微流控芯片是多种技术单元在微型平台上的灵活组合和规模集成。它以微流控技术为基础,通过调控微管道网络中液体的流动完成生物、化学实验,是学科高度交叉发展出的新技术、新领域。在生物分析方面,它可通过控制流体的流动,实现对生物分子和细胞的操纵以及化学试剂的分离、混合和稀释,分析细胞内参数和检测细胞代谢物甚至应用于单细胞水平。在生物学、材料学、分析化学、微机械加工等领域的科研工作者的共同参与下,为细胞生物学、临床诊断学的基础研究打开了新的视野。其独特优势包括体积小、节约试剂和药品,且反应速度快、批量生产和批次处理及即用即弃等,在未来的生命、医学等科学研究以及实际应用上有着巨大的潜力。本论文致力于构建微流控细胞芯片用于研究黑色素瘤细胞在威罗菲尼作用下的粘附、迁移及细胞间相互作用。主要研究结果如下:1、Polydimethylsiloxane(PDMS)/玻璃微流控细胞芯片制作及芯片上细胞培养条件优化本实验首先比较了传统的液体光刻胶与市售感光干膜的优缺点,选用更有优势的感光干膜作为阳性模具的制作材料。其次我们利用单通道的芯片结构用于细胞培养条件的优化。具体参数包括微通道的尺寸(高度)、培养基中胎牛血清的含量、通道预修饰蛋白的种类和浓度等,优化实验选用的细胞为人喉癌上皮细胞(Hep-2)。实验结果表明:最适宜细胞贴附和生长且最经济的条件为:通道高度120μm、胎牛血清含量为10%、10μg/ml的胶原蛋白(Collagen)溶液(PBS稀释)预修饰通道。2、构建微流控细胞芯片研究TGF-β1诱导非小细胞肺癌细胞(A549)上皮间质转化与细胞粘附力间的关联上皮间质转化是上皮细胞变为间质细胞的一个病态的过程,上皮间质转化过程中,细胞会逐渐失去极性和粘附性,转移能力和侵袭能力增加。研究表明转化生长因子-β1可以诱发上皮间质转化过程的发生。实验所用的灌流培养装置简单易操作,只需一台设备就可以实现细胞的流动培养和恒温控制,并且可以设置流速时间等多个参数。实验探索了不同的细胞外蛋白对细胞以及转化生长因子-β1对细胞抗剪切能力的影响。实验结果表明:纤维连接蛋白可以最有效地提高A549细胞在流动培养基下的抗剪切能力,最适宜和最经济的使用浓度为10μg/ml;转化生长因子-β1会降低A549细胞的抗剪切能力,作用时间越久对细胞的抗剪切能力影响越大。结果还表明此微流控装置是一个非常有应用前景的工具,可以通过测量剪切力的变化来表征上皮间质转化过程。3、构建微流控细胞芯片用于研究小分子抑制剂协同对抗肿瘤细胞迁移及细胞间相互作用本实验中,我们开发了一种低成本、便于操作和用户友好型的微流控细胞芯片装置来研究/评价不同药物组合对抗肿瘤细胞的迁移的疗效。两步分层光刻通过两次紫外光刻方法制备具有不同深度结构的微通道模型,并通过模塑法制作PDMS微通道,并且可以制作不同深度的腔体。PDMS/玻璃键合的微装置利用PDMS本身柔软可形变的特性,通过在PDMS上施加压力来将两个主通道隔绝开来从而形成两个独立的腔室,之后释放压力,两个腔室又可以进行液体的交流。在不需要引入额外的化学物质如胰蛋白酶,不需要外界的机械力、流体操作以及复杂的微结构的条件下,可在PDMS/玻璃微流控芯片腔体内形成标准、边缘清晰的细胞划痕(无细胞区域)伤口。我们利用此装置研究了BRAFV600E抑制剂威罗菲尼和表皮生长因子受体(EGFR)抑制剂吉非替尼在抑制黑色素瘤细胞迁移上的协同作用。实验结果:BRAFV600E抑制剂威罗菲尼和EGFR抑制剂吉非替尼对BRAFV600E野生型黑色素瘤MV3细胞具有协同抑制作用。实验仅需20μL样品,在分析罕见临床样品上具有潜力。除此之外,两个腔室独立进样可以防止交叉污染,可以进行后续的细胞的共培养和细胞之间的相互作用。我们相信这个简单的用户友好型的微流控装置是一个非常好的工具,可以用来表征细胞的运动性和建立细胞培养模型。同时利用设计的通道,可以实现将两种细胞分别培养在芯片平行的通道中,并在两种细胞中间形成规整的250μm的缝隙。实验选用人肝癌细胞(HepG2)和人脐静脉内皮细胞(HUVECs),在不同的培养条件:基础培养基、有血清培养基、基础培养基+EGF、基础培养基+VEGF下,实时监控两种细胞的生长和迁移情况。实验结果表明:在共培养条件下,12h开始肝癌细胞与人脐静脉内皮细胞相近的区域开始出现凋亡,24h细胞凋亡加剧,36h之前凋亡更加明显,并且显微镜下可以观察到凋亡区域呈弧形。