CN220246114U - 一种用于药物筛选的浓度梯度微流控芯片 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种浓度梯度微流控芯片及其应用，将细胞培养和药物筛选集成在芯片上，浓度梯度微流控芯片包括：28个用于进行样品溶液混合的具有挡板结构的矩形微通道(2)和16个用于进行细胞培养的培养腔室(5)。微流控装置的药物入口（3）和培养基入口（4）和16个出口（1）用于注射样品溶液和排除废液。本实用新型设计的微流控芯片装置能够使在单位时间内产生可控、精确和稳定的两组浓度梯度药物溶液，实现同时评估一种不同浓度药物分别对两种癌细胞的效应，这有利于大规模定量和准确地评估最佳药物浓度。

Description

一种用于药物筛选的浓度梯度微流控芯片

技术领域

本实用新型主要涉及微流控技术领域，具体涉及药物筛选领域，是一种具有新型结构的用于药物筛选的浓度梯度微流控芯片。

背景技术

微流控芯片作为一种分析技术平台，具有操作简单、高效省时等诸多优点。近年来在疾病诊断、药物筛选、环境监测以及有机合成等领域均有应用。其中，浓度梯度微流控芯片是生物研究中最重要的组成部分之一，浓度梯度微流控芯片可以同时产生各种浓度梯度，而无需手动移液构建浓度梯度。药物筛选和治疗优化等通常需要研究不同药物浓度下的剂量依赖性细胞反应，因此，浓度梯度微流控芯片成为这一领域的有力工具。传统的药物浓度梯度试验主要在多孔板上进行，这种方式不仅需要繁琐和重复的步骤，而且需要投入过多的时间和精力。随着微流控技术的发展和微流控芯片在生物学研究中的广泛应用，基于浓度梯度的微流控芯片的正在快速发展，浓度梯度微流控芯片以其试剂消耗低、易于控制和自动化等优点而备受关注，并被广泛应用于药物筛选领域。浓度梯度微流控芯片所获得的梯度是可预测的和可重复的，又是可控制的和定量的。除此之外，浓度梯度微流控芯片在速度、成本、样品试剂消耗、污染、效率和自动化等方面都展示出了巨大优势，有着广泛的应用前景。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种用于药物筛选的浓度梯度微流控芯片，与传统的药物梯度浓度试验装置相比，浓度梯度微流控芯片可以定量、大规模地评估不同药物的毒性和最佳的作用浓度，不仅可以提高吞吐量、降低试验成本，而且可以快速、精确地控制，具有更高的梯度分辨率。

为解决上述技术问题，本实用新型的技术方案是：该装置主要由薄的聚二甲基硅氧烷（PDMS）层和玻璃载玻片组成。28个用于进行样品溶液混合的具有挡板结构的矩形微通道和16个用于进行细胞培养的培养腔室。微流控装置的2个入口和16个出口分别用于注射样品溶液和排除废液。

所述微通道宽度均为100μm。

所述芯片的浓度梯度生成结构、细胞培养结构、流体通道的高度相同，均为50μm。

本实用新型微流控药物筛选芯片结构设计巧妙、注入样品方便快捷，利用具有挡板结构的矩形微通道，使微通道顶部流道面积减小，流体在经过挡板的顶部与微通道壁面间的小通道时流速快速增加，快速流过的流体存在较大的离心力，流体经过挡板后，流体被扰动得更加严重，混合效果进一步增强。

可以使样品药物与培养溶液有效的充分混合，并在细胞培养腔室内形成不同浓度梯度。与传统的孔板技术相比，可以在腔室内给细胞提供动态培养条件、研究细胞间的相互作用，更加贴近细胞的真实生存环境。通过透明芯片可以观察细胞的生长状况和药物在不同阶段作用于细胞的效果。显著降低了试剂样本的消耗，大大简化的操作过程，提高了细胞的培养效率、使药物筛选的结果更加准确。

本实用新型的筛选方法，明确了待测样品药物对肿瘤细胞凋亡坏死作用的最佳浓度。

附图说明

图1为本实用新型芯片本体上的微流道结构示意图；

图2为本实用新型具有挡板结构的矩形微通道结构示意图；

图3为本实用新型芯片本体上微通道的不同浓度梯度模拟图；

1-芯片废液出口/细胞接种入口；

2-具有挡板结构的矩形微通道；

3-药物入口；4-培养基溶液入口；

5-细胞培养腔室。

具体实施方式

下面结合具体实例进一步详细说明本实用新型。

针对目前细胞培养及药物筛选的问题，本实用新型提供了一种用于药物筛选的浓度梯度微流控芯片，具体设计一种细胞培养和药物筛选一体化的浓度梯度微流控芯片，其通过将细胞培养和药物筛选集成于一体，来构建与人体体内相似的动态微环境，让细胞可以进行三维培养，从而能够更接近体内细胞的培养环境，提高药物的筛选效率。

请参阅图1，本实施例提供一种药物筛选的集成化微流控芯片，由薄的聚二甲基硅氧烷（PDMS）层和玻璃载玻片组成；所述PDMS流体层与玻璃层通过等离子键合构成不可逆的流体通道单元。

所述流体通道单元包括：位于芯片上的浓度梯度生成结构与细胞培养腔室结构；所述浓度梯度生产结构与细胞培养腔室区之间设有缓冲区，所述浓度梯度生成区、细胞培养腔室区、缓冲区和微通道相互连接。

利用浓度梯度生成结构可以实现药物浓度自动分配，可以生成浓度为0 mg/ml、0.125 mg/ml、0.25 mg/ml、0.375 mg/ml、0.5 mg/ml、0.625 mg/ml、0.75 mg/ml、0.875 mg/ml、1 mg/ml的胆木药物提取溶液。

随着胆木药物提取溶液浓度的增加，细胞凋亡的越多，并且随着药物浓度及作用的时间的增加，抑制细胞生长的作用增强。

所述用于药物筛选的浓度梯度微流控芯片的操作方法，具体如下步骤

步骤1、所述浓度梯度微流控芯片制作完成后，首先需要进行紫外线灭菌处。对所述浓度梯度微流控芯片的通道进行冲洗。使用注射泵，将细胞悬液通过流体通道的出口注入芯片的细胞培养腔室，让细胞注满细胞培养腔室后，让芯片静止，将芯片放置于细胞培养箱中培养；

步骤2、用注射泵将细胞培养液以10μL/min的速度注入细胞培养腔室，然后将芯片放在培养箱中进行培养；

步骤3、细胞培养结束后，分别在入口（3）和入口（4）注入所需浓度的胆木药物提取溶液和细胞培养液。使两种溶液经过浓度梯度结构后流向细胞培养腔室。

步骤4、药物刺激24小时后，停止注入胆木药物提取溶液和细胞培养溶液，随后注入PBS缓冲溶液进行冲洗。

步骤5、在所述细胞入口注入染色溶液，对细胞进行染色，测定细胞活力。

根据上述方法筛选出胆木药物提取溶液作用于细胞的最佳剂量。

芯片细胞培养：使用纤维蛋白溶液对所述的微流控装置内部通道及细胞培养腔室进行修饰，之后再使用不含血清的培养基冲洗掉多余的纤维蛋白溶液，使用数字注射泵将细胞密度为 1x10⁶cell/ml 的人肝癌HepG2细胞悬液和人乳腺癌MCF-7 细胞悬浮液分别接种到对应的培养腔室中，将微流控芯片放入培养箱中，使细胞贴壁培养24h，再进行细胞耐药性分析研究。

芯片细胞活力检测：使用 AO/PI 双染法检测人肝癌HepG2细胞和人乳腺癌MCF-7细胞在药物刺激 24 h 后的细胞活力。使用不同剂量的含胆木提取液的培养基与细胞共孵育，24 h 后停止孵育，使用 PBS 缓冲进行液冲洗，然后将10 μg/ml 的 AO/PI 溶液注入到芯片的细胞培养腔室中，在37℃的条件下孵育 15 min，再用 PBS缓冲液冲洗掉多余的染色溶液，采集荧光图像，其进行定量分析，测定细胞活力。

Claims (6)

1.一种用于药物筛选的浓度梯度微流控芯片，其特征在于，用于药物筛选的浓度梯度微流控芯片主要由薄的聚二甲基硅氧烷层和玻璃载玻片组成，所述的聚二甲基硅氧烷层与玻璃载玻片通过等离子键合构成流体通道，其中，所述聚二甲基硅氧烷层内部包括流体入口和流体出口，与所述流体入口和所述流体出口连接着流体通道以及由所述流体通道围绕的16个圆形细胞培养腔室。

2.根据权利要求1所述的用于药物筛选的浓度梯度微流控芯片，其特征在于，所述流体入口和所述圆形细胞培养腔室之间由具有挡板结构的矩形微通道连接，所述的具有挡板结构的矩形微通道的宽度为100μm，高度为50μm，所述的流体出口与圆形细胞培养腔室连接，流体出口用于废液的流出及作为细胞接种的入口。

3.根据权利要求1所述的用于药物筛选的浓度梯度微流控芯片，其特征在于，圆形细胞培养腔室均匀分布，所述圆形细胞培养腔直径为1200μm。

4.根据权利要求2所述的用于药物筛选的浓度梯度微流控芯片，其特征在于，在所述的圆形细胞培养腔室的下方分别设置有出口连接。

5.如权利要求1所述的用于药物筛选的浓度梯度微流控芯片，其特征在于，用于药物筛选的浓度梯度微流控芯片的浓度梯度生成结构、细胞培养结构、流体通道的高度相同，均为50μm。

6.一种如权利要求1-5任一项所述的用于药物筛选的浓度梯度微流控芯片，其特征在于，所述的圆形细胞培养腔室具有9种不同的药物浓度梯度。