一种高通量器官芯片及其制备方法和应用技术

一种高通量器官芯片及其制备方法和应用，高通量器官芯片包括夹具单元(100)、组织器官构建单元(200)和分液流路单元(300)，夹具单元(100)包括可拆卸固定的上层夹具(110)和下层夹具(120)，组织器官构建单元(200)位于上层夹具(110)和下层夹具(120)之间，组织器官构建单元(200)内具有若干个上层流体通道和下层流体通道，分液流路单元(300)位于上层夹具(110)和上层芯片(210)之间。由于高通量器官芯片内的组织器官构建单元(200)通过夹具单元(100)可拆卸的固定，使得本芯片中除了多孔膜(230)之外，其他结构均可再利用，节约了使用成本，也方便后续细胞组学的检测；并且，在组织器官构建单元(200)内设有若干个上层流体通道和下层流体通道，可实现对多种器官的同时模拟实验，提高了通量，降低批次间的实验操作所造成的误差。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】一种高通量器官芯片及其制备方法和应用
本申请涉及器官仿生
，具体涉及一种高通量器官芯片及其制备方法和应用。
技术介绍
微流控芯片技术(Microfluidics)作为21世纪重要前沿科学技术之一，为体外模拟人体代谢模型提供了一种重要平台。它主要以微纳加工技术为基础，由微米级通道形成网络，以可控流体贯穿整个系统，可实现生物学与化学实验室的常规功能。因其具有与细胞大小相匹配的微米尺寸构件，可在芯片微通道内进行多种细胞培养与流体刺激，构建与生理环境接近并具有时空分辨特点的三维微环境，已成为组织器官构建、药物筛选、毒理学以及生物医学研究的重要技术。现阶段微流控技术已成功应用于三维细胞共培养、细胞迁移、细胞分选、组织微环境与类器官构建等。其中，人体器官芯片(Organs-on-a-chip)是近几年发展起来的一种新兴前沿交叉学科技术，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的主要功能的仿生系统。与传统二维静态细胞培养技术相比，芯片内培养的细胞具有三维结构以及多种细胞的空间分布结构，更重要的是器官芯片可以为细胞提供动态的微环境，这是传统手段无法比拟的。此外，芯片内的细胞大部分都是基于人源的细胞，可以极大的降低动物模型所产生的种间差异。器官芯片的发展将有助于药物研发、疾病研究等。现有器官芯片大多都只具有一个或一组细胞培养单元，现有夹膜器官芯片大多采用键合的方式进行不可逆分解，实验结束后需要破坏芯片而取出接种有细胞的多孔膜进行细胞组学的分析，这种一次性的芯片成本大。如果做重复实验需要使用多个芯片，使通量降低，同时会进入一定的批次间误差。
技术实现思路
本申请提供一种高通量的可逆封接的器官芯片及其制备方法和应用。根据第一方面，一种实施例中提供一种高通量器官芯片，其特征在于，包括：夹具单元，包括上层夹具和下层夹具，上层夹具和下层夹具可拆卸的固定在一起；位于上层夹具和下层夹具之间的组织器官构建单元，包括上层芯片、下层芯片和多孔膜，上层芯片的下表面具有开放的若干个上层流体通道，下层芯片的上表面具有开放的若干个与上层流体通道对应的下层流体通道，多孔膜位于上层芯片和下层芯片之间，上层芯片与多孔膜围合成上层流体通道，下层芯片与多孔膜围合成下层流体通道；上层芯片上设有若干个导流孔，导流孔的一端位于上层芯片的上表面，另一端分别延伸至与上层流体通道和下层流体通道导通；及位于上层夹具和上层芯片之间的分液流路单元，设有上层导流通道和下层导流通道，上层导流通道具有一个位于上表面的入口和若干个位于下表面的分支出口，上层导流通道的分支出口通过上层芯片的导流孔与上层流体通道导通连接，下层导流通道具有一个位于上表面的入口和若干个位于下表面的分支出口，下层导流通道的分支出口通过上层芯片的导流孔与下层流体通道导通连接；上层夹具设有两个与上层导流通道和下层导流通道的入口对应的两个导入孔。根据第二方面，一种实施例中提供一种高通量器官芯片的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：制备上层芯片和下层芯片；制备分液流路单元；制备夹具单元；组装成高通量器官芯片；其中，所述夹具单元包括可拆卸固定的上层夹具和下层夹具。根据第三方面，一种实施例中提供了一种制备高通量仿生微器官的方法，利用上述高通量器官芯片进行。依据上述实施例的高通量器官芯片及其制备方法和应用，由于高通量器官芯片内的组织器官构建单元通过夹具单元可拆卸的固定，使得本芯片中除了多孔膜作为耗材之外，其他结构均可清洗灭菌后再利用，节约了使用成本，也方便后续细胞组学的检测；并且，在组织器官构建单元内设有若干个上层流体通道和下层流体通道，可实现对多种器官的同时模拟实验，提高了通量，降低批次间的实验操作所造成的误差。附图说明图1为实施例一中高通量器官芯片的爆炸结构示意图；图2为实施例二中高通量器官芯片制备方法的流程图；图3为实施例二中制备上层芯片和下层芯片的流程图；图4为实施例二中制备分液流路单元的流程图；图5为实施例二中制备夹具单元的流程图；图6为实施例二中组装成高通量器官芯片的流程图；图7为实施例三中制备高通量仿生微器官的流程图。具体实施方式下面通过具体实施方式结合附图对本专利技术作进一步详细说明。实施例一：本实施例提供了一种高通量器官芯片，本高通量器官芯片用于同时模拟培养多种器官细胞，实现高通量实验，并且本高通量器官芯片为可拆卸结构，可重复使用，降低了成本。如图1所示，本实施例的高通量器官芯片包括夹具单元100、组织器官构建单元200和分液流路单元300。夹具单元100包括上层夹具110和下层夹具120，上层夹具110和下层夹具120为透明的硬质材质，例如PMMA、PC或玻璃等材质。上层夹具110和下层夹具120为两块方形板，在四角打有通孔或螺纹孔，上层夹具110和下层夹具120通过螺钉或螺栓可拆卸的固定在一起。在上层夹具110的上还打有2个导入孔和十六个导出孔，2个导入孔用于将液体分别导入到上层流体通道和下层流体通道内，十六个导出孔用于分别导出八个上层流体通道和八个下层流体通道的废液。组织器官构建单元200包括上层芯片210、下层芯片220和多孔膜230，整个组织器官构建单元200位于上层夹具110和下层夹具120之间。上层芯片210和下层芯片220为PDMS材质结构，或者为SBRS或softskinpolymer等材质结构。多孔膜230为PC材质结构，或者PET或硝酸纤维等材质结构。上层芯片210的下表面具有开放的八个上层流体通道，下层芯片220的上表面具有开放的八个与上层流体通道对应的下层流体通道。多孔膜230位于上层芯片210和下层芯片220之间，上层芯片210与多孔膜230围合成上层流体通道，下层芯片220与多孔膜230围合成下层流体通道。上层芯片210上设有十六个导流孔，十六个导流孔的一端位于上层芯片210的上表面，另一端分别延伸至与八个上层流体通道和八个下层流体通道导通。上层流体通道和下层流体通道的长为10-15毫米，宽为1-1.5毫米，高为0.15-0.5毫米，例如上层流体通道和下层流体通道的长为15毫米，宽为1毫米，高位0.2毫米。上层流体通道和下层流体通道的尺寸可根据细胞类型设置。多孔膜230的孔径为0.22-8微米。分液流路单元300位于上层夹具110和上层芯片210之间，分液流路单元300为PDMS材质结构，或者为SBRS或softskinpolymer等材质结构。分液流路单元300也为一块透明的方形板，分液流路单元300上设有两条液路，分别为上层导流通道和下层导流通道，上层导流通道具有一个位于上表面的入口和八个位于下表面的分支出口，上层导流通道的分支出口通过上层芯片210的导流孔与上层流体通道导通连接，下层导流通道具有一个位于上表面的入口和八个位于下表面的分支出口，下层导流通道的分支出口通过上层芯片210的导流孔与下层流体通道导通连接。分液流路单元300为上的上层导流通道和本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高通量器官芯片，其特征在于，包括：/n夹具单元，包括上层夹具和下层夹具，所述上层夹具和下层夹具可拆卸的固定在一起；/n位于所述上层夹具和下层夹具之间的组织器官构建单元，包括上层芯片、下层芯片和多孔膜，所述上层芯片的下表面具有开放的若干个上层流体通道，所述下层芯片的上表面具有开放的若干个与所述上层流体通道对应的下层流体通道，所述多孔膜位于所述上层芯片和下层芯片之间，所述上层芯片与多孔膜围合成上层流体通道，所述下层芯片与多孔膜围合成下层流体通道；所述上层芯片上设有若干个导流孔，所述导流孔的一端位于所述上层芯片的上表面，另一端分别延伸至与所述上层流体通道和下层流体通道导通；/n及位于所述上层夹具和上层芯片之间的分液流路单元，设有上层导流通道和下层导流通道，所述上层导流通道具有一个位于上表面的入口和若干个位于下表面的分支出口，所述上层导流通道的分支出口通过所述上层芯片的导流孔与上层流体通道导通连接，所述下层导流通道具有一个位于上表面的入口和若干个位于下表面的分支出口，所述下层导流通道的分支出口通过所述上层芯片的导流孔与下层流体通道导通连接；所述上层夹具设有两个与上层导流通道和下层导流通道的入口对应的两个导入孔。/n...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】一种高通量器官芯片，其特征在于，包括：
夹具单元，包括上层夹具和下层夹具，所述上层夹具和下层夹具可拆卸的固定在一起；
位于所述上层夹具和下层夹具之间的组织器官构建单元，包括上层芯片、下层芯片和多孔膜，所述上层芯片的下表面具有开放的若干个上层流体通道，所述下层芯片的上表面具有开放的若干个与所述上层流体通道对应的下层流体通道，所述多孔膜位于所述上层芯片和下层芯片之间，所述上层芯片与多孔膜围合成上层流体通道，所述下层芯片与多孔膜围合成下层流体通道；所述上层芯片上设有若干个导流孔，所述导流孔的一端位于所述上层芯片的上表面，另一端分别延伸至与所述上层流体通道和下层流体通道导通；
及位于所述上层夹具和上层芯片之间的分液流路单元，设有上层导流通道和下层导流通道，所述上层导流通道具有一个位于上表面的入口和若干个位于下表面的分支出口，所述上层导流通道的分支出口通过所述上层芯片的导流孔与上层流体通道导通连接，所述下层导流通道具有一个位于上表面的入口和若干个位于下表面的分支出口，所述下层导流通道的分支出口通过所述上层芯片的导流孔与下层流体通道导通连接；所述上层夹具设有两个与上层导流通道和下层导流通道的入口对应的两个导入孔。


如权利要求1所述的高通量器官芯片，其特征在于，所述上层夹具还设有若干个分别与所述上层流体通道和下层流体通道对应的导出孔，所述上层夹具和分液流路单元上设有对应的通孔。


如权利要求1所述的高通量器官芯片，其特征在于，所述上层芯片上设有至少八个阵列分布的上层流体通道，对应的，所述下层芯片设有至少八个阵列分布的下层流体通道。


如权利要求2所述的高通量器官芯片，其特征在于，所述上层夹具和下层夹具通过螺钉或螺栓可拆卸的固定在一起。


如权利要求2所述的高通量器官芯片，其特征在于，所述夹具单元为透明的硬质材质。


如权利要求5所述的高通量器官芯片，其特征在于，所述夹具单元为PMMA、PC或玻璃材质。


如权利要求1所述的高通量器官芯片，其特征在于，所述上层芯片、下层芯片和分液流路单元为透明的粘弹性材质。


如权利要求7所述的高通量器官芯片，其特征在于，所述上层芯片、下层芯片和分液流路单元为PDMS、SBRS或softskinpolymer材质。


如权利要求1所述的高通量器官芯片，其特征在于，所述多孔膜为PC、PET或硝酸纤维材质。


如权利要求1所述的高通量器官芯片，其特征在于，所述多孔膜的孔径为0.22-8微米。


如权利要求1所述的高通量器官芯片，其特征在于，所述上层流体通道和下层流体通道的长为10-15毫米，宽为1-1.5毫米，高为0.15-0.5毫米。


一种高通量器官芯片的制备方法，用于制备权利要求1至11中任一项所述的高通量器官芯片，其特征在于，包括如下步骤：
制备上层芯片和下层芯片；
制备分液流路单元；
制备夹具单元；
组装成高通量器官芯片；
其中，所述夹具单元包括可拆卸固定的上层夹具和下层夹具。


如权利要求12所述的制备方法，其特征在于，所述制备上层芯片和下层芯片利用软光刻技术，包括如下步骤：
在玻璃或硅片的基底表面旋涂光刻胶，并进行前烘；
将具有上下层流体通道结构图案的掩膜固定于附有光刻胶的基底表面；
光源垂直照射掩膜进行曝光，并进行后烘；
自然冷却后，采用显影液去除未曝光的光刻胶，形成具有上下层流体通道结构的模板，并进行坚膜；
通过具有上下层流体通道结构的模板制备上层芯片和下层芯片，芯片厚度为0.5-1毫米，在上层芯片的上层流体通道端部打孔，并在上层芯片打有若干个...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏文博，肖亮，陈娟娟，
申请(专利权)人：深圳华大生命科学研究院，
类型：发明
国别省市：广东;44