主动脉夹层瘤血流剪切力诱发血管细胞释放炎症因子影响肺上皮细胞功能的微流控芯片装置制造方法及图纸

本发明专利技术属于细胞生物力学实验装置技术领域，公开了一种主动脉夹层瘤血流剪切力诱发血管细胞释放炎症因子影响肺上皮细胞功能的微流控芯片装置。该微流控芯片装置包括贮液槽、减振器、蠕动泵、气压泵控制系统、血管内皮细胞VECs/平滑肌细胞VSMCs联合培养腔、弹性腔A、弹性腔B、阻力阀A、阻力阀B、肺上皮细胞PECs培养腔、硅胶管道和三通；两个培养腔及其外围单元，形成两个相对独立的循环系统，两个循环系统通过共用储液槽实现VECs/VSMCs和PECs的信息通讯。本发明专利技术可成功用于振荡剪切力和张应力诱发血管细胞释放炎症因子影响肺细胞功能的研究。

【技术实现步骤摘要】
主动脉夹层瘤血流剪切力诱发血管细胞释放炎症因子影响肺上皮细胞功能的微流控芯片装置
本专利技术属于细胞生物力学实验装置
，具体涉及一种用于研究主动脉夹层瘤剪切力诱发血管细胞释放炎症因子影响肺上皮细胞功能的微流控芯片装置。
技术介绍
主动脉夹层动脉瘤也称主动脉夹层，是常见的也是最复杂最凶险的心血管疾病之一。当主动脉中层退行性病变或主动脉内膜破损导致主动脉内膜撕裂，血液经裂口进入主动脉壁，破坏中层并沿主动脉走行将内膜与外层剥离时称为主动脉夹层。急性低氧血症是急性主动脉夹层病人的常见并发症，一般于发病的第2～3天即开始出现，对随时面临夹层破裂的病人来讲，这无疑是雪上加霜，严重威胁患者生命。目前为止，主动脉夹层引发急性低氧血症的机制尚不清楚。急性主动脉夹层患者一般并无原发的肺疾病，其并发急性肺损伤，不是肺内因素引起的，而是由肺外因素所诱发。众多临床研究表明，主动脉夹层患者体内多种炎症因子显著升高，提示这种急性肺损伤及低氧血症可能是主动脉夹层引发的炎症反应所继发的。但主动脉夹层如何引发炎症反应及这种炎症反应又是怎样继发肺损伤的目前仍不清楚。主动脉壁主要由内膜的血管内皮细胞和中膜的平滑肌细胞构成。血管内皮细胞(VECs)是一种具有异质性的弥散性器官，可产生多种细胞因子和生物活性物质，具有活跃的分泌、合成、代谢及免疫功能。从某种意义上说，机体多种疾病的发生和发展与VECs的结构和功能变化有着密切的关系。血管平滑肌细胞(VSMCs)具有较强的可塑性，具有收缩和分泌功能。在正常生理状态下，VSMCs处于静息状态，表达一系列分化成熟的VSMCs特有的收缩蛋白分子，呈收缩表型，而当血管受到病理性刺激时，分化成熟的VSMCs增殖、迁移能力增强，并分泌多种细胞因子与细胞外基质，不表达或低表达收缩表型VSMCs所特有的蛋白分子，由收缩表型变为分泌表型，这一过程称为VSMCs表型转换。VSMCs表型转换在高血压、冠心病等增殖性血管疾病病理机制中发挥重要作用。正常情况下，均匀圆形动脉中血液流动对血管壁会产生机械力作用，这些力可分为沿血流方向与血管壁平行的壁面剪切力，垂直于血管壁的压应力和沿血管壁周向的应力。其中血流剪切力和周向应力对于维持内皮细胞的生理功能非常关键；而周向应力对于维持平滑肌细胞的生理功能最为重要。研究表明，低平均值的振荡剪切力和异常的周向应力能诱发血管内皮细胞和平滑肌细胞分泌炎症因子，如白细胞介素-1、白细胞介素-6、白细胞介素-8和肿瘤坏死因子-α等。主动脉夹层时由于血管内膜、中层与外膜剥离，形成真、假两个腔，真假腔同时通血。应用多普勒超声技术检测证实真腔和假腔都会出现振荡血流剪切力特征。因此，主动脉夹层时主动脉内的振荡血流剪切力及变化的血管周向应力可能引起血管内皮和(或)平滑肌细胞的损伤，释放出多种致肺损伤的炎症因子。急性肺损伤是多种炎症细胞介导的未控制的炎症反应的观点已被认可，其病理生理基础是过度的、延长的肺泡炎症伴随肺泡上皮的损伤甚至坏死。这些炎症细胞包括多形核中性粒细胞和肺泡巨噬细胞等。炎症细胞活化并释放炎症介质会引起机体损伤并启动炎症级联反应。在级联反应中，炎症介质能够活化其它的炎症介质和炎症因子，增强和放大炎症反应，导致一系列机体损伤。多形核中性粒细胞在肺内聚集和活化是急性肺损伤的重要特征，它由肺的微小血管产生，粘附和活化后，迁移至肺组织内并释放炎症介质和细胞因子(如蛋白水解酶和氧自由基)，引起弥漫性肺损伤。综合以上观点可以推论：主动脉夹层时主动脉内剪切力及血管周向应力的改变引起了血管内皮和(或)平滑肌细胞的损伤，后二者损伤后释放的出多种炎症因子，这些炎症因子到达肺部后，损伤肺上皮细胞和肺血管内皮细胞，而产生急性肺损伤。由于在体实验所受干扰因素较多，迫切需要一种用于离体研究主动脉夹层动脉瘤振荡剪切力诱发血管细胞释放炎症因子影响肺上皮细胞功能的微流控芯片装置，该装置具有能够离体模拟在体主动脉夹层的振荡血流剪切力和周向张应力环境的细胞培养腔，用于血管内皮细胞(VECs)和平滑肌细胞(VSMCs)的联合培养；具有另外的细胞培养腔，用于肺上皮细胞(PECs)的离体培养；同时，便于检测培养的血管细胞释放致肺损伤炎症因子及其引发肺上皮细胞损伤的情况，进一步分析相关的细胞分子生物学机制。
技术实现思路
本专利技术基于血液动力学原理和方法，提供一种用于研究振荡剪切力和张应力诱发血管细胞释放炎症因子影响肺上皮细胞功能的微流控芯片装置，该装置能够用于分析主动脉夹层动脉瘤血流剪切力诱发血管内皮细胞或/和平滑肌细胞释放炎症因子、进一步影响肺上皮细胞生物学行为及其机制。为了达到上述目的，本专利技术的技术方案如下：如图所示，本专利技术将血液动力学原理和方法与微流控技术相结合，设计和构建血管内皮细胞VECs/平滑肌细胞VSMCs联合培养腔与肺上皮细胞PECs培养腔2个细胞培养腔及其外围单元，形成两个相对独立的循环系统，两个系统通过共用储液槽实现血管细胞和肺上皮细胞间的信息通讯。第1个细胞培养腔用于血管内皮细胞和平滑肌细胞的联合培养，第2个细胞培养腔用于肺上皮细胞的培养，通过调节第1个细胞培养腔前、后负荷(顺应性和外周阻力)大小和比例，在第1个细胞培养腔内部实现不同平均值和振荡幅度的振荡剪切力和周向应力环境，从而为培养在第1个细胞培养腔的血管内皮细胞和/或平滑肌细胞施加不同特征的振荡剪切应力和拉伸应力。第1个细胞培养腔内细胞的分泌物循环至储液槽，从而间接作用于第2个细胞培养腔中的肺上皮细胞。一种用于研究主动脉夹层瘤血流剪切力诱发血管细胞释放炎症因子影响肺上皮细胞功能的微流控芯片装置，如图所示。VECs/VSMCs联合培养腔及前后负荷元件循环系统、PECs培养腔及其循环系统构成微流控芯片装置,所述的微流控芯片装置包括贮液槽、减振器、蠕动泵、气压泵控制系统、三层的VECs/VSMCs联合培养腔、弹性腔A、弹性腔B、阻力阀A、阻力阀B、单层的PECs培养腔、硅胶管道和三通。所述的VECs/VSMCs联合培养腔、弹性腔A、弹性腔B、阻力阀A、阻力阀B和PECs培养腔集成在一个微流控芯片上，各元件之间通过微通道连接。所述的微流控芯片上的流路分成两条支路，一条支路包括依次相连接的阻力阀A、弹性腔A、VECs/VSMCs联合培养腔的VECs所在腔室、弹性腔B和阻力阀B，另一条支路包括PECs培养腔。两条支路汇合成一条管道流出微流控芯片，通过硅胶管与贮液槽相通，构成循环系统；所述的贮液槽、蠕动泵与减振器依次通过硅胶管相连后，减振器通过硅胶管与微流控芯片连接。所述的阻力阀A和阻力阀B均与气压泵相连。所述的VECs/VSMCs联合培养腔，包括上下两个矩形腔，两个矩形腔由500μm厚的弹性多孔薄膜隔开，弹性多孔薄膜的上、下两面分别种植平滑肌细胞VSMCs和血管内皮细胞VECs；所述的两个矩形腔的长、宽、高分别为25mm、5mm、0.75mm。其中：VECs所在的上层腔室经受流动产生的剪切力和压力产生的张应力作用；VSMCs所在下层腔室充满静止的培养液，承受压力产生的张应力作用。所述的蠕动泵为循环液体提供驱动力。通过气压泵控制系统，定量调控气压泵压力，控制阻力阀A和阻力阀B的开放/关闭程度、开闭时间长短及闭合延迟时间，给VECs/VSMCs联合培养腔输入不同幅本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种主动脉夹层瘤血流剪切力诱发血管细胞释放炎症因子影响肺上皮细胞功能的微流控芯片装置，其特征在于，所述的微流控芯片装置包括贮液槽(1)、蠕动泵(2)、减振器(3)、气压泵控制系统、血管内皮细胞VECs/平滑肌细胞VSMCs联合培养腔(4)、肺上皮细胞PECs培养腔(5)、弹性腔A(6)、弹性腔B(7)、阻力阀A(8)、阻力阀B(9)、硅胶管道和三通；两个培养腔及其外围单元，形成两个相对独立的循环系统，两个循环系统通过共用储液槽(1)实现VECs/VSMCs和PECs的信息通讯；所述的阻力阀A(8)、弹性腔A(6)、VECs/VSMCs联合培养腔(4)的VECs所在腔室、弹性腔B(7)和阻力阀B(9)依次连接形成一条支路；PECs培养腔(5)形成另一条支路；两条支路集成在一个微流控芯片上，各元件之间通过微通道连接，两条支路汇合成一条管道流出微流控芯片，通过硅胶管与贮液槽(1)相通；所述的贮液槽(1)、蠕动泵(2)与减振器(3)依次相连后，减振器(3)与微流控芯片连接；所述的阻力阀A(8)和阻力阀B(9)均与气压泵相连；所述的VECs/VSMCs联合培养腔(4)包括上下两个矩形腔，两个矩形腔由弹性多孔薄膜隔开，弹性多孔薄膜的上、下两面分别种植VSMCs和VECs。...

【技术特征摘要】
1.一种主动脉夹层瘤血流剪切力诱发血管细胞释放炎症因子影响肺上皮细胞功能的微流控芯片装置，其特征在于，所述的微流控芯片装置包括贮液槽(1)、蠕动泵(2)、减振器(3)、气压泵控制系统、血管内皮细胞VECs/平滑肌细胞VSMCs联合培养腔(4)、肺上皮细胞PECs培养腔(5)、弹性腔A(6)、弹性腔B(7)、阻力阀A(8)、阻力阀B(9)、硅胶管道和三通；两个培养腔及其外围单元，形成两个相对独立的循环系统，两个循环系统通过共用储液槽(1)实现VECs/VSMCs和PECs的信息通讯；所述的阻力阀A(8)、弹性腔A(6)、VECs/VSMCs联合培养腔(4)的VECs所在腔室、弹性腔B(7)和阻力阀B(9)依次连接形成一条支路；PECs培养腔(5)形成另一条支路；两条支路集成在一个微流控芯片上，各元件之间通过微通道连接，两条支路汇合成一条管道流出微流控芯片，通过硅胶管与贮液槽(1)相通；所述的贮液槽(1)、蠕动泵(2)与减振器(3)依次相连后，减振器(3)与微流控芯片连接；所述的阻力阀A(8)和阻力阀B(9)均与气压泵相连；所述的VECs/VSMCs联合培养腔(4)包括上下两个矩形腔，两个矩形腔由弹性多孔薄膜隔开，弹性多孔薄膜的上、下两面分别种植VSMCs和VECs。2.根据权利要求1所述的微流控芯片装置，其特征在于，所述的微流控芯片装置通过调节弹性腔A(6)和弹...

【专利技术属性】
技术研发人员：栾永，覃开蓉，于苗，王艳霞，
申请(专利权)人：大连医科大学附属第一医院，
类型：发明
国别省市：辽宁,21