基于化学改性的微流控肺泡芯片制造技术

本发明专利技术提供一种基于化学改性的微流控肺泡芯片，通过芯片上形成的三层四通道的三维细胞培养体系来模拟人肺结构和细胞生长微环境，能够更加真实地还原体内细胞生长环境，从而能够更准确地检测细胞代谢气体；同时通过芯片的化学改性能够实现对体外细胞新陈代谢气体的收集和检测，为呼吸检测肺部疾病提供了理论基础，也为肺癌等疾病的医治提供新的思路。

Microfluidic Alveolar Chip Based on Chemical Modification

The invention provides a microfluidic alveolar chip based on chemical modification, which simulates human lung structure and cell growth microenvironment through three layers and four channels of three-dimensional cell culture system formed on the chip, can more truly restore the growth environment in vivo, thus can more accurately detect cell metabolic gases; at the same time, through chemical modification of the chip, it can realize new cell in vitro. The collection and detection of metabolic gases provide a theoretical basis for respiratory detection of lung diseases, as well as new ideas for the treatment of lung cancer and other diseases.

【技术实现步骤摘要】
基于化学改性的微流控肺泡芯片
本专利技术涉及微纳加工
，尤其涉及一种基于化学改性的微流控肺泡芯片。
技术介绍
呼吸检测是一种定性定量研究呼吸中挥发性有机化合物的检测，近年来在健康诊断、生物信息学及制药领域得到了广泛的关注。特别地，在健康诊断领域，由于其无创无痛及收集简便等特性，呼吸检测被越来越多地应用于常规体检及疾病早期诊断中。由于任何由异常基因表达产生的细胞代谢偏离都会影响血液中小分子产物的成分及浓度，这些溶于血液的小分子代谢产物会转移至肺部通过呼吸作用排出体外。由此可知人体呼出气体的成分会反映潜在肿瘤细胞尤其是肺部肿瘤细胞的新陈代谢水平，可被用于癌症尤其是肺癌的诊断。现有的对于细胞挥发性代谢物的检测方法是将细胞进行常规培养后，利用固相微萃取探针对密封的塑料或玻璃培养容器中培养基上方的气体样品进行富集，最后将探针插入气相色谱仪分析气体成分。然而常规的二维细胞培养虽简单易行，但与体内肺细胞在含有气血屏障的肺泡结构中三维生理生长现象存在明显区别，细胞代谢产物也会存在差异，对于复杂的分析研究有一定局限性。由此可见，常规的二维培养基培养的细胞与体内代谢活动差异较大，呼吸检测产物不准确，不易于微型化和集成化。
技术实现思路
本专利技术提供的基于化学改性的微流控肺泡芯片，通过设计三层四通道的三维细胞培养结构，能够真实模拟体内气血屏障和呼吸作用对细胞代谢的作用，从而能够更准确地检测细胞代谢气体。本专利技术提供一种基于化学改性的微流控肺泡芯片，所述微流控肺泡芯片自上而下包括第一微通道层、多孔膜层和第二微通道层；所述第一微通道层包括第一细胞培养通道和位于所述第一细胞培养通道两侧的第一气体通道和第二气体通道；所述第二微通道层包括第二细胞培养通道和位于所述第二细胞培养通道的第三气体通道和第四气体通道；第一微通道层中的第一细胞培养通道与其下方的多孔膜层构成上层细胞培养腔，第二微通道层中的第二细胞培养通道与其上方的多孔膜层构成下层细胞培养腔；位于所述第一气体通道与所述第三气体通道之间以及所述第二气体通道与所述第四气体通道之间的多孔膜层在所述微流控肺泡芯片制备过程被刻蚀掉以形成由所述第一气体通道和所述第三气体通道贯通形成的第一气压调节腔和由所述第二气体通道和所述第四气体通道贯通形成的第二气压调节腔；所述第一微通道层滴加有用于实时捕获肺泡细胞新陈代谢气体的捕获剂；所述上层细胞培养腔和所述下层细胞培养腔分别用于通气体和液体以模拟肺泡细胞生长的气血屏障结构，所述第一气压调节腔和所述第二气压调节腔用于调节对所述上层细胞培养腔和所述下层细胞培养腔侧壁的压力以模拟肺部呼吸作用，所述多孔膜层用于在所述多孔膜层两侧贴壁生长肺泡上皮细胞和血管内皮细胞。本专利技术实施例提供的基于化学改性的微流控肺泡芯片，与现有技术相比，第一、本专利技术通过芯片上形成的三层四通道的三维细胞培养体系来模拟人肺结构和细胞生长微环境，能够更加真实地还原体内细胞生长环境，从而能够更准确地检测细胞代谢气体；第二、本专利技术通过芯片的化学改性能够实现对体外细胞新陈代谢气体的收集和检测，为呼吸检测肺部疾病提供了理论基础，也为肺癌等疾病的医治提供新的思路；第三，本专利技术中的微米级别的通道使芯片具有样品消耗少、检测速度快的特点，降低了细胞检测的成本和时间；第四、本专利技术的微流控肺泡芯片体积小巧、集成度高、操作简便以重复使用等特点，能够满足芯片微型化和集成化的使用需求。附图说明图1为本专利技术一实施例基于化学改性的微流控肺泡芯片的结构图；图2为本专利技术一实施例基于化学改性的微流控肺泡芯片的三层分解图；图3为本专利技术一实施例基于化学改性的微流控肺泡芯片的中间截面图。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。这里介绍一下微流控芯片的概念，微流控芯片是指把化学和生物等领域中所涉及的样品制备、反应、分离、检测及细胞培养、分选、裂解等基本操作单元集成或基本集成到一块几平方厘米(甚至更小)的芯片上，由微通道形成网络，以可控流体贯穿整个系统，用以取代常规化学或生物实验室的各种功能的一种技术平台，其具有分离效率高、分析速度快、分离模式多、所需样品少、应用范围广、自动化程度高等优点。本专利技术提供一种基于化学改性的微流控肺泡芯片，如图1至图3所示，其中，图1为基于化学改性的微流控肺泡芯片的结构图，图2为基于化学改性的微流控肺泡芯片的三层分解图，图3为基于化学改性的微流控肺泡芯片的中间截面图，由图1至图3可知，所述微流控肺泡芯片自上而下包括第一微通道层211、多孔膜层222和第二微通道层233；所述第一微通道层211包括第一细胞培养通道1和位于所述第一细胞培养通道1两侧的第一气体通道2和第二气体通道3；所述第二微通道层233包括第二细胞培养通道12和位于所述第二细胞培养通道12的第三气体通道13和第四气体通道14；所述第一微通道层中的第一细胞培养通道1与其下方的多孔膜层构成上层细胞培养腔22，所述第二微通道层中的第二细胞培养通道12与其上方的多孔膜层构成下层细胞培养腔24；位于所述第一气体通道2与所述第三气体通道13之间以及所述第二气体通道3与所述第四气体通道14之间的多孔膜层222在所述微流控肺泡芯片制备过程被刻蚀掉以形成由所述第一气体通道2和所述第三气体通道13贯通形成的第一气压调节腔21和由所述第二气体通道3和所述第四气体通道14贯通形成的第二气压调节腔23；所述第一微通道层211滴加有用于实时捕获肺泡细胞新陈代谢气体的捕获剂(图3中的25表示第一微通道层的位于上层细胞培养腔上方的部分滴加有捕获剂)；其中，所述上层细胞培养腔22和所述下层细胞培养腔24分别用于通气体和液体以模拟肺泡细胞生长的气血屏障结构，所述第一气压调节腔21和所述第二气压调节23腔用于调节对所述上层细胞培养腔22和所述下层细胞培养腔24侧壁的压力以模拟肺部呼吸作用，所述多孔膜层222用于在所述多孔膜层两侧贴壁生长肺泡上皮细胞和血管内皮细胞。如图2所示，所述第一细胞培养通道具有入口4和出口5，所述第一气体通道具有入口6和出口7，所述第二气体通道具有入口8和出口9；所述多孔膜层222是具有两种尺寸孔洞的多孔膜层，如图2所示，10表示中间孔洞，11表示外围孔洞；所述第二细胞培养通道12具有入口16和出口15，所述第三气体通道13具有入口17和出口18，所述第三气体通道14具有入口19和出口20。其中，上述通道的入口和出口均是通过打孔器形成并贯穿通道。由此可见，所述第一微通道层211、所述多孔膜层222和所述第二微通道层233这三层结构键合后形成了上层细胞培养腔22、下层细胞培养腔24、第一气体调节腔21和第二气体调节腔23。本专利技术提供的微流控肺泡芯片的工作原理如下：注射泵通过连接毛细血管的钢针与第一细胞培养通道1和第二细胞培养通道12连接，具体地，将钢针插入第一细胞培养通道1的入口4和第二细胞培养通道12的入口13，并将注射泵与钢针连接，用于向上层细胞培养腔22和下层细胞培养腔24分别本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于化学改性的微流控肺泡芯片，其特征在于，所述微流控肺泡芯片自上而下包括第一微通道层、多孔膜层和第二微通道层；所述第一微通道层包括第一细胞培养通道和位于所述第一细胞培养通道两侧的第一气体通道和第二气体通道；所述第二微通道层包括第二细胞培养通道和位于所述第二细胞培养通道的第三气体通道和第四气体通道；所述第一微通道层中的第一细胞培养通道与其下方的多孔膜层构成上层细胞培养腔，所述第二微通道层中的第二细胞培养通道与其上方的多孔膜层构成下层细胞培养腔；位于所述第一气体通道与所述第三气体通道之间以及所述第二气体通道与所述第四气体通道之间的多孔膜层在所述微流控肺泡芯片制备过程被刻蚀掉以形成由所述第一气体通道和所述第三气体通道贯通形成的第一气压调节腔和由所述第二气体通道和所述第四气体通道贯通形成的第二气压调节腔；所述第一微通道层滴加有用于实时捕获肺泡细胞新陈代谢气体的捕获剂；所述上层细胞培养腔和所述下层细胞培养腔分别用于通气体和液体以模拟肺泡细胞生长的气血屏障结构，所述第一气压调节腔和所述第二气压调节腔用于调节对所述上层细胞培养腔和所述下层细胞培养腔侧壁的压力以模拟肺部呼吸作用，所述多孔膜层用于在所述多孔膜层两侧贴壁生长肺泡上皮细胞和血管内皮细胞。...

【技术特征摘要】
1.一种基于化学改性的微流控肺泡芯片，其特征在于，所述微流控肺泡芯片自上而下包括第一微通道层、多孔膜层和第二微通道层；所述第一微通道层包括第一细胞培养通道和位于所述第一细胞培养通道两侧的第一气体通道和第二气体通道；所述第二微通道层包括第二细胞培养通道和位于所述第二细胞培养通道的第三气体通道和第四气体通道；所述第一微通道层中的第一细胞培养通道与其下方的多孔膜层构成上层细胞培养腔，所述第二微通道层中的第二细胞培养通道与其上方的多孔膜层构成下层细胞培养腔；位于所述第一气体通道与所述第三气体通道之间以及所述第二气体通道与所述第四气体通道之间的多孔膜层在所述微流控肺泡芯片制备过程被刻蚀掉以形成由所述第一气体通道和所述第三气体通道贯通形成的第一气压调节腔和由所述第二气体通道和所述第四气体通道贯通形成的第二气压调节腔；所述第一微通道层滴加有用于实时捕获肺泡细胞新陈代谢气体的捕获剂；所述上层细胞培养腔和所述下层细胞培养腔分别用于通气体和液体以模拟肺泡细胞生长的气血屏障结构，所述第一气压调节腔和所述第二气压调节腔用于调节对所述上层细胞培养腔和所述下层细胞培养腔侧壁的压力以模拟肺部呼吸作用，所述多孔膜层用于在所述多孔膜层两侧贴壁生长肺泡上皮细胞和血管内皮细胞。2.根据权利要求1所述的微流控肺泡芯片，其特征在于，所述捕获剂为用于捕获气体中的羰基化合物的带正电的氨氧基盐。3.根据权利要求1所述的微流控肺泡芯片，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏昕钰，李明虓，
申请(专利权)人：中国科学院微电子研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11