一种高通量器官芯片及其应用制造技术

本申请涉及一种高通量器官芯片及其应用。芯片包括：多个培养模块；单个培养模块包括：第一培养层、第二培养层、多孔隔膜层和电极层；第一培养层为开放式培养层；第二培养层为封闭式培养层；第一培养层设置有细胞培养孔和至少两个流体孔；细胞培养孔和流体孔相邻设置；第二培养层设置有细胞培养流道；细胞培养流道与流体孔相连通；多孔隔膜层设置于细胞培养流道和细胞培养孔之间；电极层设置于所述第二培养层远离所述第一培养层的一侧。本申请的器官芯片便于实施自动化操作；也可通过将可插入式电极棒浸入细胞培养孔，然后和电极层分别与电化学工作站相连，进而能够进行屏障结构跨膜电阻测量，为生理病理模型研究和药物评价提供有效的实验数据。实验数据。实验数据。

【技术实现步骤摘要】
一种高通量器官芯片及其应用


[0001]本申请涉及微流控器官芯片
，特别涉及一种高通量器官芯片及其应用。

技术介绍

[0002]器官芯片为微流控器官芯片的简称，是一种三维细胞培养装置，包括相应器官周边的细胞，分泌物和物理力组成的微环境。与传统的药物筛选模型相比，器官芯片更能模拟真实器官的功能，而且避免了动物模型存在的种属差异问题。
[0003]目前，尽管很多器官芯片能实现具有多个培养单元的高通量结构，但实验时还是依靠手工进样和采样，因为封闭的芯片结构只有出入口和外界相通，难以与现有的自动化装置兼容。此外，对于上皮或内皮屏障功能的研究，跨膜电阻是一个重要功能指标，但是现在的测量方法都存在一定的问题。对于没有集成电极结构的芯片，测量电极在芯片出入口施加，远离上皮或内皮屏障所在的位置，造成测量精确度不高。而集成电极结构的芯片，芯片结构是封闭的，无法进行自动化加样和采样。因此，需要提供一种新型的器官芯片，以解决现有技术中存在的技术问题。

技术实现思路

[0004]为了解决现有技术的问题，本申请提供了一种高通量器官芯片及其应用。技术方案如下：
[0005]一方面，提供了一种高通量器官芯片，所述芯片包括：多个培养模块；
[0006]单个培养模块包括：第一培养层、第二培养层、多孔隔膜层和电极层；
[0007]所述第一培养层为开放式培养层；
[0008]所述第二培养层为封闭式培养层；
[0009]所述第一培养层设置有细胞培养孔和至少两个流体孔；所述细胞培养孔和所述流体孔相邻设置；
[0010]所述第二培养层设置有细胞培养流道；
[0011]所述细胞培养流道与所述流体孔相连通；
[0012]所述多孔隔膜层设置于所述细胞培养流道和所述细胞培养孔之间；
[0013]所述电极层设置于所述第二培养层远离所述第一培养层的一侧。
[0014]进一步地，所述多孔隔膜层的材料包括聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚二甲基硅氧烷、聚碳酸酯和玻璃中的至少一种；
[0015]所述多孔隔膜层的孔径为0.4um～3um。
[0016]进一步地，所述电极层上设置有电极结构；所述电极结构为两圈环形结构；所述电极结构的一端设置于所述细胞培养流道处；所述电极结构与所述细胞培养流道内的液体相接触；在进行跨膜电阻的测量的情况下，所述电极结构与所述细胞培养孔内插入的电极配合。
[0017]进一步地，所述细胞培养孔用于培养类器官、细胞球状体或单层贴壁细胞中的至
少一种，以及储存细胞培养基或药物稀释液。
[0018]进一步地，所述细胞培养流道用于静态培养或动态培养上皮或内皮屏障细胞构成的生物屏障细胞层；
[0019]所述动态培养为基于目标对象的血液流动的参数设置所述细胞培养流道内流体的参数；在动态培养时，所述流体孔与蠕动泵或注射泵连接，所述蠕动泵或所述注射泵控制细胞培养流道中溶液的流速。
[0020]进一步地，所述器官芯片中包括多个阵列排布的培养模块。
[0021]进一步地，所述细胞培养孔的孔径为5～20mm；
[0022]所述流体孔的孔径为0.8～3mm。
[0023]进一步地，所述器官芯片的加工方式为一体成型和分层加工中的至少一种；所述器官芯片的微加工方法包括玻璃内雕法、数控铣刻方法、激光刻蚀方法、化学腐蚀方法、软刻蚀方法、注塑成型、热压法、金属溅射和金属电镀中的至少一种。
[0024]进一步地，所述第一培养层和所述第二培养层的材料包括聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯、聚二甲基硅氧烷和玻璃中的至少一种；
[0025]进一步地，所述高通量器官芯片还包括移液工作站；
[0026]移液工作站用于对所述第一培养层进行加液、换液和采样处理；
[0027]所述移液工作站的xyz三轴位移臂将可插入式电极棒浸入所述细胞培养孔与所述电极结构配合进行跨膜电阻的测量。
[0028]另一方面，本申请还提供了一种高通量器官芯片的检测平台，请参考图5，图5是本申请实施例提供的一种高通量器官芯片与检测平台的结构示意图；一种高通量器官芯片的检测平台包括用于进行屏障结构跨膜电阻测量的机械臂，机械臂上设置有第一电极；还包括与上述高通量器官芯片的电极结构相匹配的第二电极，通过第一电极和第二电极能够实现电化学阻抗谱测试和屏障结构跨膜阻抗测量。
[0029]另一方面，本申请提供了一种高通量器官芯片的应用，根据上述高通量器官芯片结构的应用，用于模拟预设生理环境结构。为生理病理模型研究和药物评价提供有效的实验数据。
[0030]本申请提供的一种高通量器官芯片及其应用，具有如下技术效果：
[0031]本申请的器官芯片便于实施自动化操作，如可通过xyz三轴位移台和电动移液器实施对第一培养层的加液、换液、采样操作；也可通过将可插入式电极棒浸入细胞培养孔，然后和电极层分别与电化学工作站相连，进而能够进行屏障结构跨膜电阻测量，为生理病理模型研究和药物评价提供有效的实验数据。
[0032]本申请的器官芯片通过设置第一培养层为开放式培养层且第二培养层为封闭式培养层，通过开放式与封闭式培养体系结合，在器官芯片内实现血管
‑
器官模型的构建；或者在器官芯片内培养至少两种器官细胞，构建多器官共培养模型，可以为大规模代谢类药物筛选及相关机理研究提供平台。本申请通过将可插入式电极棒浸入第一培养层的细胞培养孔，同时将可插入式电极棒和电极层分别与电化学工作站相连，进而能够进行屏障结构跨膜电阻测量，为生理病理模型研究和药物评价提供有效的实验数据。
[0033]本申请的器官芯片通过开放式的第一培养层有利于与药物进行相互作用，高效地施加药物。本申请的器官芯片模拟了人体器官结构和功能，是微型化、自动化和可视化的工
具，可为生理病理模型研究和药物评价提供有效的实验数据。
[0034]本申请的器官芯片通过采用两圈环形的电极结构，使产生的电信号能够均匀分布在细胞共培养区域的同时不影响成像观察细胞。
附图说明
[0035]为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0036]图1是本申请实施例提供的一种高通量器官芯片的结构示意图；
[0037]图2是本申请实施例提供的一种高通量器官芯片的俯视图；
[0038]图3是本申请实施例提供的一种高通量器官芯片的结构分层示意图；
[0039]图4是本申请实施例提供的一个培养模块的电极结构的俯视图；
[0040]图5是本申请实施例提供的一种高通量器官芯片与检测平台的结构示意图；
[0041]图6是本申请实施例提供的高通量器官芯片的培养模块插入电极棒后进行电化学阻抗谱测量的示意图；
[0042]图7是本申请实施例提供本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高通量器官芯片，其特征在于，所述芯片包括：多个培养模块；单个培养模块包括：第一培养层(1)、第二培养层(2)、多孔隔膜层(3)和电极层(4)；所述第一培养层(1)为开放式培养层；所述第二培养层(2)为封闭式培养层；所述第一培养层(1)设置有细胞培养孔(11)和至少两个流体孔(12)；所述细胞培养孔(11)和所述流体孔(12)相邻设置；所述第二培养层(2)设置有细胞培养流道(21)；所述细胞培养流道(21)与所述流体孔(12)相连通；所述多孔隔膜层(3)设置于所述细胞培养流道(21)和所述细胞培养孔(11)之间；所述电极层(4)设置于所述第二培养层(2)远离所述第一培养层(1)的一侧。2.根据权利要求1所述的高通量器官芯片，其特征在于，所述多孔隔膜层(3)的材料包括聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚二甲基硅氧烷、聚碳酸酯和玻璃中的至少一种；所述多孔隔膜层(3)的孔径为0.4um～3um。3.根据权利要求1所述的高通量器官芯片，其特征在于，所述电极层(4)上设置有电极结构(41)；所述电极结构(41)为两圈环形结构；所述电极结构(41)的一端设置于所述细胞培养流道(21)处；所述电极结构(41)与所述细胞培养流道(21)内的液体相接触；在进行跨膜电阻的测量的情况下，所述电极结构(41)与所述细胞培养孔(11)内插入的电极配合。4.根据权利要求1所述的高通量器官芯片，其特征在于，所述细胞培养孔(11)用于培养类器官、细胞球状体或单层贴壁细胞中的至少一种，以及储存细胞培养基...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨盼慧，吴蕾，赵建龙，毛红菊，
申请(专利权)人：中国科学院上海微系统与信息技术研究所，
类型：发明
国别省市：