一种用于多细胞共培养的微流控芯片及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种用于多细胞共培养的微流控芯片及其制备方法，所述微流控芯片包括膜上细胞培养层、多孔膜以及膜下细胞培养层；细胞培养层可设置多个细胞培养通道，细胞培养通道包括细胞培养腔以及分别与所述细胞培养腔相连的灌注通道、流出通道以及细胞注入口。本发明专利技术的微流控芯片实现了多细胞共培养，可以用于研究药物对不同器官、组织的影响以及相互之间的作用。间的作用。间的作用。

【技术实现步骤摘要】
一种用于多细胞共培养的微流控芯片及其制备方法


[0001]本专利技术属于细胞工程、仿生器官工程领域，具体涉及一种应用于多种细胞同时培养的微流控芯片。

技术介绍

[0002]为了更好的揭示药物和疾病之间的关系，人们通过不同的模型发现疾病的发病机制以及药物的作用。目前最常用的模拟人体的系统是哺乳动物模型和细胞模型，其中动物模型为在体模型，实际应用时存在实验周期长、人工量大、高成本及伦理问题，而且无法进行高通量分析，从而限制了其的使用。此外，由于在体实验干扰因素众多，难以准确的分析某一因素对疾病发生的影响，从而增加了对药物反应的预测难度。传统的细胞模型多是基于静态细胞培养技术建立的，培养的细胞是处于静态微环境之中，无法模拟体内的动态环境与器官间的相互影响，因此难以实现人体器官之间交互动力学的实时观察，导致利用其获得的相应结果存在准确性不足的问题。
[0003]肾脏是维持机体内环境稳定的重要器官，具有过滤、分泌和再吸收能力，因此对药物毒性非常敏感。药物诱导的肾毒性仍然是药物临床需要攻克的一个主要问题，肾毒性导致2％和19％的候选新药在临床前试验和III期临床试验中失败，明显增加了制药工业中药物开发的成本。药物在体内的吸收对准确评价药物肾毒性具有重要意义。口服给药是最方便的给药方式，该给药方式下药物在胃肠道内被吸收。然而目前主要采用的体外模型在用于药物评价时专注于药物本身，即临床前试验不涉及药物吸收，导致许多药物在开发至临床试验阶段才相应检测到肾毒性。
[0004]微流控管腔系统是再现管状器官解剖和生理的微尺度模型。利用微流控技术构建的器官芯片通过在体外创造物理微环境来显示重新排列的细胞骨架、增强的细胞连接以及细胞功能，从而可以模拟人类病理生理、预测药物反应，在药物开发中具有一定的应用价值。目前利用微流控芯片建立的模拟系统，要么针对单一器官或组织的细胞(例如中国专利CN111718853A)，要么利用芯片结构对不同器官或组织的细胞进行了阻隔(例如中国专利CN108300660A)。因此这些芯片复杂多样的结构设计并未切实有效的用于模拟跨系统、多器官之间的交互作用。中国专利CN112760225A公开了一种利用上下叠放的Transwell小室与细胞培养板进行牛胚胎细胞早期着床能力评估的培养体系，其在小室底部的多孔结构上布置了模拟子宫内膜细胞基质的材料以封闭孔洞，在小室下方的培养孔内培养层叠的子宫内膜细胞，并与小室内的胚胎细胞互通培养体系，尽管该专利为胚胎着床提供了仿生环境(包括可供降解的子宫内膜细胞基质)，但是Transwell培养体系一般为静态，无法模拟体内流体的动态环境对机体功能的影响。
[0005]面对目前由于药物吸收在肾毒性评估中的作用不被重视，致使药物的肾毒性风险在临床前实验中经常被低估的问题，迫切需要开发一种既能够反映药物吸收，又能够较为准确的预测其肾毒性的体外模型，从而更好地推动药物的开发。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种用于多细胞共培养的微流控芯片及其制备方法，该微流控芯片作为具有微量、高通量、低污染且可同时对多种细胞进行原位操作的细胞共培养装置，可以应用于构建药物肾毒性早期预测模型。
[0007]为达到上述目的，本专利技术采用了以下技术方案：
[0008]一种用于多细胞共培养的微流控芯片，该微流控芯片包括若干个微器件，所述微器件包括上层灌注入口、上层灌注出口、下层灌注入口、下层灌注出口、上层细胞注入口、下层细胞注入口、中央细胞培养通道、上层通道和下层通道；中央细胞培养通道内设置有多孔膜隔层，上层通道包括分别与上层灌注入口、上层灌注出口连接，并位于中央细胞培养通道外侧的上层灌注进样口、上层灌注出样口以及分别连接在上层灌注进样口、上层灌注出样口与多孔膜隔层之上的中央细胞培养通道内部空间之间的连续通道结构，上层细胞注入口与该内部空间相连，下层通道包括分别与下层灌注入口、下层灌注出口连接，并位于中央细胞培养通道外侧的下层灌注进样口、下层灌注出样口以及分别连接在下层灌注进样口、下层灌注出样口与多孔膜隔层之下的中央细胞培养通道内部空间之间的连续通道结构，下层细胞注入口与该内部空间相连。
[0009]优选的，所述微流控芯片的微器件是采用多层聚二甲基硅烷(PDMS)基片组装而成。
[0010]优选的，所述中央细胞培养通道包括设置在由聚二甲基硅烷(PDMS)制成的多孔膜两侧的位置相对的膜上细胞培养腔室和膜下细胞培养腔室，膜上细胞培养腔室为叠加在该多孔膜上侧的第一层聚二甲基硅烷(PDMS)基片的上下贯通空腔状基片加工结构，膜下细胞培养腔室为叠加在该多孔膜下侧的第一层聚二甲基硅烷(PDMS)基片的下凹空腔状基片加工结构(即加工于基片顶部)，膜上细胞培养腔室与膜下细胞培养腔室通过所述多孔膜的对应位置区域的膜孔相连通。
[0011]优选的，所述中央细胞培养通道还包括设置在膜上细胞培养腔室上的培养腔室盖，培养腔室盖为叠加在所述多孔膜上侧的第二层聚二甲基硅烷(PDMS)基片的上凹空腔状基片加工结构(即加工于基片底部)，上层细胞注入口为设置在培养腔室盖上的开放式腔室(即上层细胞注入口位于中央细胞培养通道上端，并分别与外界及膜上细胞培养腔室连通)。
[0012]优选的，所述上层通道的连续通道结构由所述多孔膜上侧的第一层聚二甲基硅烷(PDMS)基片的槽状基片加工结构与所述多孔膜上侧的第二层聚二甲基硅烷(PDMS)基片围拢而成；下层通道的连续通道结构由所述多孔膜下侧的第一层聚二甲基硅烷(PDMS)基片的槽状基片加工结构与所述多孔膜围拢而成。
[0013]优选的，所述聚二甲基硅烷(PDMS)基片是采用带有图案化结构(与反向通道设计对应)的模板(简称图案化模板)加工而成。
[0014]优选的，所述连续通道结构的长度为30
‑
50mm，宽度为100
‑
2000μm，高度为100
‑
400μm(小于其所连接的对应基片的腔体结构的高度，以减少灌注对细胞活动的影响)。
[0015]优选的，所述上凹空腔状基片加工结构位于所述多孔膜上侧的第二层聚二甲基硅烷(PDMS)基片中心长度为5
‑
20mm、宽度为1
‑
10mm的区域内，上凹空腔状基片加工结构的腔体高度为100
‑
1000μm。
[0016]优选的，所述上层细胞注入口为直径0.5
‑
5mm的圆柱形。
[0017]优选的，所述多孔膜的膜孔为直径5
‑
10μm、高度400
‑
600μm的圆柱形，相邻膜孔的间距为20
‑
50μm(在平铺细胞后，可以有效模拟不同器官、组织间的互作)。
[0018]优选的，所述微流控芯片还包括设置在多孔膜隔层表面上的细胞外基质(具有孔隙结构)涂层。该涂层为细胞的生长提供了合适的基质，当细胞长成紧密连接的单层后，上层的细胞代谢物会通过该涂层及多孔膜到达下层的腔室。
[0019]优选的，所述微本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于多细胞共培养的微流控芯片，其特征在于：该微流控芯片包括若干个微器件，所述微器件包括上层灌注入口(1)、上层灌注出口(3)、下层灌注入口(2)、下层灌注出口(4)、上层细胞注入口(5)、下层细胞注入口(24)、中央细胞培养通道、上层通道和下层通道；中央细胞培养通道内设置有多孔膜隔层，上层通道包括分别与上层灌注入口(1)、上层灌注出口(3)连接，并位于中央细胞培养通道外侧的上层灌注进样口、上层灌注出样口以及分别连接在上层灌注进样口、上层灌注出样口与多孔膜隔层之上的中央细胞培养通道内部空间之间的连续通道结构，上层细胞注入口(5)与该内部空间相连，下层通道包括分别与下层灌注入口(2)、下层灌注出口(4)连接，并位于中央细胞培养通道外侧的下层灌注进样口、下层灌注出样口以及分别连接在下层灌注进样口、下层灌注出样口与多孔膜隔层之下的中央细胞培养通道内部空间之间的连续通道结构，下层细胞注入口(24)与该内部空间相连。2.根据权利要求1所述一种用于多细胞共培养的微流控芯片，其特征在于：所述微流控芯片的微器件采用多层聚二甲基硅烷基片组装而成。3.根据权利要求1或2所述一种用于多细胞共培养的微流控芯片，其特征在于：所述中央细胞培养通道包括设置在由聚二甲基硅烷制成的多孔膜(13)两侧的位置相对的膜上细胞培养腔室(11)和膜下细胞培养腔室(14)，膜上细胞培养腔室(11)为叠加在该多孔膜(13)上侧的第一层聚二甲基硅烷基片的上下贯通空腔状基片加工结构，膜下细胞培养腔室(14)为叠加在该多孔膜(13)下侧的第一层聚二甲基硅烷基片的下凹空腔状基片加工结构，膜上细胞培养腔室(11)与膜下细胞培养腔室(14)通过所述多孔膜(13)的对应位置区域的膜孔(23)相连通。4.根据权利要求3所述一种用于多细胞共培养的微流控芯片，其特征在于：所述中央细胞培养通道还包括设...

【专利技术属性】
技术研发人员：龚频，陈剑，姚文博，陈福欣，杨文娟，
申请(专利权)人：陕西科技大学，
类型：发明
国别省市：