一种表面局部浸润性可控基底及其应用的制作方法

本发明涉及微纳加工技术和细胞培养技术领域，更具体地，涉及一种表面局部浸润性可控基底及其应用。

背景技术：

近几年随着微加工技术而发展起来的体外三维模型，结构简单的有微组织（micro-tissμe），更为复杂的是器官芯片（organs-on-achip）。体外三维模型通过将多种细胞构筑成模拟体内组织、器官的三维结构，使其接近或达到组织、器官水平的功能，从而可以进行生物学基础研究、药物筛选以及组织工程研究。举例，mit的sangeetabhatia利用软刻蚀技术制备了微井阵列，在阵列里培养肝原代细胞，在阵列周围则培养成纤维细胞。基于该体外肝脏系统，作者研究了干细胞功能相关蛋白的表达情况，以及对毒素的耐受性。清华大学的孙伟课题组利用3d打印的方法，制备了含有hela细胞的网格状水凝胶结构。多伦多大学的warrenchan课题组将肿瘤细胞置于微流管道中，构建了纳米颗粒的渗透模型。

尽管上述模型能够在不同程度上模拟肿瘤组织的复杂环境，但有的结构相对简单，如肿瘤细胞和正常细胞分隔在不同的区域；有的可控因素相对较少，如肿瘤组织的尺寸难以调控。发展构建体外三维肿瘤模型的新方法、新技术，简捷、高效的制备能够模拟体内复杂结构，为精准医学、转化医学提供个性化的体外模型，仍是当期研究的一个重要挑战。

技术实现要素：

本发明的首要目的在于，提供了一种表面局部浸润性可控基底。

利用本发明提供的表面局部浸润性可控基底可简单、快捷的构建三维细胞共培养模型，且内、外层细胞的形状和大小可控，可为精准医学、转化医学提供个性化的体外模型。

本发明通过以下技术方案实现上述技术目的：

一种表面局部浸润性可控基底，包括超疏水的惰性表面和在所述惰性表面上的图案化电极，且该图案化电极的表面浸润性可控。

优选地，控制图案化电极的表面浸润性可控的方法，包括如下步骤：

s1.在超疏水的惰性表面基底上制备出图案化电极；

s2.通过分子修饰改变图案化电极的表面化学成分，使图案化电极的表面变为超疏水；再将超疏水的图案化电极的表面进行化学分子脱附，图案化电极表面变为亲水，实现浸润性可控。

优选地，表面局部浸润性可控基底的材质为玻璃或硅片。

优选地，超疏水的惰性表面基底是通过表面修饰改变化学成分，成为超疏水惰性表面。

优选地，超疏水的惰性表面基底的制备为：将原始基底进行刻蚀，并用十八烷基三氯硅烷修饰，变为惰性表面。

优选地，s1中制备图案化电极的操作为：通过微加工方法将导电物质的图案沉积在超疏水的惰性表面。同时惰性表面不全部被图案化电极覆盖。上述不全部覆盖的原因在于：为了形成特定图案的三维水凝胶模型，需要惰性基底来保证水凝胶只粘附在亲水的图案部分。

优选地，s2中分子修饰采用的物质为烷基硫醇分子。

优选地，烷基硫醇分子为十二烷基硫醇。

优选地，图案化电极为点阵组成，每个点阵分为内层和外层，内层和外层均为实心图形，内外层相互不接触；内层与外接电极连接，外层与外接电极连接。

优选地，图案化电极包括至少一个内层和外层。

与现有技术相比，本发明具有如下优点及有益效果：

利用本发明提供的表面局部浸润性可控基底可简单、快捷的构建三维细胞共培养模型，且内、外层细胞的形状和大小可控，并且可同时制备多个多层三维水凝胶模型，可为精准医学、转化医学提供个性化的体外模型。用烷基硫醇分子将金属基底修饰成疏水的，然后电化学脱附内层金属基底上的烷基硫醇分子，金属基底恢复为亲水，放入水凝胶前驱溶液中，取出，凝胶化，即可固化形成内层凝胶，以相同的步骤在外层金属基底上制备凝胶。

附图说明

图1为实施例2中提及的图案化电极的图案。

图2为实施例2中提及的图案化电极的图案。

图3为实施例2中提及的图案化电极的图案。

图4为实施例3中制备出的硅金基底，金为图案化电极。

具体实施方式

以下结合具体实施例和附图进一步说明本发明，其实施例在附图中图示并在后面加以说明，给出了部分详细的实施方式和具体的操作过程。除非特别说明，本发明采用的试剂、方法和设备为本技术领域常规试剂、方法和设备。

实施例1：

将硅片切割成2*2cm大小，用食人鱼溶液清洗硅片表面，吹干。在清洗后的硅片上修饰十八烷基三氯硅烷分子。在光刻前，将硅片放入烘箱中30min左右干燥，以增加光刻胶的粘附性。将rzj-304正性光刻胶通过旋涂机均匀旋涂于硅片上。将旋涂好的硅片静置20min以增加光刻胶的粘附。接着前烘，硅片放于100℃烘箱中2min。在紫外曝光机将硅片置于有图案的掩模板上，即将有光刻胶的那面与掩模板接触。紫外灯照射掩膜版时，掩膜版上黑色的部分不透光，白色的部分可以透过紫外光，紫外光透过去后，硅片上的光刻胶会和紫外光反应，曝光时间30s。将曝光后的硅片放入显影液中，与紫外光反应的光刻胶会被洗掉，未与紫外光反应的光刻胶留住，即可将掩模板上的图案转移到硅片上，显影时间15s。然后蒸镀，将ti和aμ依次蒸镀到显影后的的硅片上。最后将光刻胶用丙酮溶液洗掉。沉积在硅片表面的形成图案的金属会依然留在硅片上，在光刻胶表面沉积的金属会被洗掉。最后形成图案化电极。

将烷基硫醇分子修饰到图案化电极上，配置乙醇和十二烷基硫醇溶液，浓度为1.0*10⁻³mol/dm，乙醇用n2赶氧0.5h，然后加入十二烷基硫醇，浸泡1h。取出基底，乙醇漂洗，n2吹干。即可得到超疏水图案化电极。超疏水基底和图案化电极合起来称为硅金基底，如图4所示。

实施例2：

图案化电极的图案中内层图案为实心三角形、圆形、方形或其他各种实心图形。

具体地，如图1所示，内外层图形为三角形，内、外层图形分别连通。

如图2所示，内外层图形为圆形，内、外层图形分别连通。

如图3所示，内外层图形为方形，内、外层图形分别连通。

外层图案轮廓与内层图案一致，与内层图案同心近似、有统一的间距，并且不是封闭的，内外层图案可看做一个整体的图形。间距最小可以为50μm。

内层图案在某个边上画出一根线，与边垂直，简称内层垂直线。线宽最小可以为50μm。

外层图案在内层垂直线的位置断开，且左右断面与内层垂直线有统一间距。此间距最小可以为50μm。

外层图案左右断面的端点处，分别画出两条外层垂直线，与内层垂直线平行。内外层垂直线都有线宽。

内外层图案作为一个整体，左右重复排列，即在一横排重复排列，图案最右端点与重复图案最左端点的垂直间距一致。

内层重复图案的连接方式，内层垂直线比外层垂直线长出一定距离，内层垂直线远离内层图案的端点处，左右各画一条线，称为内层平行线，与内层垂直线垂直，合适的长度即可将内层图案用内层垂直线和内层平行线连接起来。

外层重复图案的连接方式，外层垂直线比内层垂直线短一定距离，外层垂直线远离外层图案的端点处，左右各画一条线，称为外层平行线，与外层垂直线垂直，合适的长度即可将外层图案用外层垂直线和外层平行线连接起来。

一横排重复排列的内外层图案和相关连接线可暂时看做一个整体，用上下镜像的方法将一横排重复排列的内外层图案和相关连接线复制成两横排，并且镜像图形的外层平行线线重叠。

把镜像图形可暂时作为一个整体进行垂直重复排列，并且镜像图形保持间距。

重复排列的镜像图形，所有内层平行线最右端点处用一根垂直线连接在一起，简称端点内层垂直线，所有外层平行线最左端点处用一根垂直线连接在一起，简称端点外层垂直线。端点内层垂直线和端点外层垂直线左右位置必须相反，但是两者左右皆可。

端点内层垂直线的端点处画一个实心圆形。端点外层垂直线的端点处画一个实心圆形。这两个实心圆形作为连接外加电极的位点。

将上述图案制作成掩模板，图案部分是透明的可以透过紫外光的，其余部分是黑色的不能透过紫外光的。

实施例3：

参照实施例1中的硅金基底结合实施例2中的图案设计，用烷基硫醇分子将金基底修饰成超疏水，然后电化学脱附第一层金基底上的烷基硫醇分子，金基底恢复为亲水，放入海藻酸钠水溶液中，取出，再放入氯化钙溶液中，即可固化形成第一层凝胶，以相同的步骤在第二层金基底上制备凝胶。如此反复操作，可形成多个多层的三维水凝胶模型，并可直接用于构建三维细胞共培养。

上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。