一种全液相器官芯片及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种全液相器官芯片及其制备方法，所述全液相器官芯片包括具有亲水通道的超疏水多孔膜，多孔膜密封在油相中，亲水通道上设有与其连通的流体入口、出口；通过在聚合物层多孔膜置于功能化修饰溶液中得到疏水聚合物层多孔膜；在疏水聚合物层多孔膜上进行亲水图案处理；后对带有亲水通道的多孔膜表面进行聚合物表面超疏水处理；再对多孔膜表面的亲水通道进行润湿处理，将其置于油相中密封，设置与亲水通道连通的入口、出口。本发明专利技术制备条件温和，可在所制备的基底构建细胞图案化培养实现全液相器官芯片的构建，并可实现对器官芯片内各处微环境的原位检测和取样，可实现根据需要对流体装置的功能和几何布局进行空间编辑。

A whole liquid phase organ chip and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种全液相器官芯片及其制备方法
本专利技术涉及生物芯片及其制备方法领域，特别是涉及一种全液相器官芯片及其制备方法。
技术介绍
新药研发是一项耗时长、投资巨大的产业。目前一款新药的平均研发成本约为10亿美元，平均耗时10年，使得新型药物的开发变得极为艰难。目前药物筛选中90％的通过了细胞实验和动物实验的药物会在临床测试阶段被否定，究其原因，主要是因为细胞实验和动物模型与人体模型存在较大差异，因此开发更接近于人体模型的药物测试平台显得极为重要。近年来，随着生物技术和信息技术的迅速发展，器官芯片成为生物医学中极具特色而富有活力的新兴领域。器官芯片是一种利用微加工技术，在微流控芯片上制造出能够模拟人类器官和循环系统的主要功能的仿生系统。除了具有微流控技术微型化、集成化、低消耗的特点外，器官芯片技术能够精确地控制多个系统参数，从而模拟人体器官的复杂结构、微环境和生理学功能。相比传统的平面细胞培养和动物模型，类器官具有更接近在体器官的结构和功能的优势，可以更好地反映人体生理学特性。器官芯片技术目前仍有大量技术问题需要解决，由于芯片体积小，细胞容量低，因此需要开发便捷、高灵敏度的检测方法和装置。它可以在不影响细胞活力的情况下实现细胞进程与生物标志物的准确的实时检测，这要求在设计器官芯片时集成大量的微型传感器。此外，部分测试如细胞测序等需要从芯片内部取样，因此器官芯片还需集成取样的流道和接口，使得整个系统变得十分复杂，这大大制约了器官芯片的发展。此外，目前的器官芯片在构建完成后难以改变其结构，这使得其无法模拟人体组织的动态变化，在部分情况下不能很好的实现仿生功能。
技术实现思路
专利技术目的：针对现有器官芯片系统在检测和动态变化方面的不足，本专利技术的一个目的是提供一种全液相器官芯片，该芯片没有传统微流控芯片的固体聚合物或玻璃外壳；本专利技术的另一个目的是提供一种全液相器官芯片的制备方法。技术方案：本专利技术的全液相器官芯片，所述器官芯片包括具有亲水通道的超疏水多孔膜，所述多孔膜密封在油相中，亲水通道上设有与其连通的流体入口、出口。本专利技术还提供了所述全液相器官芯片的制备方法，包括如下步骤：(1)制备聚合物层多孔膜；(2)将聚合物层多孔膜置于功能化修饰溶液中得到疏水聚合物层多孔膜；(3)在疏水聚合物层多孔膜上进行亲水图案处理，得到带有亲水通道的多孔膜；(4)后对带有亲水通道的多孔膜表面进行聚合物多孔膜表面超疏水处理；(5)再对多孔膜表面的亲水通道进行润湿处理，将其置于油相中密封，设置与亲水通道连通的入口、出口。可以采用注射器针头作为水相通道接入流体入口和出口，推动注射器即可形成微流控芯片。优选地，所述聚合物层多孔膜的制备方法为：对衬底进行双键修饰处理，得到表面修饰双键的衬底，后加入预聚物混合物，置于紫外光下反应；所述预聚物混合物包括单体、交联剂、致孔剂以及外加光引发剂。此处的衬底可以是羟基玻璃、塑料、金属等常用衬底。制备聚合物层多孔膜是利用聚合引发相分离技术，使得在紫外光照下原本均相的预聚液发生聚合，聚合物与致孔剂产生相分离，最终将致孔剂清洗去除后得到HEMA-EDMA多孔膜。其中使用的光引发剂可以选用安息香二甲醚，也可以是巴斯夫Irgcure369，819，1173，2959等常用紫外光引发剂。优选地，为了得到形貌较好，适合超疏水、力学性质相对稳定的多孔膜；所述预聚物混合物包括如下按体积百分比计的组分：甲基丙烯酸羟乙酯(HEMA)12～16vol％、乙二醇二甲基丙烯酸脂(EDMA)4～8vol％、环己醇40～64vol％、正癸醇16～40vol％；以安息香二甲醚作为光引发剂，每1ml预聚物混合物中加入光引发剂0.5mg～4mg。优选地，对玻璃片进行修饰双键处理采用加入质量浓度为10～25wt％的3-(异丁烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷溶液；其中3-(异丁烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷溶液的溶剂为乙醇。优选地，所述聚合物层多孔膜置于功能化修饰溶液中反应3～10h；所述功能化修饰溶液的溶剂为二氯甲烷，溶质为N，N′-二异丙基碳二亚胺、4-二甲氨基吡啶、4-戊烯酸或4-戊炔酸；其中，以溶剂体积计，每1mL二氯甲烷中，N，N′-二异丙基碳二亚胺的加入量为2.5～4μL，4-二甲氨基吡啶的加入量为1～2mg，4-戊烯酸或4-戊炔酸的加入量为2～3μL。进一步地，所述亲水图案处理方法为：向疏水聚合物层多孔膜表面滴加修饰溶液，盖上石英玻片，通过光掩模覆盖，置于紫外光下反应，得到带有亲水通道的多孔膜；所述修饰溶液为半胱氨酸盐酸盐溶液、巯基乙醇溶液、巯基乙胺溶液、巯基丙酸溶液中的任一种。此处的半胱氨酸盐酸盐溶液的配置过程为在N，N-二甲基甲酰胺(DMF)中加入半胱氨酸盐酸盐和安息香二甲醚(DMPA)，涡旋直至半胱氨酸盐酸盐完全溶解得到功能化修饰溶液；巯基乙醇溶液为在N，N-二甲基甲酰胺(DMF)中加入巯基乙醇和安息香二甲醚(DMPA)，涡旋直至巯基乙醇完全溶解得到功能化修饰溶液；巯基乙胺溶液、巯基丙酸溶液的制备方法类似。优选地，所述超疏水处理方法为：向带有亲水通道的多孔膜上滴加1H，1H，2H，2H-全氟癸硫醇溶液，盖上石英玻片，置于紫外光下反应；其中，1H，1H，2H，2H-全氟癸硫醇溶液的配置方法为：以甲苯为溶剂，溶质为全氟癸硫醇，全氟癸硫醇加入甲苯中。优选地，上述1H，1H，2H，2H-全氟癸硫醇溶液中的1H，1H，2H，2H-全氟癸硫醇的质量浓度为5～10wt％。优选地，所述润湿处理采用纳米粘土水溶液，每1mL纳米粘土水溶液中含有10～25mg纳米粘土。所述油相包括按体积百分比计的硅油80～95vol％、氨基封端聚二甲基硅氧烷(H2N-PDMS-NH2)5～20vol％。硅油可以使用甲苯、十二烷、十六烷、矿物油植物油替代。专利技术原理：本专利技术首先对经预处理的玻璃片进行改性处理，得到表面修饰双键的玻璃；后再表面修饰双键的玻璃上合成HEMA-EDMA聚合物层多孔膜；对聚合物层多孔膜进行修饰双键处理，得到疏水聚合物层多孔膜；在所制备的疏水聚合物层多孔膜上制备图案化亲水通道，加入修饰溶液，迅速盖上玻片，通过掩膜版覆盖，置于紫外光下反应；向带有通道的多孔膜进行表面超疏水处理；最后采用润湿溶液润湿亲水通道，将其放置油相中使其密封，形成封闭与油相中的水流道，再设置与亲水通道连通的流道入口、出口，形成完整的微流控体系。本专利技术的全液相器官芯片由于采用油相代替传统的聚合物外壳，由于油相的可流动性，各类探头可以无损的进出器官芯片，在待测位置原位实时检测芯片内微环境的各项参数，亦可实时的在芯片内任意位置进行取样，很好地解决了传统芯片检测困难的问题；此外，本专利技术制备的全液相芯片还可以根据需要对流体装置的功能和几何布局进行空间编辑，包括通道分隔、引入微通道、更改通道流动途径等，对于标准化器官芯片的研发具有相当的潜力。有益效果：与现有技术相比，(1)本专利技术的全液相器官芯片的制备方法具有通用性，该方法对于器官芯片的类型没有选择性，例如肝芯片、肾芯片、肠芯片本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种全液相器官芯片，其特征在于：所述器官芯片包括具有亲水通道的超疏水多孔膜，所述多孔膜密封在油相中，亲水通道上接入流体的入口、出口。/n

【技术特征摘要】
1.一种全液相器官芯片，其特征在于：所述器官芯片包括具有亲水通道的超疏水多孔膜，所述多孔膜密封在油相中，亲水通道上接入流体的入口、出口。


2.一种权利要求1所述的全液相器官芯片的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
(1)制备聚合物层多孔膜；
(2)将聚合物层多孔膜置于功能化修饰溶液中得到疏水聚合物层多孔膜；
(3)在疏水聚合物层多孔膜上进行亲水图案处理，得到带有亲水通道的多孔膜；
(4)对带有亲水通道的多孔膜表面进行聚合物表面超疏水处理；
(5)对多孔膜表面的亲水通道进行润湿处理，将其置于油相中密封，接入与亲水通道连通的流体入口、出口。


3.根据权利要求2所述的全液相器官芯片的制备方法，其特征在于：所述聚合物层多孔膜的制备方法为：对衬底进行处理，修饰双键，后加入预聚物混合物，置于紫外光下反应；所述预聚物混合物包括单体、交联剂、致孔剂以及光引发剂。


4.根据权利要求3所述的全液相器官芯片的制备方法，其特征在于：所述预聚物混合物包括如下按体积百分比计的组分：甲基丙烯酸羟乙酯12～16vol％、乙二醇二甲基丙烯酸脂4～8vol％、环己醇40～64vol％、正癸醇16～40vol％；以安息香二甲醚作为光引发剂，每1ml预聚物混合物中加入光引发剂0.5mg～4mg。


5.根据权利要求3所述的全液相器官芯片的制备方法，其特征在于：对衬底进行修饰双键处理采用加入3-(异丁烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷溶液；所述3-(异丁烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷溶液中的3-(异丁烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷的质量浓度为...

【专利技术属性】
技术研发人员：顾忠泽，杜鑫，李玉雯，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32