱中培养细胞，打破了传统微流控芯片制备对于光刻技术的限制，建立了一种以胶带为基础微流控芯片多种细胞图案化共培养的方法，可用于任何一种细胞的图案化，多种细胞的共培养。还可用于研究药物在细胞相互作用下的作用和功能，如图3所示，得到了图案化的培养细胞。
具体的，针对具体细胞，步骤三中的细胞的悬浮溶液为肺癌细胞的悬浮液，细胞浓度大于107个/ml，将其用于肺癌细胞的培养，还给出了具体的培养条件，即所述细胞培养箱的温度为37℃、二氧化碳体积浓度5％，培养时间为2小时，形成如图4细胞图案化。
具体的，为了观察细胞迁移情况，还包括步骤四，在所述细胞培养皿或培养板基底加入足量PBS溶液将聚二甲基硅氧烷印章完全浸没，借助溶液给聚二甲基硅氧烷浮力，可将可逆转的密封空间打通，揭掉所述聚二甲基硅氧烷印章，所述圆柱所在位置变成空余区域，再加入新的所述肺癌细胞的悬浮液，放入所述培养箱中按照上述条件培养7个小时，实验结果见图5所示，聚二甲基硅氧烷印章拿走后，圆柱所在位置变成空余区域，空余区域的面积随着时间增长逐渐减少，经过7个小时左右A549细胞基本没有空余区域生长迁移，这样我们通过空余区域面积的变化可以得到细胞迁移变化，
具体的，本方法还能够用于观察两种细胞相互作用情况，即步骤四还可以为，即制备细胞HDF‐n悬浮液，所述悬浮液密度为105个/ml，将其加入到肺癌细胞图案化的所述细胞培养皿或培养板基底中，将所述细胞培养皿或培养板基底放入所述细胞培养箱，温度为37℃，二氧化碳体积浓度为5％，培养1小时，用PBS溶液反复清洗几次，换上新细胞HDF‐n悬浮液，再放入所述细胞培养箱，观察两种细胞相互影响，实验结果见图6体细胞(HDF‐n)和癌细胞(A549)共同培养。
本发明提供的装置及方法，打破了传统微流控芯片制备对于光刻技术的限制，在普通实验室就可以完成，降低了对洁净空间的要求。而且因为模板可被重复利用，相对传统细胞图案化技术来说本发明是一个更加方便，有效和经济的图案化方法。具体而言，本发明以胶带为基础，利用打孔针和刻刀制备模板，无需光刻技术，利用聚二甲基硅氧烷有利于细胞生长的特性，实现细胞的图案化，突破了传统细胞图案化技术中对于光刻技术的限制。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种多种细胞图案化共培养的装置，其特征在于，包括：聚二甲基硅氧烷印及细胞培养皿或培养板基底；在胶带上利用打孔针打孔形成微米级孔的阵列作为模板，在所述模板上直接浇灌聚二甲基硅氧烷得到内部有微米级柱子阵列的通道，揭下所述胶带形成所述聚二甲基硅氧烷印，所述柱子的直径为100‐800μm；所述聚二甲基硅氧烷印设置在所述细胞培养皿或培养板基底上；所述细胞培养皿或培养板基底的基底表面不做处理，或孵育一层鼠尾胶原。
2.根据权利要求1所述的多种细胞图案化共培养的装置，其特征在于，所述细胞培养皿或培养板基底的基底为玻璃、硅片、金属或高分子材料。
3.根据权利要求1所述的多种细胞图案化共培养的装置，其特征在于，所述柱子的直径为100‐800μm，高度为50‐1000μm，两相邻柱子之间的距离为100–800μm。
4.根据权利要求1所述的多种细胞图案化共培养的装置，其特征在于，所述胶带为3M胶带，其由1‐18层所述胶带构成，以保证柱子的高度为50‐1000μm。
5.一种多种细胞图案化共培养方法，其特征在于，采用如权利要求1‐4任意一项所述的装置，包括以下步骤：
步骤一、准备细所述细胞培养皿或培养板基底，制备所述聚二甲基硅氧烷印；
步骤二、在水和冰醋酸溶剂中配成浓度为50μg/mL的鼠尾胶原，在低温4℃条件下操作，滴加所述鼠尾胶原于所述细胞培养皿或培养板基底中，将其放于培养箱12h后用PBS溶液清洗2次，再放入培养箱使其自然蒸干，将所述聚二甲基硅氧烷印放置在已经孵育一层鼠尾胶原的所述细胞培养皿或培养板基底中，借助范德华力连接在一起形成可逆转的密封；
步骤三、制备细胞的悬浮溶液并注入孵育一层鼠尾胶原的所述细胞培养皿或培养板基底中，将其放入细胞培养箱中培养细胞。
6.根据权利要求5所述的多种细胞图案化共培养方法，其特征在于，所述步骤三中的细胞的悬浮溶液为肺癌细胞的悬浮液，细胞浓度大于107个/ml，所述细胞培养箱的温度为37℃、二氧化碳体积浓度5％，培养时间为2小时。
7.根据权利要求6所述的多种细胞图案化共培养方法，其特征在于，还包括步骤四，在所述胞培养皿或培养板基底加入足量PBS溶液将聚二甲基硅氧烷印章完全浸没，借助溶液给聚二甲基硅氧烷浮力，可将可逆转的密封空间打通，揭掉所述聚二甲基硅氧烷印章，所述圆柱所在位置变成空余区域，再加入新的所述肺癌细胞的悬浮液，放入所述培养箱中按照上述条件培养7个小时。
8.根据权利要求6所述的多种细胞图案化共培养方法，其特征在于，还包括步骤四，即制备细胞HDF‐n悬浮液，所述悬浮液密度为105个/ml，将其加入到肺癌细胞图案化的所述胞培养皿或培养板基底中，将所述所述胞培养皿或培养板基底放入所述细胞培养箱，温度为37℃，二氧化碳体积浓度为5％，培养1小时，用PBS溶液反复清洗几次，换上新细胞HDF‐n悬浮液，再放入所述细胞培养箱，观察两种细胞相互影响。
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