基于微流控技术的多器官芯片及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种基于微流控技术的多器官芯片及其制备方法，该微流控芯片主要由上层芯片、碳酸脂膜和下层芯片组成。其制备方法为：上层芯片和碳酸脂膜氧等离子进行封接；用于粘合上下层芯片上表面蘸取PDMS后，与已不可逆封接有碳酸脂膜的上层芯片进行对齐粘合。本发明专利技术的优点为：利用多层微流控芯片集成的方法，将多种细胞的培养单元结合，根据体内器官之间运行的先后顺序，将多种器官的模型组装和构建在同一块芯片上，简便快捷的实现了多器官联合的芯片构建方法，且器官之间可进行有效分割，便于各个器官之间的分别控制和观察。

【技术实现步骤摘要】
基于微流控技术的多器官芯片及其制备方法
本专利技术涉及将微流控芯片技术应用到体外多组织和器官的模拟与应用领域，具体涉及一种基于微流控技术的多器官芯片及其制备方法。
技术介绍
在医学研究和新药研发的过程中，合适的模型是进行研究的重要方面。就产生了动物实验模型，同时，为了研究新药对人体的影响，科学家开始在培养皿里培养人体细胞，看看这些新药对人体细胞是不是有毒副作用。但是动物和人类离体细胞并不能替人类把好试药的大门。据统计，能够顺利通过三期临床试验的药物仅有10.8％，主要原因是因为疗效不好，甚至是对人体有毒副作用，这是巨大的浪费。为了解决这一难题，2012年美国国立卫生研究中心(NIH)、美国食品和药物管理局(FDA)和美国国防部高级研究计划局(DARPA)联合发起“organs-on-chips”(人体器官芯片)的研发工作。微流控芯片技术作为一门迅速发展起来的技术，在生物医学领域得到了广泛的应用，且因其与细胞尺寸相匹配、近生理的微环境以及时空可控性，易于通过灵活的结构设计和多样的制作方法实现细胞水平的应用而逐渐成为新型的细胞学研究的重要技术手段和平台。目前，应用微流控芯片技术进行单一组织或器官的模拟工作已经展开，但是将多种组织或器官在同一块芯片上进行组装和模拟的相关工作还处于空白阶段。因此，利用微流控芯片技术进行多器官的模拟和仿生在生物学研究及医药研发中具有极大的应用前景。
技术实现思路
本专利技术提供了一种基于微流控技术的多器官芯片及其制备方法，特别针对具有体内具有功能连贯性的两个以上器官联用的芯片模拟。一种基于微流控技术的多器官芯片，该芯片主要包括三层结构：上层芯片、中层碳酸脂膜和下层芯片；中层碳酸脂膜上具有微孔，上层芯片中培养的细胞所产生的代谢产物可透过微孔渗透到下层芯片中，进而刺激下层芯片中培养的细胞或组织模型，从而模拟体内多器官之间的功能连贯性；所述上层芯片包括上层细胞入口、上层细胞通道和上层细胞出口；上层细胞入口和上层细胞出口通过上层细胞通道连接；所述下层芯片包括下层胶原入口、下层胶原通道、下层细胞入口、下层细胞出口和下层细胞通道，下层胶原入口和下层胶原通道连接，下层胶原通道和下层细胞通道直接连通，下层细胞入口和下层细胞出口通过下层细胞通道连接；在芯片整体封接之后，上层细胞通道和下层细胞通道在位置上相互对应重合。本专利技术提供的微流控芯片，整个芯片设计可并排封接在足够大的洁净玻璃底面以增加通量，个数可在1-100个之间。一种基于微流控技术的多器官芯片的制备方法，上层芯片的下表面和碳酸脂膜经过紫外活化1小时，硅烷化处理30分钟，氧等离子进行封接；用于粘合上下层芯片的PDMS为单体与引发剂比例为20:1的PDMS聚合物，下层芯片上表面蘸取PDMS后，与已不可逆封接有碳酸脂膜的上层芯片进行对齐粘合。所述上层芯片和下层芯片均为透光透气的PDMS聚合物，PDMS单体与引发剂比例为6:1。一种基于微流控技术的多器官芯片的应用，上层芯片用于培养肝细胞，所用药物为体内需要经过肝代谢进行活化的前体药物；下层芯片用于构建体外血脑屏障模型，用于评价经过肝代谢的药物是否能够通过血脑屏障，以及是否对血脑屏障的功能具有破坏性或者保护作用；下层芯片的胶原入口处同时可用于对下层芯片中透过血脑屏障的液体的收集。本专利技术的优点为：利用多层微流控芯片集成的方法，将多种细胞的培养单元结合，根据体内器官之间运行的先后顺序，将多种器官的模型组装和构建在同一块芯片上，简便快捷的实现了多器官联合的芯片构建方法，且器官之间可进行有效分割，便于各个器官之间的分别控制和观察。附图说明图1本专利技术所提供的微流控芯片整体结构示意图；图2本专利技术所提供的微流控芯片的制备方法的流程图；其中，1上层芯片，2上层细胞入口、3上层通道，4上层细胞出口，5中层碳酸脂膜；6下层芯片，7下层胶原入口、8下层胶原通道，9下层细胞入口，10下层细胞出口，11下层细胞通道；12洁净玻璃。具体实施方式下面的实施例将对本专利技术予以进一步的说明，但并不因此而限制本专利技术。实施例1一种基于微流控技术的多器官芯片，如图1所示：一种基于微流控技术的多器官芯片芯片主要包括三层结构，上层芯片1、中层碳酸脂膜5和下层芯片6；中层碳酸脂膜5上具有微孔，上层芯片1中培养的细胞所产生的代谢产物可透过微孔渗透到下层芯片6中，进而刺激下层芯片6中培养的细胞或组织模型。所述上层芯片1包括上层细胞入口2、上层细胞通道3和上层细胞出口4；上层细胞入口2和上层细胞出口4通过上层细胞通道3连接；所述下层芯片6包括下层胶原入口7、下层胶原通道8、下层细胞入口9、下层细胞出口10和下层细胞通道11，下层胶原入口7和下层胶原通道8连接，下层胶原通道8和下层细胞通道11直接连通，下层细胞入口9和下层细胞出口10通过下层细胞通道11连接；在芯片整体封接之后，上层细胞通道3和下层细胞通道11在位置上相互对应重合。上层芯片和下层芯片的制作应用SU-83035为材料，按照传统的软光刻方法分别制作上层芯片1和下层芯片6的模板，其中上层芯片为单层模板，用于培养肝细胞；下层芯片为双层模板，用于构建体外血脑屏障模型。模板制作完成后，利用PDMS聚合物浇筑模板(单体：引发剂＝6:1)，分别制作上层芯片和下层芯片的PDMS块并用自制打孔器打孔备用，。整体芯片的封接将碳酸脂膜5置于玻片上，放置于超净台中紫外活化1小时，再用硅烷化处理30分钟，随后上层芯片1一同进行等离子封接，随后置于80℃烘箱中处理30分钟。下层芯片6直接等离子体封接在一块合适大小的洁净玻璃12上。再配制单体与引发剂比例为20:1的PDMS聚合物，在下层芯片的上表面涂抹一薄层后，将两层芯片直接对齐粘合，最后将整体芯片置于80℃烘箱中固化30分钟，如图2所示。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于微流控技术的多器官芯片，其特征在于：该芯片主要包括三层结构：上层芯片(1)、中层碳酸脂膜(5)和下层芯片(6)；中层碳酸脂膜(5)上具有微孔，上层芯片(1)中培养的细胞所产生的代谢产物可透过微孔渗透到下层芯片(6)中，进而刺激下层芯片(6)中培养的细胞或组织模型；所述上层芯片(1)包括上层细胞入口(2)、上层细胞通道(3)和上层细胞出口(4)；上层细胞入口(2)和上层细胞出口(4)通过上层细胞通道(3)连接；所述下层芯片(6)包括下层胶原入口(7)、下层胶原通道(8)、下层细胞入口(9)、下层细胞出口(10)和下层细胞通道(11)，下层胶原入口(7)和下层胶原通道(8)连接，下层胶原通道(8)和下层细胞通道(11)直接连通，下层细胞入口(9)和下层细胞出口(10)通过下层细胞通道(11)连接；在芯片整体封接之后，上层细胞通道(3)和下层细胞通道(11)在位置上相互对应重合。

【技术特征摘要】
1.一种基于微流控技术的多器官芯片，其特征在于：该芯片主要包括三层结构：上层芯片(1)、中层碳酸脂膜(5)和下层芯片(6)；中层碳酸脂膜(5)上具有微孔，上层芯片(1)中培养的细胞所产生的代谢产物可透过微孔渗透到下层芯片(6)中，进而刺激下层芯片(6)中培养的细胞或组织模型；所述上层芯片(1)包括上层细胞入口(2)、上层细胞通道(3)和上层细胞出口(4)；上层细胞入口(2)和上层细胞出口(4)通过上层细胞通道(3)连接；所述下层芯片(6)包括下层胶原入口(7)、下层胶原通道(8)、下层细胞入口(9)、下层细胞出口(10)和下层细胞通道(11)，下层胶原入口(7)和下层胶原通道(8)连接，下层胶原通道(8)和下层细胞通道(11)直接连通，下层细胞入口(9)和下层细胞出口(10)通过下层细胞通道(11)连接；在芯片整体封接之后，上层细胞通道(3)和下层细胞通道(11)在位置上相互对应重合。2.按照权利要求1所述的一种基于微流控技术的多器官芯片，其特征在于：整个芯片设计可并排封接在足够大的洁净玻璃底面以增加通量，个数可在1-100个之间。3.按照权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：秦建华，许慧，李中玉，
申请(专利权)人：中国科学院大连化学物理研究所，
类型：发明
国别省市：辽宁,21