一種弧形凹陷小孔的PDMS聚合物芯片的制備方法及應(yīng)用技術(shù)

一種弧形凹陷小孔的PDMS聚合物芯片的制備方法及應(yīng)用，該方法的步驟為利用軟蝕刻技術(shù)制作PDMS通道芯片模板；制作PDMS薄膜，將上述的PDMS通道芯片模板，與PDMS薄膜封接后，與玻璃片封接，底部用金屬管連接氣體，對(duì)整個(gè)裝置進(jìn)行表面修飾；將未固化后的PDMS聚合物溶液倒入上述的裝置，通入氣體，加熱固化PDMS聚合物溶液，剝離PDMS芯片即可；表面修飾后的PDMS芯片可以用于細(xì)胞的三維培養(yǎng)，該方法無(wú)需昂貴的刻蝕設(shè)備，具有操作簡(jiǎn)單、快速，實(shí)驗(yàn)成本低廉，不涉及有機(jī)試劑，環(huán)境友好，可與其它技術(shù)集成化的優(yōu)點(diǎn)。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本專(zhuān)利技術(shù)涉及聚合物芯片的加工，制作，修飾及其應(yīng)用領(lǐng)域，特別提供了一種弧形凹陷小孔的PDMS聚合物芯片的制備方法及應(yīng)用。
技術(shù)介紹
組織工程學(xué)是近年來(lái)興起的一門(mén)新興學(xué)科。它是應(yīng)用生命科學(xué)和工程學(xué)的原理與技術(shù)，在正確認(rèn)識(shí)哺乳動(dòng)物的正常及病理兩種狀態(tài)下結(jié)構(gòu)與功能關(guān)系的基礎(chǔ)上，研究、開(kāi)發(fā)用于修復(fù)、維護(hù)、促進(jìn)人體各種組織或器官損傷后的功能和形態(tài)生物替代物。組織工程的核心就是建立細(xì)胞與生物材料的三維空間復(fù)合體，即具有生命力的活體組織，用以對(duì)病損組織進(jìn)行形態(tài)、結(jié)構(gòu)和功能的重建并達(dá)到永久性替代。三維培養(yǎng)是利用各種方法及材料，使細(xì)胞呈空間立體方式生長(zhǎng)，更接近于體內(nèi)生長(zhǎng)模式，形成類(lèi)似體內(nèi)組織的結(jié)構(gòu)，發(fā)揮 其功能。軟骨組織由于缺乏血液系統(tǒng)，損傷后自身修復(fù)能力差，而軟骨細(xì)胞在體外進(jìn)行單層貼壁培養(yǎng)的過(guò)程中，會(huì)發(fā)生去分化現(xiàn)象，使軟骨細(xì)胞由典型的多邊形細(xì)胞向纖維樣細(xì)胞分化，其分泌II型膠原的特征開(kāi)始向分泌I型膠原的功能轉(zhuǎn)化并逐步喪失分泌聚集蛋白聚糖(Aggrecan)的功能。近年來(lái)利用制作弧形凹陷微結(jié)構(gòu)形成三維細(xì)胞結(jié)構(gòu)來(lái)研究細(xì)胞行為和功能越來(lái)越被人所關(guān)注?，F(xiàn)在報(bào)道的微結(jié)構(gòu)形成三維細(xì)胞結(jié)構(gòu)一方面可為體外培養(yǎng)細(xì)胞提供與其組織來(lái)源相似甚至相同的細(xì)胞生長(zhǎng)微環(huán)境和細(xì)胞聯(lián)系，從而既有利于各類(lèi)細(xì)胞的分化定向誘導(dǎo)，又有利于細(xì)胞分化表型的維持和增殖；另一方面可望在體外構(gòu)建與各類(lèi)組織、器官相應(yīng)的細(xì)胞三維生長(zhǎng)類(lèi)似物或等同物。而其應(yīng)用領(lǐng)域也涉及干細(xì)胞分化，胰島細(xì)胞功能再生、體外器官重建等諸多方面。隨著生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的需求，制作弧形凹陷微結(jié)構(gòu)方法也在飛速發(fā)展，主要的方法有冰刻蝕，軟刻蝕、電子束刻蝕，原位合成法，氣動(dòng)技術(shù)等(I、Park, J.Y. ;Hwang, C. M. ;Lee, S. -H., Ice-lithographic fabrication of concave microwells anda microfluidic network. Biomedical Microdevices 2008，11(I)，129-133 ;2、Xu，Y. ;Xie, F. ; Qiuj T. ;Xie，L ; Xing, W. ; Cheng, J. , Rapid fabrication of a microdevice withconcave microwells and its application in embryoid body formation. Biomicrofluidics2012，6(1)，016504)。盡管上述方法現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)展的較為成熟，但仍有很多因素限制了其更加廣泛的應(yīng)用軟刻蝕、電子束刻蝕等技術(shù)修飾的精度高，但其需要專(zhuān)業(yè)化的昂貴儀器并且操作復(fù)雜；原位合成法雖然操作簡(jiǎn)單，但其用于原位合成的分子價(jià)格昂貴并且合成的體系有時(shí)會(huì)用到大量有機(jī)試劑；氣動(dòng)方式技術(shù)簡(jiǎn)單、快速、成本低廉，但所需要的通道模板是要求帶有小孔結(jié)構(gòu)的通透模板，制作方法繁瑣、操作復(fù)雜。綜上所述，專(zhuān)利技術(shù)一種簡(jiǎn)單、快速、易于操作、環(huán)境友好、易于集成，可控性強(qiáng)、并且價(jià)格低廉的制作弧形的凹陷小孔的PDMS聚合物芯片的方法具有十分重要意義的
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專(zhuān)利技術(shù)的目的在于提供一種弧形凹陷小孔的PDMS聚合物芯片的制備方法及應(yīng)用，以解決以往制作工藝中存在的操作復(fù)雜、價(jià)格昂貴等問(wèn)題。本專(zhuān)利技術(shù)提供了一種弧形凹 陷小孔的PDMS聚合物芯片的制備方法，該方法的具體步驟如下 ( I)利用光蝕刻技術(shù)制作含有多個(gè)小孔的SU-8聚合物模板；(2)對(duì)SU-8聚合物模板進(jìn)行85-90攝氏度加熱5_10分鐘進(jìn)行熱熔，使小孔的形狀由直角形變?yōu)榘枷菪停?3)對(duì)熱熔后的SU-8聚合物模板進(jìn)行整體的紫外曝光60-90秒；(4)將未固化PDMS聚合物溶液(單體與固化劑配比為10 :1)傾倒入SU-8聚合物模板上，80-90攝氏度加熱固化PDMS聚合物溶液20-40分鐘，剝離固化PDMS聚合物芯片，得到PDMS聚合物反模芯片；(5)將未固化PDMS聚合物溶液(單體與引發(fā)劑配比為10 :1)傾倒入上述的PDMS聚合物反模芯片上，80-90攝氏度加熱固化PDMS聚合物溶液20-40分鐘，剝離固化PDMS聚合物芯片，得到具有凹陷小孔的PDMS聚合物芯片。本專(zhuān)利技術(shù)提供的弧形凹陷小孔的PDMS聚合物芯片的制備方法，所述的制作方法的光刻蝕形式。本專(zhuān)利技術(shù)提供的弧形凹陷小孔的PDMS聚合物芯片的制備方法，所述的聚合物為PDMS聚合物或可以用于軟刻蝕的聚合物。本專(zhuān)利技術(shù)提供的弧形凹陷小孔的PDMS聚合物芯片的制備方法，該方法中所形成的微米級(jí)別的凹孔，該微孔的寬度和結(jié)構(gòu)為設(shè)計(jì)固定，可通過(guò)顯影的時(shí)間調(diào)節(jié)小孔的深度，可通過(guò)熱熔的時(shí)間調(diào)節(jié)小孔的形狀。凹陷形小孔的深度通過(guò)調(diào)節(jié)乳酸乙酯顯影SU-8聚合物模板的時(shí)間來(lái)控制，時(shí)間為5-10分鐘，顯影時(shí)間越長(zhǎng)，小孔的深度越大。凹陷形小孔的曲率形狀通過(guò)在加熱板調(diào)節(jié)熱熔的加熱時(shí)間來(lái)控制，加熱時(shí)間為5-10分鐘，熱熔時(shí)間越長(zhǎng)，小孔的曲率越大。本專(zhuān)利技術(shù)還提供了弧形凹陷小孔的PDMS聚合物芯片的應(yīng)用，使用本專(zhuān)利技術(shù)提供的方法制作弧形的凹陷小孔的PDMS聚合物芯片，對(duì)此芯片進(jìn)行滅菌，表面修飾后的可以用于形成軟骨細(xì)胞微球并對(duì)其進(jìn)行細(xì)胞的三維培養(yǎng)，例如以具有微米弧形凹陷小孔結(jié)構(gòu)的PDMS芯片表面形成軟骨三維細(xì)胞小球及其表現(xiàn)維持，研究的方法將進(jìn)行修飾后微米凹陷小孔結(jié)構(gòu)的PDMS芯片為底層，接種軟骨細(xì)胞懸液，在重力的條件下，軟骨細(xì)胞會(huì)自發(fā)的形成三維微球，培養(yǎng)后能保持三維結(jié)構(gòu)，通過(guò)免疫熒光染色，軟骨細(xì)胞的II型膠原和蛋白多糖顯現(xiàn)T聞表達(dá)。本專(zhuān)利技術(shù)提供的以制作弧形的凹陷小孔的PDMS聚合物芯片方法，用于形成軟骨細(xì)胞三維結(jié)構(gòu)并長(zhǎng)期培養(yǎng)，軟骨三維細(xì)胞能保持特定的功能。同時(shí)，本方法還為不具備專(zhuān)業(yè)刻蝕設(shè)備及技術(shù)的實(shí)驗(yàn)室提供了一種具有應(yīng)用潛力的表面修飾平臺(tái)。本專(zhuān)利技術(shù)提供的以SU-8為模板的快速制作弧形凹陷小孔PDMS聚合物芯片的方法，其優(yōu)點(diǎn)在于I、無(wú)需昂貴的刻蝕設(shè)備；2、操作簡(jiǎn)單、快速；；3、實(shí)驗(yàn)成本低廉4、不涉及有機(jī)試劑，環(huán)境友好；5、可與其它技術(shù)集成化。附圖說(shuō)明圖I為制作形成軟骨三維微球及其表型維持的PDMS聚合物芯片的方法的流程圖；圖2為制作形成軟骨三維微球及其表型維持的PDMS聚合物芯片的方法的原理與流程圖；圖3為制作形成軟骨三維微球及其表型維持的PDMS聚合物芯片接種大鼠軟骨細(xì)胞的培養(yǎng)3天的生長(zhǎng)增殖情況，其中A圖為明場(chǎng)條件下軟骨細(xì)胞三維微球的培養(yǎng)3天的增殖照片，B圖為軟骨細(xì)胞三維微球培養(yǎng)三天直徑的統(tǒng)計(jì)，C圖為軟骨細(xì)胞微球培養(yǎng)三天后直 徑的分布統(tǒng)計(jì)。；圖4為大鼠軟骨細(xì)胞分別在孔板和弧形凹陷小孔的TOMS聚合物芯片培養(yǎng)三天后免疫表達(dá)II型膠原的熒光照片；圖5為大鼠軟骨細(xì)胞分別在孔板和弧形凹陷小孔的TOMS聚合物芯片培養(yǎng)三天后免疫表達(dá)蛋白多糖的熒光照片。具體實(shí)施例方式下面的實(shí)施例將對(duì)本專(zhuān)利技術(shù)予以進(jìn)一步的說(shuō)明，但并不因此而限制本專(zhuān)利技術(shù)。實(shí)施例I利用光刻蝕技術(shù)制作SU-8聚合物模板，模板為20 X 20的圓形小孔，模板的結(jié)構(gòu)為圓柱形。如圖I所示，將SU-8光刻蝕膠涂于干凈的玻璃片上，95攝氏度加熱I小時(shí)后；放上設(shè)計(jì)好的掩膜在紫外下曝光60秒后；95攝氏度加熱15分鐘，顯影5分鐘，在80°C下加熱固化2小時(shí)；完全曝光90秒。將未固化的PDMS (10 :本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種弧形凹陷小孔的PDMS聚合物芯片的制備方法，其特征在于：該方法的具體步驟如下：（1）利用光蝕刻技術(shù)制作含有多個(gè)小孔的SU?8聚合物模板；（2）對(duì)SU?8聚合物模板進(jìn)行熱熔，使小孔的形狀由直角形變?yōu)榘枷菪停唬?）對(duì)熱熔后的SU?8聚合物模板進(jìn)行整體的紫外曝光；（4）將未固化PDMS聚合物溶液傾倒入SU?8聚合物模板上，加熱固化PDMS聚合物溶液，剝離固化PDMS聚合物芯片，得到PDMS聚合物反模芯片；（5）將未固化PDMS聚合物溶液傾倒入上述的PDMS聚合物反模芯片上，加熱固化PDMS聚合物溶液，剝離固化PDMS聚合物芯片，得到具有凹陷小孔的PDMS聚合物芯片。

【技術(shù)特征摘要】
1.ー種弧形凹陷小孔的PDMS聚合物芯片的制備方法，其特征在于該方法的具體步驟如下 (1)利用光蝕刻技術(shù)制作含有多個(gè)小孔的SU-8聚合物模板； (2)對(duì)SU-8聚合物模板進(jìn)行熱熔，使小孔的形狀由直角形變?yōu)榘枷菪停? (3)對(duì)熱熔后的SU-8聚合物模板進(jìn)行整體的紫外曝光； (4)將未固化PDMS聚合物溶液傾倒入SU-8聚合物模板上，加熱固化PDMS聚合物溶液，剝離固化PDMS聚合物芯片，得到PDMS聚合物反模芯片； (5)將未固化PDMS聚合物溶液傾倒入上述的PDMS聚合物反模芯片上，加熱固化PDMS聚合物溶液，剝離固化PDMS聚合物芯片，得到具有凹陷小孔的PDMS聚合物芯片。2.按照權(quán)利要求I所述弧形凹陷小孔的PDMS聚合物芯片的制備方法，其特征在于所述步驟(2)中，熱熔的條件為85-90攝氏度加熱5-10分鐘。3.按照權(quán)利要求I所述弧形凹陷小孔的TOMS聚合物芯片的制備方法，其特征在于所述步驟(3)中，紫外曝光時(shí)間為60-90秒。4.按照權(quán)利要求I所述弧形凹陷小孔的PDMS聚合物芯片的制備方法，其特征在于所述步驟(4)和(5)中，未固化PDMS聚合物溶液為PDMS單體與固化劑配比為10 :1。5.按照權(quán)利要求I所述弧形凹陷小孔...

【專(zhuān)利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：秦建華，石楊，姜雷，張旭，
申請(qǐng)(專(zhuān)利權(quán))人：中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所，
類(lèi)型：發(fā)明
國(guó)別省市：