高效药物筛选的微流控芯片制造技术

本发明专利技术公开了一种高效药物筛选的微流控芯片，包括：芯片本体以及形成于所述芯片本体内的微流道结构，所述微流道结构包括位于所述芯片本体上游的浓度梯度生成单元、位于所述芯片本体下游的细胞进样单元、与所述浓度梯度生成单元的下游连通的混合单元以及连通于所述混合单元和细胞进样单元之间的细胞培养单元。本发明专利技术通过流道容积的设计，使得单位时间内的候选药物的流量具有一定的梯度、而配置液则保持等量，两种溶液混合后能够形成一系列浓度的候选药物溶液；本发明专利技术在形成候选药物的流量梯度的过程中不需要考虑两种溶液的均匀混合，故不局限于传统的“逐层增加”的方式，流道结构层数能大大减少。数能大大减少。数能大大减少。

【技术实现步骤摘要】
高效药物筛选的微流控芯片


[0001]本专利技术涉及药物筛选领域，特别涉及一种高效药物筛选的微流控芯片。

技术介绍

[0002]在新药研发过程中，药物筛选是对可能作为药物使用的物质采用适当的方法，检测其可能存在的药理活性，为开发新药提供试验数据，恰当的药物筛选策略能提高筛选的效率，缩短新药的开发周期。
[0003]基于微流控芯片的高通量药物筛选技术由于其快速、高效等特点，现在被广泛用于药物的初步筛选。微流控芯片在细胞水平药物筛选方面具有许多独特优势，例如微流控芯片操作所需的细胞量、药物很少，适合来源稀缺的细胞或是价格昂贵的药物的研究；微流控芯片能够通过流道结构的设计，便利地生成多种浓度梯度，从而研究药物浓度与效果的关系。相比于传统实验操作中需要人工配置多种浓度的药物而言，采用微流控芯片生成浓度梯度具有显著的优势。
[0004]目前微流控芯片中普遍采用的浓度梯度生成结构是“圣诞树”结构及其变形结构，其基本原理是：当存在浓度差的两种流体通过设计好的微通道网络，溶液经过多次重复地分离、混合后，每个支路包含不同比例的原溶液，最终在圣诞树形的网络结构底部形成浓度梯度。例如专利CN113171807A公开的一种浓度梯度与细菌检测一体化的微流控芯片及其设计方法、CN206502830U公开的一种溶液梯度产生和细胞培养微流控芯片、CN105080627A公开的一种用于药物筛选的集成化微流控芯片及其应用方法，这些均是采用“圣诞树”结构或其变形结构来生成浓度梯度。但这种结构存在一些缺陷：一方面，其通过多个“圣诞树”层数实现多个浓度梯度的形成，每增加一层，该层中会增加1
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2个流道单元，从而增加1
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2个浓度梯度，例如，第一层一般为3个流道单元，从而具有3个浓度，第二层为4
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5个流道单元，从而具有4
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5个浓度，通过增加流道单元来增加浓度梯度数量，但其结构的原理是通过上层的几个不能浓度的溶液进行混合来新增若干个浓度，为保证较均匀的浓度梯度，每层增加的流道单元不能超过一定数量，所以，为获得较多的浓度梯度，会需要较多的层数。例如，当需要8
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9个浓度梯度时，通常至少需要4层(例如专利CN113171807A包括4层，能生成6个浓度；专利CN206502830U包括4层，能生成8个浓度；专利CN105080627A包括6层，能生成8个浓度)。这样导致流道冗长，浓度梯度生成效率低。另一方面，每个流道单元中通常时采用迂回弯折的流道结构(如S形流道结构)来实现两种液体的混匀，层数高、流道单元多，导致整个流道结构中存在众多迂回弯折的流道结构，这会使得流道阻力大大增加，流道长度成倍增长，从而会进一步降低液流速度，降低浓度梯度的形成效率，且还会导致因药物粘附流道壁而造成的药物损失增加。
[0005]所以，现在有必要对现有方案进行改进，以提供更为可靠的适用于药物筛选的微流控芯片。

技术实现思路

[0006]本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种高效药物筛选的微流控芯片。
[0007]为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：一种高效药物筛选的微流控芯片，包括：芯片本体以及形成于所述芯片本体内的微流道结构，所述微流道结构包括位于所述芯片本体上游的浓度梯度生成单元、位于所述芯片本体下游的细胞进样单元、与所述浓度梯度生成单元的下游连通的混合单元以及连通于所述混合单元和细胞进样单元之间的细胞培养单元；
[0008]所述浓度梯度生成单元包括梯度生成结构和浓度配置结构，所述梯度生成结构包括进药口、与所述进药口连通的第一分配腔、与所述第一分配腔连通的第一分配通道组以及与所述第一配通道组连通的若干个第二分配通道组。
[0009]优选的是，所述第一分配通道组包括N个沿Y方向依次间隔布置的第一分配通道，所述第一分配通道与X方向平行，所有所述第一分配通道的长度相等，且由第一个向第N个，所述第一分配通道的通道容积依次增大；
[0010]每一个所述第一分配通道的下游连通一个所述第二分配通道组，每一个所述第二分配通道组包括通过一个第二分配腔与一个第一分配通道连通的M个第二分配通道，所述第二分配通道与X方向平行，所有所述第二分配通道的长度相等，且在同一个第二分配通道组中，由第一个向第M个，所述第二分配通道的通道容积依次增大；
[0011]所述混合单元包括沿Y方向依次间隔布置的N*M个混合结构，所述细胞培养单元包括沿Y方向阵列设置的N*M个细胞培养腔；
[0012]所述浓度配置结构包括配置液入口以及与所述配置液入口连通的N*M个沿Y方向阵列设置的配置液通道，每个所述配置液通道的长度和通道容积均相等，一个所述配置液通道和一个所述第二分配通道共同与一个所述混合结构连通，然后再与一个所述细胞培养腔连通；
[0013]其中，N、M均不小于2，候选药物通过所述进药口进入，然后依次由所述第一分配通道和第二分配通道进行流量分配，使得单位时间内进入所述混合结构中的候选药物的流量由第一个向第N*M个依次增大，再通过所述配置液通道向N*M个混合结构中等流量输送一定量的配置液，最终使得由第一个向第N*M个混合结构中的候选药物的浓度依次增大。
[0014]优选的是，所述第一分配腔的包括相互连通的第一V形腔段和第一矩形腔段，所述第一V形腔段与所述药物进样口连通，所述第一矩形腔段与所述第一分配通道的上游连通；
[0015]所述第二分配腔的包括相互连通的第二V形腔段和第二矩形腔段，所述第二V形腔段与所述第一分配通道的下游连通，所述第二矩形腔段与所述第二分配通道的上游连通。
[0016]优选的是，所述芯片本体包括主芯片本体以及设置在所述主芯片本体上的副芯片本体，所述梯度生成结构、细胞进样单元、混合单元以及细胞培养单元均形成于所述主芯片本体内，所述浓度配置结构形成于所述副芯片本体内。
[0017]优选的是，所述混合结构包括呈锥体状的第一混合腔、设置在所述第二混合腔的上端中间的第一混合通道、与所述第一混合腔通过第二混合通道连通的呈锥体状的第二混合腔、与所述第二混合腔的上端中间连通的第三混合通道以及与所述第二混合腔的上端外周切向连通的第四混合通道，所述第四混合通道的出口端汇集至所述第三混合通道，所述
第三混合通道的出口端连通至所述细胞培养腔。
[0018]优选的是，所述第二分配通道的出口端与所述第一混合腔的上端外周切向连通，所述配置液通道的出口端与所述第一混合通道连通；
[0019]所述第二混合通道的入口端与所述第一混合腔的下端外周切向连通，所述第二混合通道的出口端与所述第二混合腔的下端外周切向连通；
[0020]以一条与X方向平行且同时通过第一混合腔的中心线和第二混合腔的中心线为参照线观察，所述第二分配通道、第二混合通道以及第四混合通道均处于该参照线的同一侧。
[0021]优选的是，所述第三混合通道的末端具有第一扩口段，所述第一扩口段与所述细胞培养腔的侧部连通；
[002本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高效药物筛选的微流控芯片，其特征在于，包括：芯片本体以及形成于所述芯片本体内的微流道结构，所述微流道结构包括位于所述芯片本体上游的浓度梯度生成单元、位于所述芯片本体下游的细胞进样单元、与所述浓度梯度生成单元的下游连通的混合单元以及连通于所述混合单元和细胞进样单元之间的细胞培养单元；所述浓度梯度生成单元包括梯度生成结构和浓度配置结构，所述梯度生成结构包括进药口、与所述进药口连通的第一分配腔、与所述第一分配腔连通的第一分配通道组以及与所述第一配通道组连通的若干个第二分配通道组。2.根据权利要求1所述的高效药物筛选的微流控芯片，其特征在于，所述第一分配通道组包括N个沿Y方向依次间隔布置的第一分配通道，所述第一分配通道与X方向平行，所有所述第一分配通道的长度相等，且由第一个向第N个，所述第一分配通道的通道容积依次增大；每一个所述第一分配通道的下游连通一个所述第二分配通道组，每一个所述第二分配通道组包括通过一个第二分配腔与一个第一分配通道连通的M个第二分配通道，所述第二分配通道与X方向平行，所有所述第二分配通道的长度相等，且在同一个第二分配通道组中，由第一个向第M个，所述第二分配通道的通道容积依次增大；所述混合单元包括沿Y方向依次间隔布置的N*M个混合结构，所述细胞培养单元包括沿Y方向阵列设置的N*M个细胞培养腔；所述浓度配置结构包括配置液入口以及与所述配置液入口连通的N*M个沿Y方向阵列设置的配置液通道，每个所述配置液通道的长度和通道容积均相等，一个所述配置液通道和一个所述第二分配通道共同与一个所述混合结构连通，然后再与一个所述细胞培养腔连通；其中，N、M均不小于2，候选药物通过所述进药口进入，然后依次由所述第一分配通道和第二分配通道进行流量分配，使得单位时间内进入所述混合结构中的候选药物的流量由第一个向第N*M个依次增大，再通过所述配置液通道向N*M个混合结构中等流量输送一定量的配置液，最终使得由第一个向第N*M个混合结构中的候选药物的浓度依次增大。3.根据权利要求2所述的高效药物筛选的微流控芯片，其特征在于，所述第一分配腔的包括相互连通的第一V形腔段和第一矩形腔段，所述第一V形腔段与所述药物进样口连通，所述第一矩形腔段与所述第一分配通道的上游连通；所述第二分配腔的包括相互连通的第二V形腔段和第二矩形腔段，所述第二V形腔段与所述第一分配通道的下游连通，所述第二矩形腔段与所述第二分配通道的上游连通。4.根据权利要求3所述的高效药物筛选的微流控芯片，其特征在于，所述芯片本体包括主芯片本体以及设置在所述主芯片本体上的副芯片本体，所述梯度生成结构、细胞进样单元、混合单元以及细胞培养单元均形成于所述主芯片本体内，所述浓度配置结构形成于所述副芯片本体内。5.根据权利要求4所述的高效药物筛选的微...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘松柏，常宏，
申请(专利权)人：苏州卫生职业技术学院，
类型：发明
国别省市：