可形成气-液界面的共培养微流控芯片气体暴露装置制造方法及图纸

一种可形成气

【技术实现步骤摘要】
可形成气
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液界面的共培养微流控芯片气体暴露装置


[0001]本技术提供一种共培养微流控芯片气体暴露装置，特别涉及一种可形成气
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液界面的微流控装置，属于生物、分析化学


技术介绍

[0002]组织工程、仿生器官、细胞三维培养等诸多领域的研究均涉及体外气
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液界面的构建，气
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液界面存在于人体的多种器官和组织，例如呼吸系统器官、消化系统器官及皮肤等。从体外仿生角度来看，气
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液界面概括了许多组织和器官的主要功能，例如口腔、食道、气管、肺、肠道和皮肤等，因此体外气
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液界面的建立始终是以上组织或器官仿生的重点和难点。在气
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液界面建立的基础上通过引入不同类型的细胞和不同的物理刺激因素(如，机械循环力、流体剪应力等)等仿生因素进行加和，使体外仿生器官具备对体内生理微环境极大的还原能力。
[0003]生物学效应与化学浓度梯度依赖关系是生物学、医学、药学等科研实验中最基本和最常用的操作之一，液体浓度梯度的建立已有极为成熟的方法并得到广泛应用，对于诸多气体成分尤其是气体环境污染物如厨房油烟气、工厂废气、汽车尾气及卷烟烟气的研究通常是将他们收集于玻璃纤维滤片，并溶解于液体中配置成一定浓度的溶液，再经进一步稀释制成具有浓度梯度的溶液。这样的研究方式在生物学中是极为普遍的，但气体成分在捕集、溶解、配置和稀释的过程中会损失相当一部分的气相成分，这无疑会导致实验数据产生偏颇甚至是错误，因此，最为理想的对生物学效应与气体浓度梯度的研究是直接使用气体污染物进行气体形式的暴露，同时需要指出的是在体外对培养细胞进行气体暴露的前提即是气
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液界面的建立。
[0004]微流控芯片技术具有分析效率高、定量准确、重现性高、试剂消耗量少等优点，近年来，随着微流控芯片技术受到越来越多的关注，基于微流控技术的浓度梯度发生装置已在药物活性筛选、细胞和微生物培养、组织器官仿生、微量物质检测、气体污染物风险评估等领域得到广泛应用。相比于传统的手动配制浓度，基于微流控技术的浓度梯度发生装置具有极大的优势。根据应用的需求预先设计，微流控浓度梯度发生装置可实现对流体(气体、液体)的精确控制，其原理在于不同浓度或不同成分的流体在浓度梯度发生装置内部通道网络中相遇、混合并分离，通过扩散效应最终形成浓度梯度，可形成等比、等差、指数比或任意预期的浓度梯度，其产生的时间和空间瞬时梯度精确、可控、易于定量且重现性好，可帮助研究者更好的开展科研实验。
[0005]中国专利也公开了一些涉及微流控芯片的技术，其结构、组成、特性、功能各有不同。本案申请人前期曾申请了专利技术名称为《一种可实现气溶胶和液体两维度暴露的微型芯片装置》(ZL202220927432.7),该装置包括上层芯片、中间层多孔薄膜、下层芯片以及底层基板，由于下层芯片四条液体通道入口、出口设置方式以及上、下层芯片通道相互垂直所带来的局限性，无法同时进行不同细胞间的试验测试也无法对每个浓度气溶胶暴露对细胞分泌物的影响进行分析，已不能满足更为复杂和深入的研究试验内容，亟需进行结构、设置方
面的改进。
[0006]在仿生芯片中，针对气体暴露通常采用的策略是单次实验暴露单一浓度的气体，这种较低测试通量的芯片装置必然增加整体的实验负担。同时，多数针对存在气
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液界面的组织或器官的仿生芯片通常也仅是在液体层面进行仿生，物理环境仿生的缺失造成了对生理病理环境仿生的还原度降低。此外，多数仿生芯片使用单一的细胞类型对组织或器官进行仿生，如此得出的实验结论往往与体内实验相差甚远。因此，急需开发一种可供实验室使用的在气
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液界面形成气体浓度梯度的气体暴露装置，将气体浓度梯度发生单元集成于芯片装置即可在一次实验中得到气体浓度梯度与生物学效应之间的依赖关系，同时多种类型细胞的引入有助于增加仿生芯片的环境复杂度，提升对体内生理微环境的仿生能力。

技术实现思路

[0007]本技术的目的正是基于上述现有技术状况而提供的的一种可形成气
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液界面的共培养微流控芯片气体暴露装置，其设计机理在于：在建立气
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液界面的同时，形成气体浓度梯度可增加单次实验测试通量；芯片气体层及液体层被多孔薄膜分隔开，这允许在多孔薄膜两侧建立不同细胞的共培养；液体通道彼此之间相互独立，这允许向不同通道内引入不同类型的细胞；液体通道与气体通道相平行，这允许收集每个烟气浓度对应的液体通道的培养基流出液进行进一步检测分析，这无疑大大增加了该装置的实用性，扩大了应用范围，极大的提升了科研实验的效率。
[0008]本技术的目的是通过以下技术方案来实现的：
[0009]一种可形成气
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液界面的共培养微流控芯片气体暴露装置，包括由上至下依次叠合在一起的上层芯片、多孔薄膜、下层芯片及底层基板，上层芯片中设有呈平行分布的四条气体通道，下层芯片中设有呈平行分布的四条液体通道，其中：上、下层芯片中的气体通道与液体通道呈上下平行对应设置，上层芯片中的四条通道两端分别设有两个相互连通的气体入口和两个相互连通的气体出口，下层芯片中的四条液体通道两端各设有独立的液体入口和液体出口。
[0010]所述上层芯片中的气体通道深度为800
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1500μm，优选800μm。
[0011]所述下层芯片中的液体通道深度为50
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150μm(优选100μm)，且通道内设置多个椭圆形区域的细胞培养室。
[0012]所述气体通道气体入口和气体出口之间的距离小于液体通道液体入口和液体出口之间的距离，以便于工艺组装。
[0013]所述下层芯片中四个液体入口和四个液体出口均呈弧形分布，便于导管接入及后续实验的开展。
[0014]本技术的可形成气
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液界面的共培养微流控芯片气体暴露装置可应用于以下情形：
[0015](1)四条液体通道相互独立，可用于分别通入同一类型或不同类型的细胞以构建相同或不同的生理环境。
[0016](2)四条相互独立的液体通道分别拥有单独的液体入口和液体出口，可用于对每条液体通道的流出液进行分别收集并检测生物活性成分，包括炎症因子、乳酸脱氢酶、超氧化物歧化酶。
[0017](3)在上层芯片气体通道内培养人肺上皮细胞，在下层芯片四条液体通道内分别不培养细胞(即空白)、培养人血管内皮细胞、人巨噬细胞、人成纤维细胞，气体通道内通入卷烟烟气，可由此比较不同类型细胞共培养时在在卷烟烟气暴露中的协同或拮抗效应。
[0018](4)在上层芯片气体通道内培养人肺上皮细胞，在下层芯片四条液体通道内均培养人血管内皮细胞，并在气体通道内形成卷烟烟气的浓度梯度，由此比较人肺上皮细胞与人血管内皮细胞共培养时对不同卷烟烟气浓度的生物学效应。
[0019]本技术的技术方案进一步说明如下：
[0020]本技术本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种可形成气
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液界面的共培养微流控芯片气体暴露装置，包括由上至下依次贴合在一起的上层芯片、多孔薄膜、下层芯片及底层基板，上层芯片中设有呈平行分布的四条气体通道，下层芯片中设有呈平行分布的四条液体通道，其特征在于：上、下层芯片中的气体通道与液体通道呈上下平行对应设置，上层芯片中的四条通道两端分别设有两个相互连通的气体入口和两个相互连通的气体出口，下层芯片中的四条液体通道两端各设有独立的液体入口和液体出口。2.根据权利要求1所述的可形成气
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液界面的共培养微流控芯片气体暴露装置，其特征在于：上层芯片中的气体通道深度为800
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1500μm。3.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：李翔，冯博洋，谢复炜，李泽之，薛靖贤，华辰凤，尚平平，赵俊伟，刘克建，张晓兵，聂聪，刘惠民，
申请(专利权)人：中国烟草总公司郑州烟草研究院，
类型：新型
国别省市：