一种基于微流控技术构建的骨组织仿生芯片及其应用制造技术

本发明专利技术公开了一种基于微流控芯片技术构建的骨组织仿生芯片及其应用，属于微流控芯片领域。该微流控芯片主要由上下八个细胞培养腔室，进出样口和微流控液体通道构成。该方法主要有以下步骤：1)芯片键合；2)芯片基质胶包被；3)芯片细胞接种及培养；4)芯片血管屏障及骨组织的功能评价。本发明专利技术的一种微流控芯片有八个腔室，上、下流体可在分隔的八个腔室的多孔膜上发生物质交换，从而模拟骨组织中血管屏障的破坏及细胞迁移，同时还可以模拟骨组织的形成和吸收，应用于细胞共培养、构建细胞屏障、细胞迁移等研究。迁移等研究。迁移等研究。

【技术实现步骤摘要】
一种基于微流控技术构建的骨组织仿生芯片及其应用


[0001]本专利技术涉及一种仿生芯片，具体涉及一种基于微流控芯片技术构建的骨组织仿生芯片及其应用。

技术介绍

[0002]骨是一种具有多种功能的复杂组织，可以在运动过程中提供机械稳定性，支持和保护软组织，储存钙磷维持体内矿物质的平衡，并为骨髓和造血细胞的发育提供微环境，在生物化学或机械信号作用下，不断进行骨重塑，更新损伤或老旧的骨组织，以维持骨骼的健康。骨吸收与骨形成的平衡一旦破坏，就会导致骨疾病的发生，例如，代谢性骨病、炎性骨病和癌症骨转移等骨组织疾病会造成骨组织微结构破坏，以及骨质量和骨密度变化。骨也是高度血管化的组织，血液微循环不仅可以提供营养和氧气、废物清除、输送矿化过程中必不可少的钙和磷酸盐，在炎症刺激后白细胞迁移和癌症骨转移中也发挥着重要作用。目前，体外建立骨组织生理或病理模型是相关机制研究的前提和基础，然而，现有研究手段主要依赖于孔板和动物实验，这种方式与体内细胞所处的三维微环境完全不同，也难以反映体内骨组织的多细胞空间排列以及血液流动等复杂的三维组织结构与周围微环境。
[0003]微流控芯片具有体积小、高通量、低消耗的特点，已经在生物医学研究领域得到广泛的应用。三维细胞培养微流控平台可以在体外调控化学物质的浓度梯度、模拟机械微环境以及血液灌流、建立组织
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组织界面研究细胞间的相互作用，从而构建组织和器官水平的整合功能单位，这些都是传统二维或三维细胞培养系统所无法实现的。与此同时，微流控技术还能实现高分辨率的实时成像，并在体外进行功能性组织和器官环境中细胞的生化、遗传和代谢活动的体外分析，该技术在促进组织发育、器官生理学和疾病病因学的研究方面亦具有巨大潜力。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种基于微流控芯片技术构建的骨组织仿生芯片及其应用，该芯片具有接近体内骨组织细胞和基质组成和排布的特点。该芯片可以实现多种细胞的体外共培养，对免疫细胞释放细胞因子及进一步影响血管内皮细胞和成骨细胞生物学行为和机制进行动态监测及研究，并用于筛选药物和分析药效，为骨相关疾病提供了体外研究平台。
[0005]为了实现上述专利技术目的，解决已有技术中所存在的问题，本专利技术提供了一种基于微流控芯片技术构建的骨组织仿生芯片，从上到下依次包括上层基片、多孔膜和下层基片，所述上层基板上设有进液口a、出液口a、进液口c和出液口c，所述进液口a与所述出液口a之间设有培养模块a，所述培养模块a包括进液微通道a、培养腔室a和出液微通道a，所述进液微通道a一端与所述进液口a相连，所述进液微通道a的另一端与所述培养腔室a的一侧相连，所述培养腔室a的另一侧与所述出液微通道a的一端相连，所述出液微通道a的另一端与出液口a相连；
[0006]所述下层基板上设有培养模块b，所述培养模块b包括：进液口b、进液微通道b、培养腔室b、出液微通道b和出液口b；所述进液微通道b的一端与所述进液口b相连，所述进液微通道b的另一端与所述培养腔室b的一侧相连，所述培养腔室b的另一侧与所述出液微通道b的一端相连，所述出液微通道b的另一端与所述出液口b相连；
[0007]所述培养模块a的数量为(2+2N)个，N为自然数，所述进液口a和所述出液口a相连形成直线A，所述直线A两侧的所述培养模块a的数量相同且以直线A为对称轴对称分布。
[0008]进一步地，上述技术方案中，所述培养模块b的数量与所述培养模块a的数量相同，所述培养模块b的位置与所述培养模块a的位置在竖直方向相对应设置。
[0009]进一步地，上述技术方案中，所述培养腔室a的数量为X个，X为2以上的正整数，所述培养腔室b的数量与所述培养腔室a的数量相同，且所述培养腔室b的位置与所述培养腔室a的位置在竖直方向相对应设置，所述培养腔室a与所述培养腔室b之间设有所述多孔膜。
[0010]进一步地，上述技术方案中，所述进液口c的位置与所述进液口b的位置在竖直方向相对应设置，液体通过所述进液口c加入到所述进液口b；所述出液口c的位置与所述出液口b的位置相对应设置，所述出液口b中的液体通过所述出液口c排出。
[0011]进一步地，上述技术方案中，所述进液口a和所述出液口a的数量均为1个，所述培养模块的数量为2个，每个培养模块中培养腔室a的数量为2个，所述培养腔室a为类椭圆状，所述椭圆两条外切线分别与所述进液微通道a和所述出液微通道a相接，所述培养室b的大小形状与所述培养室a的大小形状完全相同，所述培养腔室b的椭圆两条外切线分别与所述进液微通道b和所述出液微通道b相接。
[0012]进一步地，上述技术方案中，所述培养腔室a的短轴为2mm
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5mm，长轴为2mm
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7mm，所述进液微通道a、出液微通道a、进液微通道b和出液微通道b的宽度均为0.5mm
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1.5mm，所述进液口a、出液口a、进液口b、出液口b、进液口c和出液口c均为直径为1mm
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2mm的圆形。
[0013]进一步地，上述技术方案中，所述上层基片和下层基片的材料均包括石英、玻璃、聚甲基丙烯酸甲酯、聚二甲基硅氧烷、聚碳酸酯、聚酯、琼脂糖、壳聚糖和海藻酸钠中的一种或两种以上；所述多孔膜的材料包括聚二甲基硅氧烷、聚偏氟乙烯和聚碳酸酯中的一种或两种以上，所述多孔膜的孔径为0.45μm—10μm。
[0014]进一步地，上述技术方案中，所述多孔膜的上、下两表面可分别接种骨髓间充质干细胞和血管内皮细胞；所述骨髓间充质干细胞和血管内皮细胞为离体样本，所述骨髓间充质干细胞和血管内皮细胞的来源包括人或任何一种哺乳动物，或原代细胞、细胞系以及干细胞诱导分化的功能细胞。
[0015]本专利技术还提供了所述的骨组织仿生芯片的应用，利用骨组织仿生芯片构建骨组织血管屏障模型，应用于细胞共培养、构建细胞屏障、骨组织血管屏障以及功能监测，细胞迁移，药物筛选。
[0016]进一步地，上述技术方案中，所述骨组织血管屏障模型的构建方法，包括如下步骤：
[0017]1)芯片键合
[0018]将上层基片、多孔膜和下层基片以从上至下的顺序排列进行不可逆封接；
[0019]2)基质胶包被多孔膜
[0020]将matrigel基质胶通过进液口b加入到培养腔室b中，翻转芯片后将装有芯片的培
养皿放入细胞培养箱中孵育1
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2小时凝胶，凝胶过程结束后，磷酸盐缓冲液清洗至少3遍；再将matrigel基质胶通过进液口a加入到培养腔室a中，将装有芯片的培养皿放入细胞培养箱中孵育1
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2小时凝胶，凝胶过程结束后，磷酸盐缓冲液清洗至少3遍后待用；
[0021]3)细胞接种及骨组织血管屏障模型构建
[0022]将骨髓间充质干细胞制成悬液，以1*10^5cell/ml
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10^6cell/ml的接种密度接种到进液口b中，翻转芯片，使细胞贴壁于多孔膜下层，待细胞融合率达到90％以上时进行成骨分化诱导；...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于微流控芯片技术构建的骨组织仿生芯片，其特征在于，从上到下依次包括上层基片(1)、多孔膜(2)和下层基片(3)，所述上层基板(1)上设有进液口a(1
‑
1)、出液口a(1
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5)、进液口c(1
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6)和出液口c(1
‑
7)，所述进液口a(1
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1)与所述出液口a(1
‑
5)之间设有培养模块a，所述培养模块a包括进液微通道a(1
‑
2)、培养腔室a(1
‑
3)和出液微通道a(1
‑
4)，所述进液微通道a(1
‑
2)一端与所述进液口a(1
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1)相连，所述进液微通道a(1
‑
2)的另一端与所述培养腔室a(1
‑
3)的一侧相连，所述培养腔室a(1
‑
3)的另一侧与所述出液微通道a(1
‑
4)的一端相连，所述出液微通道a(1
‑
4)的另一端与出液口a(1
‑
5)相连；所述下层基板(3)上设有培养模块b，所述培养模块b包括：进液口b(3
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1)、进液微通道b(3
‑
2)、培养腔室b(3
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3)、出液微通道b(3
‑
4)和出液口b(3
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5)；所述进液微通道b(3
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2)的一端与所述进液口b(3
‑
1)相连，所述进液微通道b(3
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1)的另一端与所述培养腔室b(3
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3)的一侧相连，所述培养腔室b(3
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3)的另一侧与所述出液微通道b(3
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4)的一端相连，所述出液微通道b(3
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4)的另一端与所述出液口b(3
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5)相连；所述培养模块a的数量为(2+2N)个，N为自然数，所述进液口a(1
‑
1)和所述出液口a(1
‑
5)相连形成直线A，所述直线A两侧的所述培养模块a的数量相同且以直线A为对称轴对称分布。2.根据权利要求1所述的骨组织仿生芯片，其特征在于，所述培养模块b的数量与所述培养模块a的数量相同，所述培养模块b的位置与所述培养模块a的位置在竖直方向相对应设置。3.根据权利要求1所述的骨组织仿生芯片，其特征在于，所述培养腔室a(1
‑
3)的数量为X个，X为2以上的正整数，所述培养腔室b(3
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3)的数量与所述培养腔室a(1
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3)的数量相同，且所述培养腔室b(3
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3)的位置与所述培养腔室a(1
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3)的位置在竖直方向相对应设置，所述培养腔室a(1
‑
3)与所述培养腔室b(3
‑
3)之间设有所述多孔膜(2)。4.根据权利要求1所述的骨组织仿生芯片，其特征在于，所述进液口c(1
‑
6)的位置与所述进液口b(3
‑
1)的位置在竖直方向相对应设置，液体通过所述进液口c(1
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6)加入到所述进液口b(3
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1)；所述出液口c(1
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7)的位置与所述出液口b(3
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5)的位置相对应设置，所述出液口b(3
‑
5)中的液体通过所述出液口c(1
‑
7)排出。5.根据权利要求1所述的骨组织仿生芯片，其特征在于，所述进液口a(1
‑
1)和所述出液口a(1
‑<...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘慧颖，马国武，毛红菊，陈琛，靳来娣，安凡，刘立朝，林炳承，
申请(专利权)人：大连医科大学，
类型：发明
国别省市：