一種用于多物質(zhì)配伍藥效篩選的微流控芯片的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及微流控芯片技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種用于多物質(zhì)配伍藥效篩選的微流控芯片。
【背景技術(shù)】
[0002]面臨著21世紀(jì)科技發(fā)展中提出的眾多挑戰(zhàn)，分析儀器和分析科學(xué)也正經(jīng)歷著帶有革命性的重要轉(zhuǎn)折時(shí)期，其中一個(gè)日益明顯的發(fā)展趨勢就是化學(xué)分析設(shè)備的微型化、集成化與便攜化。于是，為了適應(yīng)時(shí)代發(fā)展的需要，微全分析系統(tǒng)(Micro TotalAnalytical System, KTAS)的概念誕生了，這種以芯片為操作平臺，以分析化學(xué)為理論基礎(chǔ)，以微機(jī)電加工技術(shù)為依托，以微管道網(wǎng)絡(luò)為結(jié)構(gòu)特征的多學(xué)科交叉技術(shù)-微流控芯片(Microfluidics)又稱芯片實(shí)驗(yàn)室(Lab-on_a-Chip，L0C)技術(shù)得到了迅猛的發(fā)展，它通過化學(xué)分析設(shè)備的微型化與集成化，可以把生物和化學(xué)實(shí)驗(yàn)室的一系列功能，如樣品制備、反應(yīng)、混合、分離、分析和檢測以及細(xì)胞和微生物的培養(yǎng)、觀測、分選等基本操作單元集成或基本集成在一塊幾平方厘米的芯片上，目前，它已成為目前分析儀器發(fā)展的重要方向與前沿，并在各研究領(lǐng)域逐步發(fā)揮著越來越重要的作用。
[0003]很長時(shí)間以來，成本過高、周期過長、成功率低下一直制約著現(xiàn)代藥物的篩選和開發(fā)，如何迅速地從海量化合物庫中篩選出先導(dǎo)化合物，快速地進(jìn)行臨床前毒理篩查，高效地檢測臨床疾病標(biāo)記物，從而縮短新藥研發(fā)周期，降低開發(fā)成本，已成為國際制藥界一個(gè)令人關(guān)注的課題。高通量高內(nèi)涵藥物篩選、體外毒理實(shí)驗(yàn)等技術(shù)因此應(yīng)運(yùn)而生并不斷發(fā)展，各種以全自動和高通量為標(biāo)簽的大型儀器設(shè)備也不斷面市，但實(shí)踐表明，這些基于傳統(tǒng)新藥研發(fā)技術(shù)體系的局部技術(shù)改良或優(yōu)化并未能實(shí)質(zhì)性地降低新藥研發(fā)的成本和周期。要解決新藥研發(fā)的關(guān)鍵技術(shù)瓶頸，實(shí)質(zhì)性降低新藥研發(fā)的周期和成本，需要向傳統(tǒng)新藥研發(fā)體系內(nèi)引入新概念，從根本上對新藥研發(fā)流程中的各個(gè)主要技術(shù)環(huán)節(jié)進(jìn)行革新，實(shí)現(xiàn)對整個(gè)新藥研發(fā)體系某種程度上的升級，而微流控芯片很可能就是這樣一種能夠“解決問題”的新興科學(xué)技術(shù)。
[0004]得益于現(xiàn)代化的微加工技術(shù)(MEMS )和微通道內(nèi)精細(xì)的流體控制技術(shù)，微流控芯片應(yīng)用于藥物篩選研究的技術(shù)也日趨成熟，并正在影響著整個(gè)新藥研發(fā)的進(jìn)程。由于具有快速檢測分析、試劑消耗量少、靈活可控、信息量大、高通量等諸多優(yōu)點(diǎn)，該技術(shù)可以克服傳統(tǒng)藥物篩選的限制，顯著縮短整個(gè)藥物篩選周期。
[0005]微流控芯片在解決創(chuàng)新藥物研發(fā)成本過高、周期過長等關(guān)鍵問題，革新傳統(tǒng)創(chuàng)新藥物研發(fā)體系等方面，顯示了極大的發(fā)展?jié)摿?。目前，微流控芯片技術(shù)用于藥物研究方面已見諸報(bào)道，比如Andreas等制作了一種多參數(shù)具有微生理機(jī)能測試功能的芯片來檢測人T98G腦瘤細(xì)胞的新陳代謝產(chǎn)物，該芯片包含有微型化學(xué)生物傳感器，并集成有鍍了鉑和銥氧化物薄膜的微電極，整套系統(tǒng)能保持長期的穩(wěn)定性，不僅可以對細(xì)胞進(jìn)行長期培養(yǎng)，同時(shí)還能對細(xì)胞代謝產(chǎn)物的多種指標(biāo)進(jìn)行定量的檢測；Wang等設(shè)計(jì)了多層次的24X24橡膠陣列式微流控高通量篩選芯片，培養(yǎng)并用熒光標(biāo)記哺乳動物細(xì)胞，然后利用3種不同細(xì)胞(BALB/3T3細(xì)胞、HeLa細(xì)胞、牛內(nèi)皮細(xì)胞)篩選了洋地黃皂苷、皂角苷、丙烯醛等毒性物質(zhì)，在熒光顯微鏡下觀察藥物與細(xì)胞相互作用，測試了毒性物質(zhì)對細(xì)胞的形態(tài)和生存能力的影響，實(shí)驗(yàn)提供了一種高密度平行的藥物篩選方法。
[0006]目前，關(guān)于大規(guī)模集成微閥、通過操縱微閥進(jìn)行藥物篩選的微流控芯片的研究還并不多見，而這種能充分體現(xiàn)出集成化與靈活性優(yōu)勢的技術(shù)正是微流控芯片在細(xì)胞高通量藥物篩選研究領(lǐng)域的一個(gè)十分熱門的發(fā)展趨勢，但由于其加工制作的復(fù)雜性、操作的繁瑣性及需要多學(xué)科知識的交叉融合，又使得許多研究者對此類集成有微閥的藥物篩選芯片望而卻步，導(dǎo)致了集成有微閥的藥物篩選微流控芯片一直無法大規(guī)模應(yīng)用于細(xì)胞水平藥物篩選。基于此現(xiàn)狀，亟需開發(fā)一種加工難度相對較低、集成化、操作靈活且功能強(qiáng)大的藥物配伍篩選微流控芯片，以解決該研究領(lǐng)域的一些關(guān)鍵和難點(diǎn)問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]針對上述問題，本實(shí)用新型提供一種集成化多功能的微流控芯片，通過氣動微閥實(shí)現(xiàn)對細(xì)胞和微流體進(jìn)行操控，并應(yīng)用于高通量藥物配伍關(guān)系研究。
[0008]為實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型的上述目的，本實(shí)用新型提供一種用于多物質(zhì)配伍藥效篩選的微流控芯片，從上至下依次包括:微閥控制通道層、流體通道層及玻璃基底層；所述流體通道層與微閥控制通道層通過PDMS熱鍵合構(gòu)成流體通道單元，所述流體通道單元與玻璃基底層通過等離子鍵合成一體。
[0009]所述流體通道單元包括兩個(gè)功能區(qū)，分別為:藥物混合生成區(qū)與陣列式細(xì)胞培養(yǎng)區(qū)。
[0010]所述藥物混合生成區(qū)包括:混合腔、與混合腔連通的連接通道、與混合腔連通的藥液注入通道、及與混合腔連通的第一廢液排出通道；所述藥液注入通道設(shè)有若干組進(jìn)樣孔，分別作為培養(yǎng)液入口、對照藥物入口、待測藥物入口。
[0011]所述陣列式細(xì)胞培養(yǎng)區(qū)包括:細(xì)胞注入主通道、若干并列排布的細(xì)胞培養(yǎng)單元、及第二廢液排出通道；所述每一細(xì)胞培養(yǎng)單元通過支路微通道與細(xì)胞注入主通道相互并聯(lián)連通，所述細(xì)胞培養(yǎng)單元由若干個(gè)細(xì)胞培養(yǎng)腔通過支路微通道相互串聯(lián)組成一列，所述支路微通道的末端為彎曲流道，所述每一彎曲流道均與第二廢液排出通道相互連通；所述細(xì)胞注入主通道的末端設(shè)有細(xì)胞入口與廢液排出口。
[0012]所述藥物混合生成區(qū)的藥液注入通道與陣列式細(xì)胞培養(yǎng)區(qū)的細(xì)胞注入主通道相互連通。
[0013]所述流體通道單元包括三組控制微閥，分別為:第一微閥組、第二微閥組、及第三微閥組；所述第一微閥組、第二微閥組、及第三微閥組均為氣動控制微閥組；所述三組控制微閥的結(jié)構(gòu)均是由微閥控制通道層的PDMS與流體通道層的PDMS薄膜構(gòu)成密閉的空腔，并分別與壓力施加裝置相連。
[0014]所述第一微閥組包括七個(gè)控制微閥，均為氣動微閥；所述第二微閥組包括八個(gè)控制微閥，為五個(gè)氣動微閥與三個(gè)蠕動微閥；所述第三微閥組包括九個(gè)控制微閥，均為氣動微閥。
[0015]所述藥液注入通道的寬為200 μπι，混合腔由四個(gè)3X2.4mm的倒角矩形組成，連接通道寬為200 μπι，第一廢液排出通道寬為300 μπι;所述細(xì)胞培養(yǎng)腔為橢圓形，尺寸為I X 1.2mm，所述彎曲流道為“S”型，寬度為150 μ m，所述細(xì)胞注入主通道、第二廢液排出通道的寬均為300 μ m，所述支路微通道的寬為200 μ m。
[0016]所述控制微閥的通道的寬窄不一致，在需要實(shí)現(xiàn)開關(guān)作用處寬為400 μπι，在不需要控制作用處80 μm，在其余連接處寬為200 μπι。
[0017]所述芯片的壓力施加裝置為注射器、微量注射栗或本實(shí)驗(yàn)室自行研制的氣動微閥微栗控制裝置。
[0018]與現(xiàn)有技術(shù)相比本實(shí)用新型的有益效果。
[0019]本實(shí)用新型提供的用于多物質(zhì)配伍藥效篩選的微流控芯片，是一種集藥物自動化混合生成，細(xì)胞培養(yǎng)、受激、不同藥物配伍結(jié)果并行分析、實(shí)時(shí)觀察及結(jié)果檢測于一體的微流控芯片，并大規(guī)模的集成了氣動微閥，通過響應(yīng)快速、操作方便的氣動微閥來實(shí)現(xiàn)對細(xì)胞和微流體的操控。本實(shí)用新型把通常在常規(guī)條件下進(jìn)行的各待測藥物混合的步驟集成在芯片中，有效降低試劑的消耗，大大簡化了實(shí)驗(yàn)步驟，節(jié)省了時(shí)間，此外一次運(yùn)行還可獲得多個(gè)實(shí)驗(yàn)參數(shù)，充分發(fā)揮了微流控芯片集成化、自動化、高通量、多功能、靈活高效的特點(diǎn)，為高通量藥物配伍篩選和細(xì)胞-藥物研究提供了一個(gè)全新的技術(shù)平臺。
【附圖說明】
[0020]圖1為本實(shí)用新型微流控芯片的總體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021]圖2為本實(shí)用新型微流控芯片的結(jié)構(gòu)分解示意圖。
[0022]圖3為Hoechst33342和碘化丙啶PI雙染后熒光顯微鏡下的IfepG2細(xì)胞凋亡形態(tài)圖。
[0023]圖4為各組分配伍組對肝腫瘤細(xì)胞IfepG2的凋亡壞死影響柱狀圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024]下面結(jié)合具體實(shí)施例進(jìn)一步詳細(xì)說明本實(shí)用新型。
[0025]請參閱圖1、圖2，本實(shí)施例提供一種用于多物質(zhì)配伍藥效篩選的