一种模拟体内肠缺血再灌注致远隔脏器损伤的仿生微流控芯片制造技术

本实用新型专利技术公开一种模拟体内肠缺血再灌注致远隔脏器损伤的仿生微流控芯片，其特征在于：所述芯片包括玻璃基片（1），在玻璃基片（1）的上方依次设置有下PDMS片（2）、聚碳酸酯多孔膜（3）和上PDMS片（4），所述上PDMS片（4）上开设有开口方向向下的肠黏膜上皮细胞培养池（5），而下PDMS片（2）上则开设有培养液交换池（6），所述同时肠黏膜上皮细胞培养池（5）和培养液交换池（6）的横断面所形成的图形相同，且二者在纵向上相互重叠，所述的聚碳酸酯多孔膜（3）位于肠黏膜上皮细胞培养池（5）和培养液交换池（6）之间。

A biomimetic microfluidic chip simulating distant organ injury induced by intestinal ischemia-reperfusion in vivo

【技术实现步骤摘要】
一种模拟体内肠缺血再灌注致远隔脏器损伤的仿生微流控芯片
本技术涉及细胞培养领域，特别是一种模拟体内肠缺血再灌注致远隔脏器损伤的仿生微流控芯片。
技术介绍
肠缺血再灌注（Intestinalischemia/reperfusion,II/R）损伤是指各种原因导致的肠道血供中断或减少、重新恢复血供使肠道损伤进一步加重的病理生理过程，是外科实践中常见的临床危相。肠缺血再灌注损伤是一个连锁反应，其对全身状态的影响作用已经远远超过肠道局部的损伤和破坏，被认为是造成全身炎症反应综合征（SIRS）和多器官功能障碍综合征（MODS）的重要始动因素之一，其引发的肝功能损害和急性肺损伤是临床上最为常见的并发症和重要的死亡原因。肠缺血再灌注引发多器官损伤的机制复杂，众多临床研究表明，在II/R过程中，缺血缺氧可以导致肠黏膜上皮细胞萎缩、凋亡，肠黏膜屏障功能丧失，使肠内细菌和内毒素移位至全身，单核/巨噬细胞系统激活，产生一系列细胞因子和炎症介质，此外肠道组织缺氧产生的反应性氧化中介因子（ROI）也可以通过体内血循环直接作用到远隔器官并导致损伤。肝脏是门静脉系统直接汇流的肠道毗邻器官，这一解剖学和组织学特点决定其更易受到II/R的损害。II/R时大量的炎性介质、ROS及细菌毒素通过破坏的肠壁入血，经由门静脉系统到达肝脏，超出肝脏库普弗细胞清除能力，进一步激活炎症因子，释放有害的酶体和介质，造成肝细胞损伤、坏死和凋亡。同时，大量内毒素和炎症因子进一步通过血循环向全身播散，使中性粒细胞（PMNs）在肺内聚集和激活，产生和释放ROS，一方面损伤肺血管内皮细胞，增加血管通透性，造成肺水肿，另一方面通过氧化细胞膜脂质直接损伤肺实质细胞，使肺泡上皮细胞广泛凋亡、坏死和塌陷，引起弥漫性肺损伤。目前该领域的研究以体内实验为主，但体内实验干扰因素较多，不利于在细胞水平观察和检测相关信号通路变化、炎症因子释放等生物学机制。此外，由于肠缺血再灌注致远隔脏器损伤过程中，涉及多种脏器细胞，生理结构复杂且需要特殊的流体微环境，传统体外细胞培养方法难以实现上述仿生效果，因此迫切需要一种用于离体研究肠缺血再灌注致远隔脏器损伤的仿生微流控芯片装置。
技术实现思路
本技术是为了解决现有技术所存在的上述不足，提出一种模拟体内肠缺血再灌注致远隔脏器损伤的仿生微流控芯片。该芯片可以实现多种细胞的体外联合培养，动态监测肠黏膜上皮细胞缺氧复氧、释放炎性因子及进一步影响肝细胞和肺泡上皮细胞生物学行为和机制，同时可应用于筛选药物、分析药效和药物作用靶点，为研究该疾病提供了体外研究平台。本技术的技术解决方案是：一种模拟体内肠缺血再灌注致远隔脏器损伤的仿生微流控芯片，其特征在于：所述芯片包括玻璃基片1，在玻璃基片1的上方依次设置有下PDMS片2、聚碳酸酯多孔膜3和上PDMS片4，所述上PDMS片4上开设有开口方向向下的肠黏膜上皮细胞培养池5，而下PDMS片2上则开设有培养液交换池6，所述同时肠黏膜上皮细胞培养池5和培养液交换池6的横断面所形成的图形相同，且二者在纵向上相互重叠，所述的聚碳酸酯多孔膜3位于肠黏膜上皮细胞培养池5和培养液交换池6之间，在上PDMS片2上还设置有与肠黏膜上皮细胞培养池5相连通的上入口7和上出口8，在下PDMS片2上则设置有与培养液交换池6相连通的下入口9，培养液交换池6远离下入口9的方向上还依次设置有肝细胞培养池10、蛇形通道11和肺泡上皮细胞培养池12，且培养液交换池6与肝细胞培养池10之间、肝细胞培养池10与蛇形通道11之间、以及蛇形通道11与肺泡上皮细胞培养池12之间均通过微通道相互连通，同时在下PDMS片2上还设置有与肺泡上皮细胞培养池12相连的下出口13，所述下出口13的末端位于上PDMS片4的表面。本技术同现有技术相比，具有如下优点：本技术所公开的仿生微流控芯片，可以模拟出在体肠黏膜上皮细胞、肝细胞和肺泡上皮细胞仿生结构和模拟血循环流体环境的联合培养腔体，便于动态检测培养的肠黏膜上皮细胞损伤后释放的炎症因子和观察其引发肝细胞、肺泡上皮细胞损伤、凋亡等情况，进一步分析相关的细胞分子生物学机制，也可用于筛选相关药物和作用靶点，填补了离体研究肠缺血再灌注致远隔脏器损伤领域的空白。且它的主要材料是PDMS，生物相容性好，且具有弹性和高度的透光性，密闭性好，形成隔绝空气的闭合循环构造更接近于生理微环境，而非直接与空气接触的传统培养方式，更加有利于精确模拟体内肠粘膜上皮细胞缺氧复氧过程。同时，该仿生微流控芯片用于检测时，其试剂消耗量明显少于传统体内外实验，可节约大量的研究成本。并且这种芯片的制作工艺简单，制造成本低廉，因此可以说它具备了多种优点，特别适合于在本领域中推广应用，其市场前景广阔，科研意义重大。附图说明图1为本技术实施例的侧向剖视图。图2为本技术实施例中上PDMS片的俯视图。图3为本技术实施例中下PDMS片的俯视图。具体实施方式下面将结合附图说明本技术的具体实施方式。如图1、图2、图3所示：一种模拟体内肠缺血再灌注致远隔脏器损伤的仿生微流控芯片，包括玻璃基片1，在玻璃基片1的上方依次设置有下PDMS片2、聚碳酸酯多孔膜3和上PDMS片4，所述上PDMS片4上开设有开口方向向下的肠黏膜上皮细胞培养池5，而下PDMS片2上则开设有培养液交换池6，所述同时肠黏膜上皮细胞培养池5和培养液交换池6的横断面所形成的图形相同，且二者在纵向上相互重叠，所述的聚碳酸酯多孔膜3位于肠黏膜上皮细胞培养池5和培养液交换池6之间，在上PDMS片2上还设置有与肠黏膜上皮细胞培养池5相连通的上入口7和上出口8，在下PDMS片2上则设置有与培养液交换池6相连通的下入口9，培养液交换池6远离下入口9的方向上还依次设置有肝细胞培养池10、蛇形通道11和肺泡上皮细胞培养池12，且培养液交换池6与肝细胞培养池10之间、肝细胞培养池10与蛇形通道11之间、以及蛇形通道11与肺泡上皮细胞培养池12之间均通过微通道相互连通，同时在下PDMS片2上还设置有与肺泡上皮细胞培养池12相连的下出口13，所述下出口13的末端位于上PDMS片4的表面。本技术实施例的模拟体内肠缺血再灌注致远隔脏器损伤的仿生微流控芯片的工作过程如下：首先将玻璃基片1、下PDMS片2、聚碳酸酯多孔膜3和上PDMS片4依次连接成一体结构，然后在上PDMS片4的上入口7处连接带有蠕动泵的管路，通过蠕动泵向上PDMS片4上的肠黏膜上皮细胞培养池5中注入CaCO2细胞悬液，使其输送到肠黏膜上皮细胞培养池5中；在下PDMS片2的下入口9处也连接带有蠕动泵的管路，通过蠕动泵向下PDMS片2上的培养液交换池6注入HepG2细胞，在下出口13处连接带有蠕动泵的管路，通过蠕动泵向肺泡上皮细胞培养池12中注入A549细胞，待上述三种细胞均贴壁后，形成仿生微流控芯片；在进行肠道缺血的模拟操作时，通过上入口7向肠黏膜上皮细胞中培养池注入以氮气置换氧气的缺氧培养液，并通过上出口8排出，进行肠黏膜上皮细胞的缺氧培养，以模拟体内肠道缺血过程，同时下入口9注入正常培养液，并依次通过肝细胞培养池10、蛇形通道11和肺泡上皮细胞培养池12最终通过下出口13排出，以模拟肠道缺血时肝脏和肺脏的生理状态；缺氧8h后本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种模拟体内肠缺血再灌注致远隔脏器损伤的仿生微流控芯片，其特征在于：所述芯片包括玻璃基片（1），在玻璃基片（1）的上方依次设置有下PDMS片（2）、聚碳酸酯多孔膜（3）和上PDMS片（4），所述上PDMS片（4）上开设有开口方向向下的肠黏膜上皮细胞培养池（5），而下PDMS片（2）上则开设有培养液交换池（6），所述同时肠黏膜上皮细胞培养池（5）和培养液交换池（6）的横断面所形成的图形相同，且二者在纵向上相互重叠，所述的聚碳酸酯多孔膜（3）位于肠黏膜上皮细胞培养池（5）和培养液交换池（6）之间，在上PDMS片（4）上还设置有与肠黏膜上皮细胞培养池（5）相连通的上入口（7）和上出口（8），在下PDMS片（2）上则设置有与培养液交换池（6）相连通的下入口（9），培养液交换池（6）远离下入口（9）的方向上还依次设置有肝细胞培养池（10）、蛇形通道（11）和肺泡上皮细胞培养池（12），且培养液交换池（6）与肝细胞培养池（10）之间、肝细胞培养池（10）与蛇形通道（11）之间、以及蛇形通道（11）与肺泡上皮细胞培养池（12）之间均通过微通道相互连通，同时在下PDMS片（2）上还设置有与肺泡上皮细胞培养池（12）相连的下出口（13），所述下出口（13）的末端位于上PDMS片（4）的表面。...

【技术特征摘要】
1.一种模拟体内肠缺血再灌注致远隔脏器损伤的仿生微流控芯片，其特征在于：所述芯片包括玻璃基片（1），在玻璃基片（1）的上方依次设置有下PDMS片（2）、聚碳酸酯多孔膜（3）和上PDMS片（4），所述上PDMS片（4）上开设有开口方向向下的肠黏膜上皮细胞培养池（5），而下PDMS片（2）上则开设有培养液交换池（6），所述同时肠黏膜上皮细胞培养池（5）和培养液交换池（6）的横断面所形成的图形相同，且二者在纵向上相互重叠，所述的聚碳酸酯多孔膜（3）位于肠黏膜上皮细胞培养池（5）和培养液交换池（6）之间，在上PDMS片（4）上还设置有与肠黏膜上皮细...

【专利技术属性】
技术研发人员：张峰，王凌宇，田晓峰，姚继红，宁势力，王广智，陈钊，周芸，刘宇峰，常红，李扬，
申请(专利权)人：大连医科大学附属第二医院，
类型：新型
国别省市：辽宁,21