一种用于药物测试的类器官芯片模型制造技术

本发明专利技术公开一种用于药物测试的类器官芯片模型，涉及类器官芯片技术领域，主要解决测试药物对于各类器官的不良症状。所述类器官芯片模型包括超疏水微孔阵列类器官微流控芯片、控制模块、药物输送系统和检测扫描系统，通过设置控制模块采用基于自适应蚁群算法和粒子群优化算法的混合算法，首先控制超疏水微孔阵列类器官微流控芯片培养多种类器官，然后控制药物输送系统将适量测试药物输送到病变器官，最后控制检测扫描系统将每个器官的生理特性变化在LCD触摸屏展示，更加方便以人机交互以观察更加细微的生理变化，确定每个器官针对此类药物的不良反应症状。类药物的不良反应症状。类药物的不良反应症状。

【技术实现步骤摘要】
一种用于药物测试的类器官芯片模型


[0001]本专利技术涉及器官芯片控制
，且更确切地涉及一种用于药物测试的类器官芯片模型。

技术介绍

[0002]类器官由干细胞或者从病人身上提取的肿瘤组织在特定的3D体外微环境下自组织发育而来的、高度模拟体内真实器官特征的小型化的体外器官模型。因其可以在很大程度模拟目标组织或器官的遗传特征和表观特征，在器官发育、精准医疗、再生医学、药物筛选、基因编辑、疾病建模等领域都有广泛的应用前景。随着细胞生物学与类器官技术的发展，类器官芯片模型正逐渐取代传统药物实体测试技术，传统的体外2D细胞培养模型广泛应用在生物学研究中，这些二维细胞培养进行在培养皿或培养板中，难以模拟人体生理应力等微环境，无法体现人体组织器官复杂的生理功能。
[0003]目前，现有技术在类器官的药物测试方面，仅能将药物的所有作用效果在病变器官内体现，但是一些药物的副作用在非病变器官内也会产生不同程度的不良反应，为病人的身体带来了更大药物危害和精神负担，从而引发了不同程度的并发症和精神压力。如何利用类器官芯片模型进行药物测试是亟待解决的问题。
[0004]基于上述技术的不足，该研究考虑一种类器官芯片模型，该模型中，数据新型器官芯片能够弥补传统2D细胞培养和动物实验的诸多缺点，建立更加真实、低成本、高效的生理学研究及药物开发的体外模型。

技术实现思路

[0005]针对上述技术的不足，本专利技术公开一种用于药物测试的类器官芯片模型，采用超疏水微孔阵列类器官微流控芯片将多种类器官在上面培养而成，通过药物输送系统将测试药物输送到病变器官，再将药物对每种器官的影响通过检测扫描系统将每个器官的生理特性变化显示成图像，并通过LCD触摸屏进行人机交互以观察更加细微的生理变化，确定每个器官针对此类药物的不良反应症状。
[0006]为了实现上述技术效果，本专利技术采用以下技术方案，一种用于药物测试的类器官芯片模型，包括超疏水微孔阵列类器官微流控芯片、药物输送系统、检测扫描系统和控制模块；所述控制模块分别连接超疏水微孔阵列类器官微流控芯片、药物输送系统和检测扫描系统，所述超疏水微孔阵列类器官微流控芯片分别连接药物输送系统和检测扫描系统，所述超疏水微孔阵列类器官微流控芯片设置类脑器官、类心器官、类肝器官、类胃器官、类肠器官和类肺器官；控制模块用于调控每个系统的工作状态；超疏水微孔阵列类器官微流控芯片用于将不同器官和组织的细胞在芯片上培养，以微通道相连，实现多器官集成化；
药物输送系统用于将测试药物输送至指定器官；检测扫描系统用于检测类器官的生理特性并显示成像；其中所述类脑器官通过类神经系统分别连接类心器官、类肝器官、类胃器官、类肠器官和类肺器官，所述类心器官连接类肺器官，所述类肝器官连接类胃器官，所述类胃器官连接类肠器官。
[0007]作为上述技术方案的进一步描述，所述超疏水微孔阵列类器官微流控芯片集成数个经过特殊设计的微培养室、灌注通道并同时培养多种细胞，利用微流控技术产生精确可控的流体剪切力、周期性变化的机械力和溶质浓度梯度变化的灌注液，所述灌注液为软硬度可调的含有RGD黏附肽的功能性PEG水凝胶，所述超疏水微孔阵列类器官微流控芯片包括上层芯片、密封膜以及下层芯片，所述上层芯片上设有主通道、进口通道、特斯拉微混合器、汇集通道和出口通道，多个所述特斯拉微混合器的通道入口均与第一主通道连接，所述进口通道与第一主通道连接，所述特斯拉微混合器的通道出口与汇集通道连接，所述出口通道与汇集通道连接，密封膜上设有镂空区，所述下层芯片上设有类器官培养室、微孔阵列层，所述镂空区分别对应汇集通道、类器官培养室、基底层和微孔阵列层，所述微孔阵列层上除微孔或微孔底部以外的表面为超疏水表面，所述微孔以外的表面为超疏水表面,所述微孔阵列层表面为超疏水层，所述微孔底部以外的表面为超疏水面，所述微孔阵列层由超疏水材料制作。
[0008]作为上述技术方案的进一步描述，所述药物输送系统为柔性药物输送器，所述柔性药物输送器集成生理数据传感器和给药设备的智能隐形眼镜和微针贴片，所述生理数据传感器为PVSS
‑
BP1，所述智能隐形眼镜和所述微针贴片可用于向脑部输送药物。
[0009]作为上述技术方案的进一步描述，其中柔性药物输送器包括药物信息自动识别模块、药物信息匹配模块、药物信息分类模块和输送计算模块，其中所述药物信息自动识别模块用于实现药物信息的自动化识别，所述药物信息匹配模块用于将不同类型的药物信息进行匹配，以将待输送的药物信息进行自动化匹配，药物信息分类模块用于将不同类型的药物数据信息按照分类规则或者属性进行归类，其中所述输送计算模块用于计算分类后的数据信息；其中：药物信息自动识别模块对输送的药物数据信息进行属性不匹配数值计算函数为:
[0010]式（1）中，d为药物信息属性不匹配数值计算信息值，q为药物信息属性计算的范围，计算信息值范围为[0,q]；i表示的是药物数据信息计算种类；δ(a
i
,b
i
)表示属性不匹配数值在药物输送过程中药物信息自动识别条件，a
i
表示药物输送过程中的横向位置坐标点，b
i
表示药物输送过程中的横向位置坐标点，其中药物输送过程中的信息选择条件函数为：
[0011]式（2）中，当时，表示药物信息自动识别模块输送药物信息，当时，表示输送药物的位置需要调整；
药物信息分类模块对输送的药物信息进行类别诊断，衡量分类型性质相异性的公式为：
[0012]式（3）中，q表示药物信息属性计算的范围，a
ip
，a
jp
表示的是第P维属性数据中i和j的值；δ(a
ip
,a
jp
)的取值为：（4）式（4）中，所采集到的药物数据的样本中包含m个分类型性质的数据，以及n个数据项，数据之间的相异性与同一性质下数据出现的频率有着直接的关系，衡量分类型性质数据的相异性公式为：（5）式（5）中，d2(a
i
,a
j
)表示的是分类型性质数据的相异性，n
ip
，n
jp
表示数据中i和j出现的次数，n表示相同频次输送药物数据出现的次数；对于采集的药物数据样本中数值型性质数据，主要采用小波分析方法对转换的药物数据信号进行量化处理，进而对数据之间的相异性进行衡量，数值型属性数据相异性度量公式为：（6）式（6）中，d3(a
i
,a
j
)表示数值型性质数据的相异性。
[0013]作为上述技术方案的进一步描述，所述检测扫描系统为高分辨率LAPS扫描成像系统，所述高分辨率LAPS扫描成像系统由数据采集卡和自制的PCB模块构成，所述自制的PCB模块包括SOG
‑
LAPS芯片和LCD显示屏，所述数据采集卡为USB
‑
6343，所述USB
‑
6343具有32路模拟输入通道，4路模拟输出通道，以及USB通信接口。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于药物测试的类器官芯片模型，其特征在于：包括超疏水微孔阵列类器官微流控芯片、药物输送系统、检测扫描系统和控制模块；所述控制模块分别连接超疏水微孔阵列类器官微流控芯片、药物输送系统和检测扫描系统，所述超疏水微孔阵列类器官微流控芯片分别连接药物输送系统和检测扫描系统，所述超疏水微孔阵列类器官微流控芯片设置类脑器官、类心器官、类肝器官、类胃器官、类肠器官和类肺器官；控制模块用于调控每个系统的工作状态；超疏水微孔阵列类器官微流控芯片用于将不同器官和组织的细胞在芯片上培养，以微通道相连，实现多器官集成化；药物输送系统用于将测试药物输送至指定器官；检测扫描系统用于检测类器官的生理特性并显示成像；其中所述类脑器官通过类神经系统分别连接类心器官、类肝器官、类胃器官、类肠器官和类肺器官，所述类心器官连接类肺器官，所述类肝器官连接类胃器官，所述类胃器官连接类肠器官。2.根据权利要求1所述的一种用于药物测试的类器官芯片模型，其特征在于：所述超疏水微孔阵列类器官微流控芯片集成数个微培养室、灌注通道并同时培养多种细胞，利用微流控技术产生精确可控的流体剪切力、周期性变化的机械力和溶质浓度梯度变化的灌注液，所述灌注液为软硬度可调的含有RGD黏附肽的功能性PEG水凝胶，所述超疏水微孔阵列类器官微流控芯片包括上层芯片、密封膜以及下层芯片，所述上层芯片上设有主通道、进口通道、特斯拉微混合器、汇集通道和出口通道，多个所述特斯拉微混合器的通道入口均与第一主通道连接，所述进口通道与第一主通道连接，所述特斯拉微混合器的通道出口与汇集通道连接，所述出口通道与汇集通道连接，密封膜上设有镂空区，所述下层芯片上设有类器官培养室、微孔阵列层，所述镂空区分别对应汇集通道、类器官培养室、基底层和微孔阵列层，所述微孔阵列层上除微孔或微孔底部以外的表面为超疏水表面，所述微孔以外的表面为超疏水表面,所述微孔阵列层表面为超疏水层，所述微孔底部以外的表面为超疏水面，所述微孔阵列层由超疏水材料制作。3.根据权利要求1所述的一种用于药物测试的类器官芯片模型，其特征在于：所述药物输送系统为柔性药物输送器，所述柔性药物输送器集成生理数据传感器和给药设备的智能隐形眼镜和微针贴片，所述生理数据传感器为PVSS
‑
BP1，所述智能隐形眼镜和所述微针贴片用于向脑部输送药物；其中柔性药物输送器包括药物信息自动识别模块、药物信息匹配模块、药物信息分类模块和输送计算模块，其中所述药物信息自动识别模块用于实现药物信息的自动化识别，所述药物信息匹配模块用于将不同类型的药物信息进行匹配，以将待输送的药物信息进行自动化匹配，药物信息分类模块用于将不同类型的药物数据信息按照分类规则或者属性进行归类，其中所述输送计算模块用于计算分类后的数据信息；其中：药物信息自动识别模块对输送的药物数据信息进行属性不匹配数值计算函数为:（1）式（1）中，d为药物信息属性不匹配数值计算信息值，q为药物信息属性计算的范围，计算信息值范围为[0,q]；i表示的是药物数据信息计算种类；δ(a
i
,b
i
)表示属性不匹配数值在药物输送过程中药物信息自动识别条件，a
i
表示药物输送过程中的横向位置坐标点，b
i
表示
药物输送过程中的横向位置坐标点，其中药物输送过程中的信息选择条件函数为：式（2）中，当时，表示药物信息自动识别模块输送药物信息，当时，表示输送药物的位置需要调整；药物信息分类模块对输送的药物信息进行类别诊断，衡量分类型性质相异性的公式为：（3）式（3）中，q表示药物信息属性计算的范围，a
ip
，a
jp
表示的是第P维属性数据中i和j的值；δ(a
ip
,a
jp
)的取值为：（4）式（4）中，所采集到的药物数据的样本中包含m个分类型性质的数据，以及n个数据项，数据之间的相异性与同一性质下数据出现的频率有着直接的关系，衡量分类型性质数据的相异性公式为：（5）式（5）中，d2(a
i
,a
j
)表示的是分类型性质数据的相异性，n
ip
，n
jp
表示数据中i和j出现的次数，n表示相同频次输送药物...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙涛，
申请(专利权)人：零壹人工智能科技研究院南京有限公司，
类型：发明
国别省市：