一种自循环组织/器官芯片装置及其制作方法制造方法及图纸

自循环组织/器官芯片装置及其制作方法，装置包括封装壳体、于封装壳体内的类心肺系统模块、数个类组织/器官模块、类血管模块、微型储能模块以及微电脑模块；类心肺系统模块为模拟心肺系统的呼吸功能和血液动力环境；类组织/器官模块沿着流经其中的液体方向依次设有进样单元、流体驱动单元、流体控制单元、样品准备单元、类组织/器官生长腔室、样品标记单元、样品检测单元以及样品流出单元；类组织/器官生长腔室内具有人体组织/器官的功能等效物；类血管模块用于连通类组织/器官模块及类心肺系统模块以实现装置内独立循环的血液系统；微型储能模块为微电脑模块供能；微电脑模块向其它模块输出控制信号和收集样品检测单元的输出信号。

Self circulation tissue / organ chip device and manufacturing method thereof

Self circulating tissue / organ chip device and a manufacturing method thereof. The device comprises a packaging shell, heart and lung in the packaging shell module, several kind of vascular tissue / organ module, module, micro storage module and microcomputer module; system module for simulation class cardiopulmonary cardiopulmonary system of respiratory function and blood dynamic environment class; tissues / organs along the direction through the liquid module are arranged on the sampling unit, fluid drive unit, fluid control unit, sample preparation unit, tissue / organ growth chamber, sample labeling unit, sample detection unit and sample outflow unit; tissue / organ growth chamber with human tissue / organ function equivalent; vascular module for connected tissue / organ class module and cardiopulmonary system module in order to achieve the blood circulation system independent device; mini storage The microprocessor module can output control signals to other modules and collect the output signals of the sample detection unit.

【技术实现步骤摘要】
一种自循环组织/器官芯片装置及其制作方法
本专利技术涉及人体生物学领域，具体涉及一种自循环组织/器官芯片装置及其制作方法。
技术介绍
人体生物学研究是生命科学研究的重要领域，传统的细胞二维培养模式在研究人体生理、病理、药理学方面已经取得很多成就，但是这些简单的模型难以体现人体组织器官复杂的生理功能，因此研究人员经常采用动物实验做相关研究。动物实验存在周期长、成本高、争议大等缺点，而且动物实验往往不能准确反映人体对于各项研究指标的响应。近几年，人体生物学领域已经培养出包括人类大脑在内的多种多样的类器官芯片。类器官芯片技术是指在芯片上建立更加真实有效的生理、病理、药理模型，并能成为一种仿生、高效、节能的生理、病理学研究及药物研发工具。该类器官芯片的深入研究或许能够促进人类疾病治疗的研究速度。在器官芯片上构建各种组织/器官模型，作为对应组织/器官的体外等效物，尽可能接近地反应对应组织/器官的生理功能和生长微环境。在该类组织/器官的生理、病理及药理研究中，提供相对于动物/二维培养等更容易用于有效且可靠地预测人体的体征数据。该组织/器官芯片可以为单个组织/器官的等效物，也可以是多个组织/器官的等效物，且尽可能接近地模拟一个有机体中数个器官之间相互作用的复杂关系。目前已知的大部分3D培养系统仅反映一种细胞类型或仅模拟一种类型的组织/器官，而且这类器官芯片装置，主要制作方法是软光刻及高分子微流控芯片制作技术。目前的类器官芯片还不能完美模拟真正的器官，有的缺乏关键细胞类型，有的只能模仿器官发育的早期阶段，实验结果也不稳定。一些科学家正努力提高这些芯片上所培养的器官的复杂性、成熟度和可重复性等。长期目标是能制造出越来越多种完全功能结构的人类器官。这一领域已经把临床学、干细胞学、发育生物学和工程学结合在一起，虽然困难，但目标明确且充满希望。DonaldE.Ingber等人在微流控芯片上构建类肺泡装置(如图1所示)，以模拟呼吸时肺泡毛细血管的动态机械形变过程，该类肺泡芯片装置可做炎症和感染测试，生理呼吸对纳米颗粒的吸收在小鼠整个肺中观察到类似的结果。还有Reconstitutingorgan-levellungfunctionsonachip.Science，2010,328,1662–1668；HyunJungKim等在微流控芯片上构建模拟肠道消化吸收的装置(如图2所示)。另还有Humangut-on-a-chipinhabitedbymicrobialflorathatexperiencesintestinalperistalsis-likemotionsandflow.LabChip,2012,12,2165-2174；Lee,P.J.等在微流控芯片上构建类肝血窦结构，模拟肝的代谢(如图3所示)。还有Anartificialliversinusoidwithamicrofluidicendothelial-likebarrierforprimaryhepatocyteculture.Biotechnol.Bioeng.2007,97,1340–1346；DongeunHuh等在微流控芯片上模拟乳腺小叶导管癌的侵袭(如图4所示)。但上述这些现有技术以及类似的在微流控芯片上构建的类组织/器官模型，仅反映一种功能或由几个不同细胞层组成的简单结构体。关于制作方面，目前用于制作微流控芯片的微加工技术大多继承自半导体工业，其加工过程工序繁多，且依赖于价格高昂的先进设备。加工过程要在超净间中完成，工序复杂，占用大量空间，而且需要有经验的设计和加工人员。后来有人采用3D打印技术，可以显著的简化微流控芯片的加工过程，极大的降低微流控芯片的技术门槛和加工成本。3D打印的微组织/器官在生物医药领域中用于生理/病理/药理研究的应用发展迅速，出现了很多用于细胞分析检测、生物传感、药物供给等领域的3D打印微流控芯片，但是这类3D打印出的芯片一般不能实现芯片内液体自循环，也不具备动物体内可植入性。
技术实现思路
本专利技术的其中一个目的在于提出一种可植入人体或动物体内的自循环组织/器官芯片装置，以解决现有的在微流控芯片上构建的类组织/器官模型所存在的功能单一、结构体简单，无法实现不同器官之间相互作用和串扰，无法维持培养系统的平衡，且无法实现芯片内液体自供给、自循环和自检测、也不具备动物体内可植入性的技术问题。本专利技术为解决上述技术问题所提供的技术方案如下：一种自循环组织/器官芯片装置，包括封装壳体以及固定于封装壳体内的类心肺系统模块、数个类组织/器官模块、类血管模块、微型储能模块以及微电脑模块；所述类心肺系统模块被配置为模拟心肺系统的呼吸功能和血液动力环境；所述类组织/器官模块沿着流经其中的液体方向依次设有进样单元、流体驱动单元、流体控制单元、样品准备单元、类组织/器官生长腔室、样品标记单元、样品检测单元以及样品流出单元；其中，所述类组织/器官生长腔室内具有微致动单元、微环境控制器以及一个或多个3D打印的类组织/器官，所述类组织/器官包括上皮组织、结缔组织、肌肉组织、神经组织、肺、肝、肠、脾、肾、胰腺、乳腺、心脏以及骨髓中至少一者的组织/器官功能等效物；所述类血管模块被配置为用于连通所述类组织/器官模块以及所述类心肺系统模块，以实现所述芯片装置内独立循环的血液系统；所述微型储能模块用于为所述微电脑模块供能；所述微电脑模块包括微电路，并通过所述微电路与所述芯片装置的其它模块连接，以向所述其它模块输出控制信号和收集所述样品检测单元的输出信号。本专利技术提供的上述自循环组织/器官芯片装置，与现有技术相比，至少具有以下有益效果：1)集成了多种组织/器官功能；2)通过样品检测单元检测各个类组织/器官上的信号并通过微电路实现各个类组织/器官之间信号的接收和传递，从而使得不同类组织/器官之间可相互作用；3)通过所述类组织/器官模块实现整个组织/器官芯片装置内各个类组织/器官之间液体自循环、自供给和自检测；4)通过类心肺系统模块实现与外界进行物质交换，并基于前述1)、2)和3)，从而可高度模拟人体环境，使得本专利技术的整个装置能够在长时间内保持于初始的平衡状态，维持理想的、我们所需要的状态运转；5)正因为前述的4)使得本专利技术的装置具备人体和动物体的可植入性。本专利技术另一目的在于提出用于制作前述自循环组织/器官芯片装置的方法，以克服现有的制作方法所存在的加工环境要求苛刻、工序复杂、占用空间大的技术问题。本专利技术为解决上述技术问题所提出的制作方法如下：一种自循环组织/器官芯片装置的制作方法，包括：利用生物打印墨水材料进行3D生物打印，将不同功能的细胞打印于芯片上的不同预定位置；给所述芯片上的细胞提供类人体生长条件，以使所述不同功能的细胞分别形成不同功能的组织；通过不同功能的组织之间进行相互作用，实现至少一种组织/器官功能。由于本专利技术提供的前述自循环组织/器官芯片装置，具有较为完整的人体组织/器官功能，进而其整体结构较为复杂，如果采用现有的制作方法来制作，则难以构建出符合要求的产品，因此本专利技术提出了上述的制作方法，利用仿生材料作为打印墨水材料，采用3D生物打印技术，来打印构建本专利技术前述提供的自循环组织/器官芯片装置，使得本专利技术的所述装置能够完整、合格地制作出来。附图说明图1是现有本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种自循环组织/器官芯片装置，包括封装壳体以及固定于封装壳体内的类心肺系统模块、数个类组织/器官模块、类血管模块、微型储能模块以及微电脑模块；所述类心肺系统模块被配置为模拟心肺系统的呼吸功能和血液动力环境；所述类组织/器官模块沿着流经其中的液体方向依次设有进样单元、流体驱动单元、流体控制单元、样品准备单元、类组织/器官生长腔室、样品标记单元、样品检测单元以及样品流出单元；其中，所述类组织/器官生长腔室内具有微致动单元、微环境控制器以及一个或多个3D打印的类组织/器官，所述类组织/器官包括上皮组织、结缔组织、肌肉组织、神经组织、肺、肝、肠、脾、肾、胰腺、乳腺、心脏以及骨髓中至少一者的组织/器官功能等效物；所述类血管模块被配置为用于连通所述类组织/器官模块以及所述类心肺系统模块，以实现所述芯片装置内独立循环的血液系统；所述微型储能模块用于为所述微电脑模块供能；所述微电脑模块包括微电路，并通过所述微电路与所述芯片装置的其它模块连接，以向所述其它模块输出控制信号和收集所述样品检测单元的输出信号。

【技术特征摘要】
1.一种自循环组织/器官芯片装置，包括封装壳体以及固定于封装壳体内的类心肺系统模块、数个类组织/器官模块、类血管模块、微型储能模块以及微电脑模块；所述类心肺系统模块被配置为模拟心肺系统的呼吸功能和血液动力环境；所述类组织/器官模块沿着流经其中的液体方向依次设有进样单元、流体驱动单元、流体控制单元、样品准备单元、类组织/器官生长腔室、样品标记单元、样品检测单元以及样品流出单元；其中，所述类组织/器官生长腔室内具有微致动单元、微环境控制器以及一个或多个3D打印的类组织/器官，所述类组织/器官包括上皮组织、结缔组织、肌肉组织、神经组织、肺、肝、肠、脾、肾、胰腺、乳腺、心脏以及骨髓中至少一者的组织/器官功能等效物；所述类血管模块被配置为用于连通所述类组织/器官模块以及所述类心肺系统模块，以实现所述芯片装置内独立循环的血液系统；所述微型储能模块用于为所述微电脑模块供能；所述微电脑模块包括微电路，并通过所述微电路与所述芯片装置的其它模块连接，以向所述其它模块输出控制信号和收集所述样品检测单元的输出信号。2.如权利要求1所述的自循环组织/器官芯片装置，其特征在于：所述类心肺系统模块包括心脏等效物和肺等效物；所述心脏等效物被配置为为所述血液系统提供所述血液动力环境；所述肺等效物被配置为具备气血屏障功能。3.如权利要求1所述的自循环组织/器官芯片装置，其特征在于：所述组织/器官功能等效物是构建于芯片上的不同类型的体外功能细胞的集合，所述集合至少实现一种组织/器官功能。4.如权利要求1所述的自循环组织/器官芯片装置，其特征在于：所述类组织/器官具体包括：类肝组织/器官，被配置为由数个类肝小叶的功能单元组成；类肺组织/器官，被配置为由数个类肺泡的功能单元组成；类肠组织/器官，被配置为由数个类小肠绒毛的功能单元组成；类肾组织/器官，被配置为由数个类肾单位的功能单元组成；类骨髓组织/器官，被配置为由数个类造血组织和类血窦的功能单元组成；类脾组织/器官，被配置为由数个类白髓和红髓构成的功能单元组成；类胰腺组织/器官，被配置为由数个类胰岛的功能单元组成；类心组织/器官，被配置为由数个类心肌和类瓣膜构成的功能单元组成；类乳腺组织/器官，被配置为由数个类腺小叶的功能单元组成；类皮肤组织/器官，被配置为由数个类皮肤附属器的功能单元组成；类睾丸组织/器官，被配置...

【专利技术属性】
技术研发人员：弥胜利，孙伟，夏圣悦，徐圆圆，
申请(专利权)人：清华大学深圳研究生院，
类型：发明
国别省市：广东,44