基于微系统技术的细胞微操控、细胞图形化方法及应用

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1、中国生物工程杂志ＣｈｉｎａＢｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２００７，２７（７）：１０６～１１１殏檪檪檪檪檪檪檪檪殏檪檪综述檪檪殏檪檪檪檪檪檪檪檪殏基于微系统技术的细胞微操控、细胞图形化方法及应用１，２１１邵建波金庆辉赵建龙（１中国科学院上海微系统与信息技术研究所上海２０００５０２中国科学院研究生院北京１０００３９）摘要微系统技术给细胞研究提供了一个全新的平台。细胞图形化（Ｃｅｌｌｐａｔｔｅｒｎｉｎｇ）技术作为全新的细胞培养方式，在细胞研究中发挥重要作用。介绍了目前应用于细胞图形化的主要技术，包括

2、光刻（Ｐｈｏｔｏｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ）、软光刻（Ｓｏｆｔｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ）、模板辅助（Ｓｔｅｎｃｉｌａｓｓｉｓｔｅｄｐａｔｔｅｒｎｉｎｇ）等方法，并阐述了细胞图形化技术在基础生物学、组织工程以及基于细胞的生物传感器等方面的主要应用。关键词微系统细胞研究细胞图形化微加工中图分类号Ｑ８１９微系统技术即近几年来引起广泛关注的“芯片实优点外，还有常规实验所不能及的独特优点。首先，系验室（ｌａｂｏｎａｃｈｉｐ）”技术，指基于微细加工技术在厘统中的微结构尺寸与细胞相近，微传感技术能够精确米见方的玻璃

3、、聚合物等材料上加工微通道、微培养控制芯片的微环境，可以在微系统内构建与体内情况腔，微反应腔、微泵、微阀、微加热器、微传感器等微结逼近的细胞生活微环境；而常规的体外细胞实验中，细构功能单元，将化学实验、生化实验或分子生物学实验胞被接种到有较多培养液的培养皿或培养瓶中进行培的多个步骤集成到一个芯片中，并集成相应的传感器养，其微环境与体内有较大的差异。利用微系统技术件、控制器件和检测器件，实现自动化精细分析。微系进行细胞研究还为单细胞研究提供了多种手段，使研统技术的使用，可以降低样品和反应试剂的用量，

4、可以究者可以从较深层次阐明微环境改变时细胞反应的机提高检测灵敏度和时间分辨率，可进行高通量并行分理；而常规的体外细胞实验，研究的对象是上万个细析。目前，基于微系统平台进行细胞研究已经成为热胞，检测外界条件改变时它们的平均响应值，这样往往［１］点方向。将微系统技术应用于细胞研究领域，可以会掩盖一些微弱但作用重要的反应。另外，在生物微改变传统的将细胞杂散到材质均一的基底，施加同种系统的环境中，利用空间结构阻隔，修饰特定表面区域培养液的细胞培养方式不能有效地模拟体内微环境中等手段能够有效地将细胞群或单个

5、细胞彼此分离，能的时间和空间的刺激效果等缺点，给细胞研究提供了够实现不同细胞的共培养，便于研究细胞与细胞之间新方法，注入新的活力，可以更好地发挥细胞研究在生的相互作用。结合微流体驱动、光驱动、电驱动等方法命科学领域的重要作用。能够有效地操纵少量或单个细胞，结合高精度的显微在细胞水平的研究中，微系统技术除了具有自身成像技术和高灵敏的传感技术，研究者能够从形态、亚细胞结构、蛋白含量、核酸形态和含量、细胞代谢产物收稿日期：２００７０４２４修回日期：２００７０５１０含量等方面对单细胞进行分析，有时

6、还能够实时记录国家“９７３”计划资助项目（２００５ＣＢ７２４３０５），上海市科委项目某个特定反应的整个过程，由此逐步揭开细胞这个具（０５１１１１０１９，０６５２ｎｍ０１６，０６ＪＣ１４０８１），上海－ＡＭ基金（０５１０）通讯作者，电子信箱：ｊｉｎｑｈ＠ｍａｉｌ．ｓｉｍ．ａｃ．ｃｎ有全功能性的生物系统的奥秘。２００７，２７（７）邵建波等：基于微系统技术的细胞微操控、细胞图形化方法及应用１０７２．２软光刻（Ｓｏｆｔｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ）２细胞图形化（Ｃｅｌｌｐａｔｔｅｒｎｉｎｇｔｅｃｈｎｉｑｕ

7、ｅ）软光刻是相对于传统的光刻技术而言的一种图形微系统技术对细胞有很强的操纵能力，用微系统转移和制作方法，因不需要昂贵的设备和超净实验室，技术进行细胞图形化（Ｃｅｌｌｐａｔｔｅｒｎｉｎｇ）得到越来越多的目前已在微细加工领域得到应用。软光刻技术以高聚应用。在体内，细胞的成长过程（增殖、分裂、迁移和死合物模塑、弹性印章和分子自组装技术为基础，通过微亡等）受到其生长环境的多种因素影响，这些因素在时接触压印（Ｍｉｃｒｏｃｏｎｔａｃｔｐｒｉｎｔｉｎｇ）或者是微流体构图间和空间上不断地变化，细胞在空间的分布情况

8、以及（Ｍｉｃｒｏｆｌｕｉｄｉｃｐａｔｔｅｒｎｉｎｇ）的方法实现图形转移和表面微细胞外基质的性质都是影响细胞功能状态的重要因加工。软光刻技术采用的弹性印章聚合物的材料一般素，因此在微系统平台上进行细胞研究，细胞图形化技是聚二甲基硅氧烷（ＰＤＭＳ），因其化学性质稳定，与基术就显得尤为重要，在基础生物学研究、组织工程、细片接触严密，可以精确地复制微加工生成的模具形成胞传感器、药物筛选、神经网络等方面的研究有着重要印章，并且因其柔软还可用于多种形状的衬底表面。的作用，也是目前微系统技术应用