一种集成器官芯片及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种集成器官芯片及其制备方法，集成器官芯片用于在培养细胞、细胞团或类器官的过程中按照需求施加电学刺激和力学刺激；集成器官芯片包括：用于提供电学刺激的电极层、位于电极层上方的用于培养的微孔层、用于提供力学刺激且与外接交互的流动腔层；外围电路；电极层包括：基底，位于基底上的对应微孔层中各微孔的裸电极；微孔层包括：粘贴于电极层上的具有多个相互独立的单孔腔室的结构，每一单孔为通透的且底部对应电极层的一裸电极或多个电极组成的多电极；流动腔层为粘贴在微孔层上方的用于承载培养物所属培养基的具有多个单一空腔结构。上述方法可以将多种调控技术结合来满足类器官或细胞团培养和促进其功能成熟。能成熟。能成熟。

【技术实现步骤摘要】
一种集成器官芯片及其制备方法


[0001]本专利技术涉及生物医学和微流技术，尤其涉及一种集成器官芯片及其制备方法。

技术介绍

[0002]体外培养类器官或细胞团时，因细胞可能需要外界的电学或者力学刺激，调控细胞的使其功能趋于成熟。体外基于微流控技术的多因素刺激调控以细胞为主要培养物的集成器官芯片能够实现这一功能。通过能够实现单一功能的微流控器件组装而成的集成器官芯片系统能够满足对培养物进行动态和静态培养，并在培养过程中进行电学刺激和力学刺激目前，集成化的微流控芯片已广泛应用于细胞、细胞团和类器官的培养和调控。
[0003]现有公开号CN113667603A的专利申请公开了一种肝脏类器官培养芯片及其制备方法与应用，所述肝脏类器官培养芯片包括：细胞培养板；具有微孔阵列的生物材料；培养方法包括将人胚胎干细胞或人诱导多功能干细胞消化成单个细胞接种于培养基中培养，获得前肠胚细胞；再将前肠胚细胞消化成单个细胞接种于所述肝脏类器官培养芯片中的所述微孔阵列中培养，获得肝脏类器官。虽然上述方法可用于不同来源或者是不同组织类型的均一且高通量的肝脏类器官培养，但未结合促进类器官成熟的调控技术，且需要外接灌流装置。在实际应用中，促进体外培养的类器官的功能成熟是类器官进一步培养和发育的关键。
[0004]为此，如何将多种调控技术结合来满足类器官培养和促进其功能成熟的集成器官芯片成为当前亟需解决的技术问题。

技术实现思路

[0005](一)要解决的技术问题
[0006]鉴于现有技术的上述缺点、不足，本专利技术提供一种集成器官芯片及其制备方法。
[0007](二)技术方案
[0008]为了达到上述目的，本专利技术采用的主要技术方案包括：
[0009]第一方面，本专利技术实施例提供一种集成器官芯片，所述集成器官芯片用于在培养细胞、细胞团或类器官的过程中按照需求施加电学刺激和力学刺激；集成器官芯片包括：
[0010]用于提供电学刺激的电极层、位于电极层上方的微孔层、用于提供力学刺激且与外接交互的流动腔层；外围电路；
[0011]所述电极层包括：基底，位于基底上的对应微孔层中各微孔的裸电极；所述裸电极借助于基底表面嵌套的导电组件与外围电路电连接；所述基底表面的非裸电极区域为绝缘区域；
[0012]所述微孔层包括：粘贴于电极层上的具有多个相互独立的单孔腔室的结构，每一单孔腔室中的单孔为通透且底部对应电极层的一个以上的裸电极，以使通电后的裸电极对单孔腔室内的培养物施加可调的电学刺激；
[0013]所述流动腔层为粘贴在所述微孔层上方的用于承载培养物所属培养基的具有多
个空腔结构，所述培养基在辅助设备的辅助下在各自的空腔结构内流动，以获得可控的流体剪切应力，所述每一个空腔结构的空腔连通微孔层的多个单孔腔室且为单孔腔室内的培养物提供培养基。
[0014]可选地，每一个裸电极为片状的圆形裸电极；基底上的各个裸电极均相互独立的连接外围电路；且圆形裸电极的直径小于微孔层中每一单孔的孔径；
[0015]基底包括：玻璃底座、层积在玻璃底座上的导电组件层、非裸电极区域的绝缘层；所述导电组件层的导电组件为金属层积导线，导线一端连接裸电极，另一端设置具有标识的金属焊盘用于与外围电路电连接。
[0016]可选地，所述玻璃底座为4英寸圆形高透光玻璃，厚度为500+
‑
20um；
[0017]圆形裸电极的直径为70+
‑
10um；
[0018]绝缘层的材质为聚酰亚胺，厚度小于等于2um；
[0019]和/或，所述微孔层和所述流动腔层的材质一致。
[0020]可选地，所述微孔层为采用聚二甲基硅氧烷聚合物PDMS固化后打孔形成的PDMS多孔膜层；
[0021]每一单孔的孔径为1mm至6mm；
[0022]所述微孔层的多个单孔腔室排成多行，每一行具有N个单独的单孔腔室，N大于等于2，每一单孔腔室的底部对应一个或多个裸电极。
[0023]可选地，所述流动腔层的空腔结构为具有长方体形状的单一空腔结构；每一个长方体形状的单一空腔结构对应单孔腔室的一行；且长方体形状的单一空腔结构的端头设有培养基进口，端尾设有培养基出口；
[0024]或者，
[0025]所述流动腔层为PDMS预聚物在钨钢条阳模上倒膜固化形成具有多个长方体形状的单一空腔结构的阴模；每一个长方体形状的单一空腔结构对应单孔腔室的一行；且长方体形状的单一空腔结构的端头设有培养基进口，端尾设有培养基出口。
[0026]可选地，长方体形状的单一空腔结构的长15mm，宽6mm，深1mm；
[0027]培养基进口/培养基出口的孔径为1mm
‑
5mm；
[0028]或者，
[0029]辅助设备包括：用于实现培养基流动的外围灌流设备或翘板摇床。
[0030]第二方面，本专利技术实施例提供一种针对第一方面任一所述的集成器官芯片的制备方法，其包括：
[0031]S01、依次制作所述电极层、所述微孔层和所述流动腔层；
[0032]S02、将所述微孔层和所述流动腔层粘结在一起，且使流动腔层的培养基对应到微孔层的各单孔腔室；
[0033]S03、将粘结后的所述微孔层和所述流动腔层叠拼在所述电极层上，且将所述电极层与外围电路电连接，得到集成器官芯片。
[0034]可选地，S01中的制作所述微孔层包括：
[0035]将液态聚二甲基硅氧烷预聚物在60摄氏度烘箱中固化4小时或者85摄氏度烘箱中固化2小时，形成PDMS聚合物，然后用微流控打孔器在PDMS聚合物上按照预设结构进行打孔形成矩阵式的多个单孔结构的单孔腔室；
[0036]每个单孔结构的单孔腔室底面暴露电极层的一个以上圆形裸电极；
[0037]S01中的制作所述流动腔层包括：
[0038]去除气泡的PDMS预聚物覆盖在钨钢条阳模上，在60摄氏度烘箱中固化4小时或者85摄氏度固化2个小时，形成多个长方体形状的单一空腔结构，
[0039]在每一个长方体形状的单一空腔结构两端各打一个孔，形成培养基进口和培养基出口。
[0040]可选地，所述S02包括：
[0041]使用去除气泡的PDMS预聚物涂于微孔层上表面，将所述流动腔层覆盖于微孔层表面，放入60摄氏度烘箱中，通过热压的方式热压固化过夜进行封装，使得所述微孔层和所述流动腔层粘结在一起且形成可逆的封装结构。
[0042]可选地，S01中的制作所述电极层包括：
[0043]选择厚度为500μm高透光4英寸玻璃片，依次用丙酮、纯水、无水乙醇、纯水对玻璃表面进行清洗，清洗时间不少于5分钟；
[0044]在第一层玻璃表面通过磁控溅射金属层，形成厚度150nm的金属导电层；
[0045]通过旋涂法在第一层金属层表面的非圆形金属点和金属焊盘位置外，旋涂小于等于2μm的绝缘材料聚酰亚胺，烘烤后形成绝缘层，得到中间结构；
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种集成器官芯片，其特征在于，所述集成器官芯片用于在培养细胞、细胞团或类器官的过程中按照需求施加电学刺激和力学刺激；集成器官芯片包括：用于提供电学刺激的电极层、位于电极层上方的微孔层、用于提供力学刺激且与外接交互的流动腔层；外围电路；所述电极层包括：基底，位于基底上的对应微孔层中各微孔的裸电极；所述裸电极借助于基底表面嵌套的导电组件与外围电路电连接；所述基底表面的非裸电极区域为绝缘区域；所述微孔层包括：粘贴于电极层上的具有多个相互独立的单孔腔室的结构，每一单孔腔室中的单孔为通透且底部对应电极层的一个以上的裸电极，以使通电后的裸电极对单孔腔室内的培养物施加可调的电学刺激；所述流动腔层为粘贴在所述微孔层上方的用于承载培养物所属培养基的具有多个空腔结构，所述培养基在辅助设备的辅助下在各自的空腔结构内流动，以获得可控的流体剪切应力，所述每一个空腔结构的空腔连通微孔层的多个单孔腔室且为单孔腔室内的培养物提供培养基。2.根据权利要求1所述的集成器官芯片，其特征在于，每一个裸电极为片状的圆形裸电极；基底上的各个裸电极均相互独立的连接外围电路；且圆形裸电极的直径小于微孔层中每一单孔的孔径；基底包括：玻璃底座、层积在玻璃底座上的导电组件层、非裸电极区域的绝缘层；所述导电组件层的导电组件为金属层积导线，导线一端连接裸电极，另一端设置具有标识的金属焊盘用于与外围电路电连接。3.根据权利要求2所述的集成器官芯片，其特征在于，所述玻璃底座为4英寸圆形高透光玻璃，厚度为500+
‑
20um；圆形裸电极的直径为70+
‑
10um；绝缘层的材质为聚酰亚胺，厚度小于等于2um；和/或，所述微孔层和所述流动腔层的材质一致。4.根据权利要求1所述的集成器官芯片，其特征在于，所述微孔层为采用聚二甲基硅氧烷聚合物PDMS固化后打孔形成的PDMS多孔膜层；每一单孔的孔径为1mm至6mm；所述微孔层的多个单孔腔室排成多行，每一行具有N个单独的单孔腔室，N大于等于2，每一单孔腔室的底部对应一个或多个裸电极。5.根据权利要求1或4所述的集成器官芯片，其特征在于，所述流动腔层的空腔结构为具有长方体形状的单一空腔结构；每一个长方体形状的单一空腔结构对应单孔腔室的一行；且长方体形状的单一空腔结构的端头设有培养基进口，端尾设有培养基出口；或者，所述流动腔层为PDMS预聚物在钨钢条阳模上倒膜固化形成具有多个长方体形状的...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱楚洪，柯明，
申请(专利权)人：中国人民解放军陆军军医大学，
类型：发明
国别省市：