原创 凝胶浇筑微流控芯片技术

凝胶浇筑微流控芯片的介绍

凝胶浇筑微流控芯片是微流控技术与凝胶材料相结合的产物。例如用于异质性细胞培养及监测的微流控芯片，由PDMS基片和玻璃片键合组成，其中PDMS基片上设计有多个功能单元组合形成的复合结构，功能单元里的凝胶通道用于灌注各种粘度的凝胶和细胞形成的凝胶混合液，凝胶由亲水性聚合物链交联形成，为细胞生长提供三维支架。

凝胶在微流控芯片中的作用

提供细胞生长环境

凝胶能形成三维网络结构，起到细胞外基质的作用，为氧气、营养物质和代谢废物的扩散和交换提供支持，可用于体外三维仿生环境下异质性肿瘤细胞的长时程、高活力培养。

辅助实现特定功能

微流控技术在凝胶材料形成中能起到多种作用，如提供精确控制的微环境，允许对凝胶形成过程进行精确调节；通过控制流体流动和反应条件，优化凝胶的物理和化学特性；促进凝胶结构的定制，形成梯度凝胶、多孔凝胶和微球凝胶等复杂结构。

凝胶浇筑微流控芯片的制备方法

以用于异质性细胞培养及监测的微流控芯片为例，其制备步骤如下：

制作硅片模板：用光刻法制作微流控芯片结构图案硅片模板，包括旋涂光刻胶、软烘焙、紫外曝光、后烘、显影、坚膜、硅烷化处理步骤。

混合PDMS预聚物与聚合剂：将聚二甲基硅氧烷（PDMS）预聚物与聚合剂以质量比为（8 - 15）:1的比例混合搅拌，离心去除气泡。

浇筑与固化：将混合离心好的PDMS浇筑于硅片模板上，抽真空排除气泡后，转移至80℃烘箱加热直至PDMS固化。

切割与打孔：将固化的PDMS芯片从模板上切割取出，根据需求打进样孔。

键合：通过等离子体处理或者利用夹具将PDMS芯片和玻璃片紧密贴合，确保液体不渗漏。

凝胶浇筑微流控芯片的应用

细胞培养与监测

可用于体外三维仿生环境下异质性肿瘤细胞的长时程、高活力培养，实现多细胞相互作用的实时动态观察，监测不同亚型肿瘤细胞在功能特征、药物敏感性、发生发展速度和转移潜力等方面的差异，为个性化治疗、肿瘤耐药研究、疾病进展预测以及新药开发提供新型高通量仿生平台。

组织工程

微流控凝胶材料在组织工程中具有重要应用，例如微流控技术与生物印刷相结合，使用凝胶材料构建活体组织和器官，凝胶材料提供结构支撑和生化环境，支持细胞增殖、分化和组织再生。

细胞体外培养模型构建

如将琼脂糖凝胶作为基本的芯片构筑材料，与PDMS材料组合成杂化芯片，可实现细胞的高效捕获、图案化捕获，还能构建多种细胞体外共培养模型，例如人脐静脉内皮细胞与人脑胶质瘤细胞在凝胶微坑阵列上的共培养模型。

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