一种滑动式微流控器官芯片及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种滑动式微流控器官芯片及其制备方法，包括：滑动组件和微流控芯片基座，滑动组件设有滑动杆、注胶口、封口塞及内嵌组织腔室，注胶口位于内嵌组织腔室的正上方并与内嵌组织腔室连通，向注胶口顶端注入细胞外基质，该细胞外基质填充至内嵌组织腔室内；微流控芯片基座设有滑动槽、第一和第二交换通道、第一和第二储液池，将滑动杆推入滑动槽最底部，此时，内嵌组织腔室两侧分别正对第一和第二交换通道，第一储液池、第一交换通道、内嵌组织腔室、第二交换通道、第二储液池之间连通。本发明专利技术可实现无泄漏的细胞外基质稳定可靠灌注；可实现细胞外基质与细胞培养基的无障碍接触，利于在细胞外基质中实现均一稳定的流体特性。性。性。

【技术实现步骤摘要】
一种滑动式微流控器官芯片及其制备方法


[0001]本专利技术属于一种生物医学工程
的微流控芯片，具体地，涉及一种滑动式微流控器官芯片及其制备方法。

技术介绍

[0002]相比于传统的二维细胞培养模型以及具有物种差异的动物模型，仿人体器官芯片通过将人体细胞和水凝胶整合到微流控芯片中，进一步在片上模拟体内构建多重可控微环境，最终在体外实现具有三维微结构及微生理功能的仿人体特定器官微组织而备受关注，因此该技术在疾病建模、药物筛选和个性化医疗等领域得到了广泛的应用。
[0003]通常情况下，基于灌注模式的三维培养模型被广泛地应用到仿人体器官芯片的构建中，其基本结构为中间灌注有细胞外基质的组织腔室，两边为细胞培养液流动的微流控通道，其可以促进营养物质和氧气的持续供应以及代谢产物的清除，进而有利于细胞/组织的长时间培养。采用这种结构的关键技术是如何杜绝细胞外基质从组织腔室泄露到微流控通道，进而导致细胞培养液的流动障碍。常用策略是利用微柱阵列等物理屏障作为微阀，其效果由微结构参数和界面润湿性相关的表面张力，以及细胞外基质加载过程中所施加的外部压力决定。因此，在物理屏障设计和外加压力之间存在一个折衷的问题，这将不利于细胞外基质的自动化灌注。此外，这些物理障碍物的存在也会使细胞培养液与细胞外基质之间的有效接触面积减小，从而影响细胞外基质中的流体分布及细胞刺激，这也与体内的微生理环境不符。因此，亟需一种新的策略来构建临时或虚拟屏障，进而使组织腔室中培养的细胞/组织获得均匀以及充分的刺激。
[0004]在此前的报道中，A.Yamada等人在Lab Chip,2016,16：4691-4701上撰文“Transient microfluidic compartmentalization using actionable microfilaments for biochemical assays,cell culture and organs-on-chip”，提出将圆柱形微丝作为可移动障碍物嵌入到微流控芯片中来建立一个临时的组织腔室，待水凝胶固化后，再将微丝移除来实现细胞培养液与细胞外基质的无障碍接触。然而，微丝需要在芯片键合之前利用缝纫针嵌入到芯片中，操作复杂。此外，M.P.Tibbe等人在Adv.Mater.Technol.2018,1700200上撰文“Microfluidic Gel Patterning Method by Use of a Temporary Membrane for Organ-On-Chip Applications”，提出利用两种试剂接触面上的界面聚合反应，进而形成一种暂时性的聚合物薄膜来实现细胞培养液与细胞外基质的分隔。然而，为了建立稳定的界面，试剂的pH值和流速都需要很好地进行调整，而这通常需要外部设备如注射泵等。此外，J.Pei等人在J.Micromech.Microeng.2020,30:035005上撰文“Recoverable elastic barrier for robust hydrogel patterning with uniform flow profile for organ-on-a-chip applications”，提出了一种可恢复的弹性屏障设计，其能够在不发生泄漏的情况下实现灵活多样的细胞外基质图案化。然而，由于涉及到芯片的多层结构设计以及弹性屏障的片上驱动，所以整个芯片的制作以及操作过程都有些繁琐。
[0005]仿人体器官芯片通常可以划分为两类：一类是具有某种特定器官组织类型的单器
官芯片；另一类是将多个单器官芯片集成到同一平台，进而实现具有血液循环及组织间通讯的多器官芯片。其中，由于具备较高的时空灵活性和冗余能力，基于即插即用标准化接口技术的模块化微流控芯片被广泛地应用于构建可重构式多器官芯片。然而，无论是单器官芯片还是模块化多器官芯片，由于在微加工过程中，整个组织腔室和微流控通道的结构与相对位置都是固定的，所以不能根据不同的实验或应用进行灵活配置。因此，有必要开发可重构微流控芯片，而不是简单地将不同的芯片模块通过接口组合起来。在此前的报道中，W.Du等人在Lab Chip,2009,9:2286
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2292上撰文“SlipChip”，提出了一种典型的可重构式微流控芯片设计，其可以通过预加载和滑动两个相对的基板(即顶部和底部)，使小体积的样品能够与多种不同的试剂进行接触与反应，而无需使用泵或阀门等外部组件。然而，为了防止上下基板滑动时发生泄漏，需要在两块基板之间形成一层很薄的密封层，而这不适合片上实现组织的长期培养。
[0006]此外，对于某些实验或应用，需要从器官芯片中提取出培养的细胞/微组织进行进一步分析。然而，由于大多数器官芯片采用了非可逆的键合方式来构建组织腔室，因此很难在不损坏芯片的情况下取出完整的细胞/微组织。在此前的报道中，D.T.T.Phan等人在Lab Chip,2017,17：511-520上撰文“A vascularized and perfused organ-on-a-chip platform for large-scale drug screening applications”，为了分离出RNA用于定量实时聚合链式反应，需要首先使用无菌手术刀将组织腔室切成小块，然后再将其转移到含有Trizol的试管中进行细胞裂解和RNA提取。整个过程繁琐，而且污染风险极高。因此，迫切需要开发新的提取方法或芯片设计，在不损害器官芯片的前提下，能够实现从组织腔室中取出所培养的全部细胞/微组织。
[0007]综上所述，目前报道的微流控器官芯片在细胞外基质可靠性灌注、组织腔室内流体的均匀分布特性以及细胞/微组织提取等方面均存在一定的局限性，亟需一种新型的仿人体器官芯片设计来增强相关操作的稳定性与灵活性。

技术实现思路

[0008]针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的是提供一种滑动式微流控器官芯片及其制备方法。
[0009]本专利技术的第一个方面，提供一种滑动式微流控器官芯片，包括：
[0010]滑动组件，所述滑动组件设有滑动杆、注胶口、封口塞及内嵌组织腔室，所述注胶口位于所述内嵌组织腔室的正上方并与所述内嵌组织腔室连通，向所述注胶口顶端注入细胞外基质，该细胞外基质填充至所述内嵌组织腔室内；
[0011]微流控芯片基座，所述微流控芯片基座设有滑动槽、第一交换通道、第二交换通道、第一储液池及第二储液池，所述滑动槽为所述滑动杆提供滑动空间；所述第一交换通道设置于所述第一储液池与所述滑动槽之间，所述第二交换通道设置于所述第二储液池与所述滑动槽之间；向所述内嵌组织腔室填充细胞外基质后，将所述滑动杆推入所述滑动槽最底部，此时，所述内嵌组织腔室两侧分别正对所述第一交换通道与第二交换通道，所述第一储液池、所述第一交换通道、所述内嵌组织腔室、所述第二交换通道、所述第二储液池之间连通；
[0012]所述封口塞用于当所述滑动杆完全插入至所述滑动槽底部时，将所述滑动槽出口
处堵住，防止细胞培养基在所本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种滑动式微流控器官芯片，其特征在于，包括：滑动组件，所述滑动组件设有滑动杆、注胶口、封口塞及内嵌组织腔室，所述注胶口位于所述内嵌组织腔室的正上方并与所述内嵌组织腔室连通，向所述注胶口顶端注入细胞外基质，该细胞外基质填充至所述内嵌组织腔室内；微流控芯片基座，所述微流控芯片基座设有滑动槽、第一交换通道、第二交换通道、第一储液池及第二储液池，所述滑动槽为所述滑动杆提供滑动空间；所述第一交换通道设置于所述第一储液池与所述滑动槽之间，所述第二交换通道设置于所述第二储液池与所述滑动槽之间；向所述内嵌组织腔室填充细胞外基质后，将所述滑动杆推入所述滑动槽最底部，此时，所述内嵌组织腔室两侧分别正对所述第一交换通道与第二交换通道，所述第一储液池、所述第一交换通道、所述内嵌组织腔室、所述第二交换通道、所述第二储液池之间连通；所述封口塞用于当所述滑动杆完全插入至所述滑动槽底部时，将所述滑动槽出口处堵住，防止细胞培养基在所述滑动槽出口处出现泄露。2.根据权利要求1所述的滑动式微流控器官芯片，其特征在于，所述滑动组件与所述微流控芯片基座均由3D打印聚甲基丙烯酸甲酯材料一次成型。3.根据权利要求1所述的滑动式微流控器官芯片，其特征在于，向所述第一储液池、所述第二储液池注入不同高度的细胞培养基，所产生的静态压力差为所述内嵌组织腔室内的细胞提供营养物质供给及代谢产物排出，维持其新陈代谢活动。4.根据权利要求1所述的滑动式微流控器官芯片，其特征在于，所述第一储液池与所述第二储液池顶部设有培养盖。5.根据权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：王晓林，李钦宇，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：