CN112662554A - 微流控平台、制备方法及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种微流控平台、制备方法及其应用，包括多个培养室，培养室之间通过微通道连接，所述微通道的深度通过培养室内的细胞或组织的轴突确定，使得轴突通过所述微通道，轴突对应的细胞和组织无法通过所述微通道，不同培养室的细胞或组织通过轴突连接。本发明对受损神经细胞或组织进行物理和流体隔离，实现共培养。

Description

微流控平台、制备方法及其应用
技术领域
本发明涉及药物化学技术领域，更为具体地，涉及一种微流控平台、制备方法及其应用。
背景技术
中枢神经系统是人体神经系统中重要的一部分，其负责接收传输来自身体各处的信息，进行整合加工后传出，或存储在中枢神经系统内成为学习、记忆的神经基础。中枢神经系统具有结构上的脆弱性和功能上的复杂性，因此其损伤会造成严重的功能破坏和障碍，影响患者生存质量，给患者及社会带来巨大经济负担。中枢神经损伤多源于创伤性事件，由于其修复再生受到胶质瘢痕、不同的生理活动和复杂的代谢物聚集损伤部位而导致微环境变化，严重影响了中枢神经损伤后新生轴突的延伸和新生突触的生长，故中枢神经损伤后难以修复再生和恢复功能。
微流控技术是脑科学和神经损伤再生修复研究的重要工具。尽管其体积十分微小，但具有传感、信息传输与处理、场输出、载药等多种功能，将其与组织相联系，可实现微创，具有高灵敏度、定向定域精准作用的优势，因此可将微流控技术应用于神经损伤疾病的诊治应用中。目前，已经开发有各种神经微流控平台包括针对神经修复、神经元或组织刺激、脑病治疗、脑电探测等功能用于神经损伤诊疗中。
传统的利用动物模型来进行疾病发展、病理毒理过程的研究，用时长且花费巨大的人力物力，成本高，操作复杂。
目前基于神经损伤修复的微流控平台已有很多，其中能同时实现神经元细胞与胶质细胞分区共培养并引导突触定向生长和分离也有研究。但目前的微流控平台通道屏障结构单一，长度固定，不能同时获得不同长度屏障下轴突的形成与生长。
发明内容
鉴于上述问题，本发明的目的是提供一种对受损神经细胞或组织进行物理和流体隔离，实现共培养的微流控平台、制备方法及其应用。
为了实现上述目的，本发明提供一种微流控平台，包括多个培养室，培养室之间通过微通道连接，所述微通道的深度通过培养室内的细胞或组织的轴突确定，使得轴突通过所述微通道，轴突对应的细胞和组织无法通过所述微通道，不同培养室的细胞或组织通过轴突连接。
可选地，所述培养室与微通道连通的一侧呈弧形，从而使得培养室之间的微通道长度不同。
可选地，所述微通道为多条矩形凹槽结构。
可选地，所述培养室为具有进液口和出液口的不规则形状的凹槽，所述不规则形状的凹槽的深度深于所述微通道的深度。
可选地，所述微通道的深度在5-10μm。
为了实现上述目的，本发明还提供一种微流控平台的制备方法，包括：
制造模具，包括采用电铸方法制造微流控芯片模具，所述模具包括两层高度不同的凸台，高度较高的凸台用于制作培养室，所述高度较低的用于制作微通道；
对模具进行浇注，获得微流控平台。
可选地，所述制造模具的步骤包括：
采用电铸技术制作微流控芯片模具，将图形打印在菲林片上，制得掩膜版，洗净烘干备用。
可选地，所述制造模具的步骤包括：
甩胶机在玻璃上旋涂正胶，使用掩模版遮挡基底，进行曝光，显影。
可选地，所述对模具进行浇注的步骤包括：
采用硅橡胶预聚体和固化剂质量比10∶1的比例混合搅拌均匀，浇注在模具表面，固化成型后打孔。
为了实现上述目的，本发明还提供一种微流控平台在构建神经损伤修复模型中的应用包括：将不同的神经细胞在不同的培养室培养至培养室与微通道的边界，不同神经细胞的轴突通过微通道进行连接。
本发明所述微流控平台、制备方法及其应用可对受损神经细胞或组织进行物理隔离，但轴突相连，实现两种神经细胞或组织的共培养。
为了实现上述以及相关目的，本发明的一个或多个方面包括后面将详细说明特别指出的特征。下面的说明以及附图详细说明了本发明的某些示例性方面。然而，这些方面指示的仅仅是可使用本发明的原理的各种方式中的一些方式。此外，本发明旨在包括所有这些方面以及它们的等同物。
附图说明
图1是本发明所述微流控平台的示意图；
图2是图1中E处的放大示意图；
图3是本发明所述微流控芯片模具中对应微通道层的示意图；
图4是本发明所述微流控芯片模具中对应培养室层的示意图。
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
以下将结合附图对本发明的具体实施例进行详细描述。
图1是本发明所述微流控平台的示意图，如图1所示，所述微流控平台包括多个培养室2，培养室之间通过微通道1连接，所述微通道1的深度通过培养室内的细胞或组织的轴突确定，使得轴突通过所述微通道，轴突对应的细胞和组织无法通过所述微通道，不同培养室2的细胞或组织通过轴突连接。
在一个实施例中，所述培养室与微通道连通的一侧呈弧形，从而使得培养室之间的微通道长度不同。
上述微流控平台可对受损神经细胞或组织进行物理隔离，但轴突相连，实现两种神经细胞或组织的共培养。同时可获得不同通道屏障下药物或神经营养因子诱导突触的定向生长与分离，了解突触受限及生长机制。
在一个实施例中，所述微通道1为多条矩形凹槽结构。
在一个实施例中，所述培养室2为具有进液口和出液口的不规则形状的凹槽，所述不规则形状的凹槽的深度深于所述微通道的深度。
在一个实施例中，所述微通道1的深度在5-10μm。
在一个实施例中，如图1和2所示，多条微通道1呈类对称梯形，两个培养室2呈对称的四角凹槽结构，四个角的凹槽分别作为进液口(例如一个培养室的进液口A和另一个培养室的进液口C)和出液口(例如一个培养室的出液口B和另一个培养室的出液口D)，培养室朝向微通道的一侧呈圆弧状。
可选地，微通道的长度在100-700μm，宽5-10μm，深5-10μm。
可选地，微通道的条数在50-200条。
可选地，培养室的四角凹槽呈圆形，圆形直径5mm，深100-150μm。
本发明用于构建神经损伤修复模型的微流控平台，可以在实现神经细胞共培养的同时，对其进行物理隔离；圆弧形微通道屏障(培养室朝向微通道一侧的圆弧形侧壁)，可同时获得轴突在不同因素影响下的定向生长、分离情况，进而了解突触受限及生长机制
本发明还提供微流控平台的制备方法，包括：
制造模具，包括采用电铸方法制造微流控芯片模具，所述模具包括两层高度不同的凸台，高度较高的凸台用于制作培养室，所述高度较低的用于制作微通道；
对模具进行浇注，获得微流控平台，优选地，模具的凸台，用PDMS浇注倒模以后形成微流控平台的凹槽。
在一个实施例中，所述制造模具的步骤包括：
采用电铸技术制作微流控芯片模具，将图形打印在菲林片上，制得掩膜版，洗净烘干备用。
在一个实施例中，所述制造模具的步骤包括：
甩胶机在玻璃上旋涂正胶，使用掩模版遮挡基底，进行曝光，显影。
可选地，所述微流控芯片模具的制备方法中，基底为聚二甲基硅氧烷基底，可选地，所述基底的厚度为3-8mm，直径2-4cm。
在一个实施例中，所述对模具进行浇注的步骤包括：
采用硅橡胶预聚体和固化剂质量比10∶1的比例混合搅拌均匀，浇注在模具表面，固化成型后打孔。
在一个实施例中，如图3和4所示，所述微流控芯片模具两层高度不同的微流控通道结构中，第一层模具10是包括50-200条长700μm，宽5-10μm，高5-10μm的矩形凸台结构，如图3所示；第二层模具20是包括圆形直径5mm，高100-150μm的四角凸台结构，如图4所示。
本发明还提供一种微流控平台在构建神经损伤修复模型中的应用包括：将不同的神经细胞在不同的培养室培养至培养室与微通道的边界，不同神经细胞的轴突通过微通道进行连接。
在一个实施例中，所述用于构建神经损伤修复模型微流控平台在神经细胞共培养和不同通道屏障下药物或神经营养因子诱导突触定向生长、分离的应用。
可选地，将神经细胞从进液口A注入，B为神经细胞排液口，同时将星形胶质细胞注入C进液口，D为其他细胞排液口。两种细胞在培养室共同生长至圆弧形边界，轴突通过100-700μm长微通道屏障进行连接。
可选地，加入神经营养因子或药物，诱导轴突的定向生长和分离。
在一个实施例中，将神经元从进液口A注入，B为神经元排液口，同时将胞体注入C进液口，D为胞体排液口。神经元与胞体在培养室共同生长至圆弧形边界，由于高度限制，中间的连接微通道只允许神经突的生长和通过，而神经元胞体被限制在培养通道中。形成的轴突通过100-700μm长微通道屏障进行连接。
在一个实施例中，将神经元从进液口A注入，B为神经元排液口，待神经元培养5天后，从进液口A和C同时加入某种神经毒素，对神经元及轴突进行人为损坏后，引入外源性神经营养因子，其可维持神经细胞生长，并定向诱导轴突再生，神经生长因子具有神经修复和保护双重作用。
在一个实施例中，将神经元从进液口A注入，B为神经元排液口，待神经元培养5天后，从进液口A和C同时加入某种神经毒素，对神经元及轴突进行人为损坏后，加入需要验证效果的某种药物，其可维持神经细胞生长，并定向诱导轴突再生，从而证明该药物具有神经修复和保护双重作用。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种微流控平台，其特征在于，包括多个培养室，培养室之间通过微通道连接，所述微通道的深度通过培养室内的细胞或组织的轴突确定，使得轴突通过所述微通道，轴突对应的细胞和组织无法通过所述微通道，不同培养室的细胞或组织通过轴突连接。
2.根据权利要求1所述的微流控平台，其特征在于，所述培养室与微通道连通的一侧呈弧形，从而使得培养室之间的微通道长度不同。
3.根据权利要求1所述的微流控平台，其特征在于，所述微通道为多条矩形凹槽结构。
4.根据权利要求1所述的微流控平台，其特征在于，所述培养室为具有进液口和出液口的不规则形状的凹槽，所述不规则形状的凹槽的深度深于所述微通道的深度。
5.根据权利要求1所述的微流控平台，其特征在于，所述微通道的深度在5-10μm。
6.一种制造权利要求1-5中任一所述的微流控平台的制备方法，其特征在于，包括：
制造模具，包括采用电铸方法制造微流控芯片模具，所述模具包括两层高度不同的凸台，高度较高的凸台用于制作培养室，所述高度较低的用于制作微通道；
对模具进行浇注，获得微流控平台。
7.根据权利要求6所述的微流控平台的制备方法，其特征在于，所述制造模具的步骤包括：
采用电铸技术制作微流控芯片模具，将图形打印在菲林片上，制得掩膜版，洗净烘干备用。
8.根据权利要求6所述的微流控平台的制备方法，其特征在于，所述制造模具的步骤包括：
甩胶机在玻璃上旋涂正胶，使用掩模版遮挡基底，进行曝光，显影。
9.根据权利要求6所述的微流控平台的制备方法，其特征在于，所述对模具进行浇注的步骤包括：
采用硅橡胶预聚体和固化剂质量比10∶1的比例混合搅拌均匀，浇注在模具表面，固化成型后打孔。
10.一种微流控平台在构建神经损伤修复模型中的应用，其特征在于，包括：将不同的神经细胞在不同的培养室培养至培养室与微通道的边界，不同神经细胞的轴突通过微通道进行连接。
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