一种基于微流控技术的类器官成型芯片及其工作方法技术

本发明专利技术提供一种基于微流控技术的类器官成型芯片。一种基于微流控技术的类器官成型芯片，其中，包括底层流道和盖设于底层流道顶部的顶层盖板，底层流道上依次设有液流入口，与液流入口连通的培养池阵列，以及供通过培养池阵列后的液流排出的培养液出口，培养池阵列与底层流道的底面成一定夹角倾斜设置，培养池阵列靠近培养液出口的一端高于培养池阵列靠近液流入口的一端。本发明专利技术还提供一种基于微流控技术的类器官成型芯片的工作方法。本发明专利技术能够提高类器官成型芯片中培养池阵列的各培养池中留存的细胞初始数量的一致性，成型后的类器官具有良好的统一性。官具有良好的统一性。官具有良好的统一性。

【技术实现步骤摘要】
一种基于微流控技术的类器官成型芯片及其工作方法


[0001]本专利技术涉及生物微流控
，更具体地，涉及一种基于微流控技术的类器官成型芯片及其工作方法。

技术介绍

[0002]类器官是一种基于3D体外细胞培养系统，建立的与体内的来源组织或器官高度相似的一种模型。这些3D体外培养系统可复制出已分化组织的复杂空间形态，并能够表现出细胞与细胞之间，细胞与其周围基质之间的相互作用和空间位置形态。其特征必须包含一种以上与来源器官相同的细胞类型；应该表现出来源器官所特有的一些功能；细胞的组织方式应当与来源器官相似。类器官技术应用领域广泛，包括发育生物学、疾病病理学、细胞生物学、再生机制、精准医疗以及药物毒性和药效试验。
[0003]类器官制备的典型方法首先要分离出相应的种子细胞，例如肿瘤中的肿瘤干细胞或者是正常组织来源的多能干细胞，然后将它们培养在一个生物相容性良好的材料上如基质胶。培养的同时培养基中需要添加生长因子和小分子等，以激活或者抑制参与类器官形成所依赖的特定信号通路，制备不同的类器官需使用不同的添加物组合，经过一段时间的培养形成球形细胞团簇。但是传统方法是采用培养皿进行培养，这样细胞是自发组成团簇的，形成团簇的细胞初始数量是不受控制的，所以形成的类器官大小也是不一致的，且位置随机；更麻烦的是细胞成型团簇后是悬浮培养与生长，这就很难进行针对性的分析，或者是进行统一、批量化的药物筛选工作。为解决上述问题，目前已逐步开始采用基于微流控技术的成型芯片来进行类器官的培养，如中国专利CN112226363A公开了一种利用微阵列深井培养高通量类器官的装置和方法，该装置包括细胞培养基底、聚二甲基硅氧烷微阵列深井微流控芯片和微流体控制系统，聚二甲基硅氧烷微阵列深井微流控芯片中存在一定数量的均一微孔阵列，这样相对于培养皿来说，每个微孔中能够存留的细胞数量就基本是一致的，因此培养形成的类器官的大小就比较均一，位置也比较固定。但是采用这种方法，由于微孔阵列是水平设置在微流控芯片中的，所以细胞在微孔阵列区域的沉降是靠自身重力沉降，原代组织在经切分、酶解预处理形成微组织块悬液时，微组织块悬液中微组织块的尺寸大小是不统一的，所以在重力作用下沉降时，沉降不均匀的问题还是比较明显的，并不能严格保证培养形成的类器官的大小均一。

技术实现思路

[0004]为克服现有微流控成型芯片中微孔阵列是水平设置，尺寸大小不一的细胞组织块在重力作用下沉降时，沉降不均匀的问题还是比较明显，并不能严格保证培养形成的类器官的大小均一的缺陷，本专利技术提供一种基于微流控技术的类器官成型芯片及其工作方法。本专利技术能够提高类器官成型芯片中培养池阵列的各培养池中留存的细胞初始数量的一致性，成型后的类器官具有良好的统一性。
[0005]为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：一种基于微流控技术的类器官
成型芯片，其中，包括底层流道和盖设于所述底层流道顶部的顶层盖板，所述底层流道上依次设有液流入口，与所述液流入口连通的培养池阵列，以及供通过所述培养池阵列后的液流排出的培养液出口，所述培养池阵列与所述底层流道的底面成一定夹角倾斜设置，所述培养池阵列靠近所述培养液出口的一端高于所述培养池阵列靠近所述液流入口的一端。类器官成型芯片水平放置时，培养池阵列倾斜设置可以让微组织块悬液中的微组织块沿着微组织块悬液流动的方向被阻拦依次填满各培养池，也即只有前面的培养池填满后，微组织块悬液中的微组织块才会去到后面的培养池中，这样可以保证培养池阵列的各培养池中留存的细胞初始数量的一致性。
[0006]进一步的，所述顶层盖板上与所述液流入口及培养液出口对应的位置均设有通孔。
[0007]进一步的，所述顶层盖板靠近所述底层流道的侧面上，在与所述培养池阵列对应的位置设有阶梯结构，所述阶梯结构的坡度与所述培养池阵列的倾斜度相适配，也即阶梯结构每一阶台阶的踏面与踢面交界处的连线与所述培养池阵列所在的倾斜平面平行。微组织块悬液在流过倾斜设置的培养池阵列时，会被各培养池位于液流流动方向上的后壁阻挡，微组织块悬液中的部分微组织块在阻挡作用下就会落入对应的培养池，同时由于阻挡租用微组织块悬液会在对应的培养池上方产生一个微湍流，这个微湍流极易将已经落入培养池的微组织块再次卷起，所以在培养池阵列上方设置一个阶梯结构，该阶梯结构能够在一定程度上破坏各培养池上方形成的微湍流，以避免已经落入培养池的微组织块再次被卷起。
[0008]进一步的，所述阶梯结构的每一阶台阶与所述培养池阵列在底层流道的液流流动方向上的每一排培养池一一对应，每一排培养池均位于所述阶梯结构相邻的两个踢面之间。
[0009]进一步的，所述阶梯结构的每一阶台阶的踏面不高于在底层流道的液流流动方向上紧邻在与该台阶对应的培养池后方的一排培养池的后壁最高点，所述培养池后方和后壁均是指靠近培养液出口相对位置较高的一端，如此，顺着液流流动方向，微组织块悬液必然会被位置较高的后壁阻拦，进而掉落到相应的培养池中。优选地，所述阶梯结构在底层流道的液流流动方向上紧邻在每一排培养池前方的踢面与该排培养池后壁之间的距离L1为培养池在底层流道的液流流动方向上的宽度L2的1.5～2.5倍，相邻两排培养池之间的距离L3为培养池在底层流道的液流流动方向上的宽度L2的2～4倍。满足上述这些条件的台阶结构才能在最大程度上将各培养池上方形成的微湍流破坏掉。
[0010]进一步的，所述培养池阵列的各培养池靠近所述培养液出口这一侧侧壁顶端均设有阻挡结构。阻挡结构可以允许微组织块悬液流过培养池阵列时速度更快，微组织块被阻挡结构阻挡，能够更精准的掉落在对应的培养池中。
[0011]进一步的，所述底层流道上在所述液流入口和培养池阵列之间沿液流流动方向依次设有初筛结构，以及用于承接通过所述初筛结构筛选后的液流的二次筛选结构，所述二次筛选结构上方设有使不能通过二次筛选结构筛选的液流流向所述培养池阵列的流道，所述底层流道上还设有供不能通过所述初筛结构筛选的液流排出的初筛液流出口，以及供通过所述二次筛选结构筛选后的液流排出的二次筛选液流出口，所述顶层盖板上与所述初筛液流出口及二次筛选液流出口对应的位置均设有通孔。由于在培养池阵列之前设置了初筛
结构和二次筛选结构，这就可以在微组织块悬液进入培养池阵列之前先进行两道筛选，去除大尺寸和小尺寸的微组织块，只留下大小适当的微组织块进入到培养池阵列，以达到最佳的培养效果；并且，初筛结构筛选出的大尺寸的微组织块可以通过初筛液流出口进行收集，然后再返回预处理进行二次处理，所以预处理酶解时，酶的浓度和单次处理时间都可以大大降低，最大程度的减少对细胞的伤害，维持细胞的活性，并且不会造成微组织块的浪费。
[0012]进一步的，所述初筛结构和二次筛选结构均与所述底层流道的底面成一定夹角倾斜设置，所述初筛结构和二次筛选结构的倾斜方向与所述培养池阵列的倾斜方向一致。初筛结构和二次筛选结构倾斜设置可以让不能通过它们的筛孔的微组织块更容易越过初筛结构和二次筛选结构，以免在它们前方堆积。
[0013]进一步的，所述初筛结构和二本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于微流控技术的类器官成型芯片，其特征在于，包括底层流道(1)和盖设于所述底层流道(1)顶部的顶层盖板(2)，所述底层流道(1)上依次设有液流入口(3)，与所述液流入口(3)连通的培养池阵列(4)，以及供通过所述培养池阵列(4)后的液流排出的培养液出口(5)，所述培养池阵列(4)与所述底层流道(1)的底面成一定夹角倾斜设置，所述培养池阵列(4)靠近所述培养液出口(5)的一端高于所述培养池阵列(4)靠近所述液流入口(3)的一端。2.根据权利要求1所述的基于微流控技术的类器官成型芯片，其特征在于，所述顶层盖板(2)上与所述液流入口(3)及培养液出口(5)对应的位置均设有通孔(6)。3.根据权利要求2所述的基于微流控技术的类器官成型芯片，其特征在于，所述顶层盖板(2)靠近所述底层流道(1)的侧面上，在与所述培养池阵列(4)对应的位置设有阶梯结构(7)，所述阶梯结构(7)的坡度与所述培养池阵列(4)的倾斜度相适配；和/或，所述阶梯结构(7)的每一阶台阶与所述培养池阵列(4)在底层流道(1)的液流流动方向上的每一排培养池(41)一一对应，每一排培养池(41)均位于所述阶梯结构(7)相邻的两个踢面之间。4.根据权利要求3所述的基于微流控技术的类器官成型芯片，其特征在于，所述阶梯结构(7)的每一阶台阶的踏面不高于在底层流道(1)的液流流动方向上紧邻在与该台阶正对的培养池(41)后方的一排培养池(41)的后壁最高点；优选地，所述阶梯结构(7)在底层流道(1)的液流流动方向上紧邻在每一排培养池(41)前方的踢面与该排培养池(41)后壁之间的距离L1为培养池(41)在底层流道(1)的液流流动方向上的宽度L2的1.5～2.5倍，相邻两排培养池(41)之间的距离L3为培养池(41)在底层流道(1)的液流流动方向上的宽度L2的2～4倍。5.根据权利要求4所述的基于微流控技术的类器官成型芯片，其特征在于，所述培养池阵列(4)的各培养池(41)靠近所述培养液出口(5)这一侧侧壁顶端均设有阻挡结构(42)。6.根据权利要求1至5任一所述的基于微流控技术的类器官成型芯片，其特征在于，所述底层流道(1)上在所述液流入口(3)和培养池阵列(4)之间沿液流流动方向依次设有初筛结构(8)，以及用于承接通过所述初筛结构(8)筛选后的液流的二次筛选结构(9)，所述二次筛选结构(9)上方设有使不能通过二次筛选结构(9)筛选的液流流向所述培养池阵列(4)的流道，所述底层流道(1)上还设有供不能通过所述初筛结构(8)筛选的液流排出的初筛液流出口(10)，以及供通过所述二次筛选结构(9)筛选后的液流排出的二次筛选液流出口(11)，所述顶层盖板(2)上与所述初筛液流出口(10)及二次筛选液流出口(11)对应的位置均设有通孔(6)。7.根据权利要求6所述的基于微流控技术的类器官成型芯片，其特征在于，所述初筛结构(8)和二次筛选结构(9)均与所述底层流道(1)的底面成一定夹角倾斜设置，所述初筛结构(8)和二次筛选结构(9)的倾斜方向与所述培养池阵列(4)的倾斜方向一致。8.根据权利要求7所述的基于微流控技术的类器官成型芯片，其特征在于，所述初筛结构(8)和二次筛选结构(9)均与所述底层流道(1)的底面成15
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夹角设置，所述底层流道(1)上与所述培养池阵列(4)对应的位置设有一个与所述底层流道(1)的底面成15
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【专利技术属性】
技术研发人员：刘利彪，邓坤学，袁玉宇，
申请(专利权)人：广州迈普再生医学科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：