一种可用于评价药物、生物材料以及医疗器械神经毒性的生物芯片的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种可用于评价药物、生物材料以及医疗器械神经毒性的生物芯片。
【背景技术】
[0002]动物行为模型和神经突生长法是目前最常采用的神经毒性测试方法。动物行为模型可有效筛选神经毒物，但由于动物体内通常一个通路有多个并行通路，一个通路受损，其他通路仍可替代它继续正常工作，单靠动物行为显然无法排除化学物质的潜在神经毒性。另一方面，由于体内情况复杂，不利于研究发育神经毒物的毒性作用机制。而且，动物实验与体外细胞研究相比，还有其固有弱势，如周期长、成本高、动物试验带来的伦理问题等。
[0003]神经突生长法是目前使用最广泛的体外神经毒性评价方法，该方法基于传统的细胞培养方法，将细胞随机接种于培养皿或培养板。该方法只能以神经突长度及生长率等基本参数评价化学物质的神经毒性，无法精确模拟神经元在体内复杂的化学和物理拓扑结构引导下的路径选择，所以无法研究化学物质对神经元在特定拓扑结构引导下的轴突路径选择的抑制作用。
[0004]其实，在神经系统发育过程中，正确的神经网络的建立包含了一系列复杂的步骤，这些步骤必须在时间和空间上高度协调一致才能形成正确的神经元连接，其中包括轴突与目标神经元的正确路径选择、突触形成以及突触功能活性初始化。多种神经毒性相关的功能障碍与神经网络中神经元之间的错误连接密切相关，如自闭症，帕金森病及老年痴呆症等。有研究表明长期接触甲基汞和铅等发育神经毒物可导致这些神经系统疾病，同时有研究指出，在自闭症和精神分裂症等发育神经系统疾病患者体内发现毒素可导致神经细胞连接错误。正确的轴突路径选择过程在神经系统发育过程是至关重要的。
[0005]因此，亟待建立更有效的神经毒性体外检测方法，以提高检测灵敏度，缩短检测周期，降低检测成本，来弥补动物行为模型和神经突生长法的不足之处。
【发明内容】
[0006]本实用新型的目的在于提供一种可用于评价药物、生物材料以及医疗器械神经毒性的生物芯片。
[0007]—种可用于评价药物、生物材料以及医疗器械神经毒性的生物芯片，由具有不同拐角的微单元阵列组成，微单元由三个微孔及连接三个微孔的微通道组成，微单元以连接目标微孔的微通道为对称轴左右对称，两侧微孔为引导微孔。
[0008]作为上述生物芯片的进一步改进，微单元的拐角A为:0°〈 A < 90°，其中，拐角A定义为微单元的两个连接引导微孔的微通道之间的夹角的1/2。
[0009]作为上述生物芯片的进一步改进，微孔直径D为10?lOOMm。
[0010]作为上述生物芯片的进一步改进，微通道宽度W为1?40Mm。
[0011]作为上述生物芯片的进一步改进，微结构整体深度H为2?60Mm。
[0012]作为上述生物芯片的进一步改进，微通道长度L为10?lOOOMm。
[0013]一种可用于评价药物、生物材料以及医疗器械神经毒性的生物芯片，其制造步骤包括:
[0014]I)在衬底材料上通过光刻技术制作微单元阵列模板；
[0015]2)使用PDMS倒模复制出光刻的模板结构；
[0016]3)将PDMS芯片贴附于盖玻片上，完成PDMS弹性芯片与玻璃基底的集成；
[0017]4) PDMS芯片的亲水性及生物活性后处理。
[0018]本实用新型的有益效果是:
[0019]I)本实用新型提供了一种全新的生物芯片，该芯片制备简单，检测灵敏度高；
[0020]2)通过使用激光引导细胞微排列系统将神经细胞定位于本实用新型的生物芯片中的目标微孔，在引导微孔中放置导向细胞或导向因子，可实现神经毒性的体外检测，其检测结果简单直观；
[0021]3)本实用新型的生物芯片应用范围广，可用于评价药物、生物材料及医疗器械等的神经毒性。
【附图说明】
[0022]图1实施例中的Y型微单元结构示意图。
[0023]图2实施例中的T型微单元结构示意图。
【具体实施方式】
[0024]为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步的说明。
[0025]一种可用于评价药物、生物材料以及医疗器械神经毒性的生物芯片，由具有不同拐角的微单元阵列组成，微单元由三个微孔及连接三个微孔的微通道组成，微单元以连接目标微孔11的微通道14为对称轴左右对称，两侧微孔为引导微孔12和13。
[0026]作为上述生物芯片的进一步改进，微单元的拐角A为:0°〈 A < 90°，其中，拐角A定义为微单元的两个连接引导微孔的微通道之间的夹角的1/2。
[0027]作为上述生物芯片的进一步改进，微孔直径D为10?lOOMm。
[0028]作为上述生物芯片的进一步改进，微通道宽度W为I?40Mm。
[0029]作为上述生物芯片的进一步改进，微结构整体深度H为2?60Mm。
[0030]作为上述生物芯片的进一步改进，微通道长度L为10?lOOOMm。
[0031]由于研究对象不同，微结构各部分尺寸参数并不唯一固定，以上为微结构各部分尺寸可能有效的参数范围。
[0032]生物芯片的制备:
[0033]一种高通量、高灵敏度的可用于药物、生物材料及医疗器械神经毒性评价的生物芯片的制造步骤包括:
[0034]I)在衬底材料上通过光刻技术制作微单元阵列模板；
[0035]2)使用PDMS倒模复制出光刻的模板结构；
[0036]3)将PDMS芯片贴附于盖玻片上，完成PDMS弹性芯片与玻璃基底的集成；
[0037]4) PDMS芯片的亲水性及生物活性后处理。
[0038]生物芯片的评价:
[0039]I)将单个神经元经激光引导细胞微排列系统放置于目标微孔中，两侧引导微孔、引导微孔中不放置轴突吸引或排斥微球，将整个生物芯片浸入全培养液中；
[0040]2)实验组:神经元接种16小时后，吸除原来的全培养液，并用不含神经毒素的溶液洗一次，洗去原来培养液中的血清残留，加入不同浓度的神经毒素溶液作用4小时后，用全培养液洗一次，洗去神经毒素溶液残留，然后换回全培养液，细胞恢复48小时后，光学显微镜下观察、统计目标微孔中神经元轴突路径选择状态；
[0041]3)对照组:神经元接种后，不加含神经毒素的溶液，直接用全培养液培养，光学显微镜下观察、统计目标微孔中神经元轴突路径选择状态；
[0042]3)将实验组神经元轴突路径选择成功率与对照组进行对比，评价药物、生物材料及医疗器械的神经毒性。
[0043]上述实施例为本实用新型较佳的实施方式，但本实用新型的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。
【主权项】
1.一种可用于评价药物、生物材料以及医疗器械神经毒性的生物芯片，其特征在于:生物芯片由具有不同拐角的微单元阵列组成，微单元由三个微孔及连接三个微孔的微通道组成，微单元以连接目标微孔的微通道为对称轴左右对称，两侧微孔为引导微孔。2.根据权利要求1所述的生物芯片，其特征在于:微单元拐角A为:0°〈A < 90°。3.根据权利要求1所述的生物芯片，其特征在于:微孔直径D为10?ΙΟΟμπι。4.根据权利要求1所述的生物芯片，其特征在于:微通道宽度W为I?40μπι。5.根据权利要求1所述的生物芯片，其特征在于:微结构整体深度H为2?60μπι。6.根据权利要求1所述的生物芯片，其特征在于:微通道长度L为10?lOOOMm。
【专利摘要】本实用新型公开了一种可用于评价药物、生物材料以及医疗器械神经毒性的生物芯片，涉及微加工与神经毒性评价技术领域。该生物芯片由具有不同拐角的微单元阵列组成，微单元由三个微孔及连接三个微孔的微通道组成，微单元以连接目标微孔的微通道为对称轴左右对称，两侧微孔为引导微孔。该生物芯片能够在体外实现高通量、高灵敏度的评价药物、生物材料及医疗器械的神经毒性。
【IPC分类】G01N35/00
【公开号】CN204807562
【申请号】CN201520486121
【发明人】盛立远, 魏利娜, 赖琛, 王巧莉, 高志, 张志雄, 奚廷斐
【申请人】北京大学深圳研究院
【公开日】2015年11月25日
【申请日】2015年7月7日