凝膠澆筑微流控芯片是微流控技術(shù)與凝膠材料相結(jié)合的產(chǎn)物。例如用于異質(zhì)性細(xì)胞培養(yǎng)及監(jiān)測的微流控芯片，由PDMS基片和玻璃片鍵合組成，其中PDMS基片上設(shè)計(jì)有多個(gè)功能單元組合形成的復(fù)合結(jié)構(gòu)，功能單元里的凝膠通道用于灌注各種粘度的凝膠和細(xì)胞形成的凝膠混合液，凝膠由親水性聚合物鏈交聯(lián)形成，為細(xì)胞生長提供三維支架。

凝膠在微流控芯片中的作用

提供細(xì)胞生長環(huán)境

凝膠能形成三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，起到細(xì)胞外基質(zhì)的作用，為氧氣、營養(yǎng)物質(zhì)和代謝廢物的擴(kuò)散和交換提供支持，可用于體外三維仿生環(huán)境下異質(zhì)性腫瘤細(xì)胞的長時(shí)程、高活力培養(yǎng)。

輔助實(shí)現(xiàn)特定功能

微流控技術(shù)在凝膠材料形成中能起到多種作用，如提供精確控制的微環(huán)境，允許對(duì)凝膠形成過程進(jìn)行精確調(diào)節(jié)；通過控制流體流動(dòng)和反應(yīng)條件，優(yōu)化凝膠的物理和化學(xué)特性；促進(jìn)凝膠結(jié)構(gòu)的定制，形成梯度凝膠、多孔凝膠和微球凝膠等復(fù)雜結(jié)構(gòu)。

凝膠澆筑微流控芯片的制備方法

以用于異質(zhì)性細(xì)胞培養(yǎng)及監(jiān)測的微流控芯片為例，其制備步驟如下：

制作硅片模板：用光刻法制作微流控芯片結(jié)構(gòu)圖案硅片模板，包括旋涂光刻膠、軟烘焙、紫外曝光、后烘、顯影、堅(jiān)膜、硅烷化處理步驟。

混合PDMS預(yù)聚物與聚合劑：將聚二甲基硅氧烷（PDMS）預(yù)聚物與聚合劑以質(zhì)量比為（8 - 15）:1的比例混合攪拌，離心去除氣泡。

澆筑與固化：將混合離心好的PDMS澆筑于硅片模板上，抽真空排除氣泡后，轉(zhuǎn)移至80℃烘箱加熱直至PDMS固化。

切割與打孔：將固化的PDMS芯片從模板上切割取出，根據(jù)需求打進(jìn)樣孔。

鍵合：通過等離子體處理或者利用夾具將PDMS芯片和玻璃片緊密貼合，確保液體不滲漏。

凝膠澆筑微流控芯片的應(yīng)用

細(xì)胞培養(yǎng)與監(jiān)測

可用于體外三維仿生環(huán)境下異質(zhì)性腫瘤細(xì)胞的長時(shí)程、高活力培養(yǎng)，實(shí)現(xiàn)多細(xì)胞相互作用的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)觀察，監(jiān)測不同亞型腫瘤細(xì)胞在功能特征、藥物敏感性、發(fā)生發(fā)展速度和轉(zhuǎn)移潛力等方面的差異，為個(gè)性化治療、腫瘤耐藥研究、疾病進(jìn)展預(yù)測以及新藥開發(fā)提供新型高通量仿生平臺(tái)。

組織工程

微流控凝膠材料在組織工程中具有重要應(yīng)用，例如微流控技術(shù)與生物印刷相結(jié)合，使用凝膠材料構(gòu)建活體組織和器官，凝膠材料提供結(jié)構(gòu)支撐和生化環(huán)境，支持細(xì)胞增殖、分化和組織再生。

細(xì)胞體外培養(yǎng)模型構(gòu)建

如將瓊脂糖凝膠作為基本的芯片構(gòu)筑材料，與PDMS材料組合成雜化芯片，可實(shí)現(xiàn)細(xì)胞的高效捕獲、圖案化捕獲，還能構(gòu)建多種細(xì)胞體外共培養(yǎng)模型，例如人臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞與人腦膠質(zhì)瘤細(xì)胞在凝膠微坑陣列上的共培養(yǎng)模型。

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