一种气压刺激运动的器官芯片及细胞拉伸方法技术

本发明专利技术属于生物医学工程和微流控技术领域，具体公开一种气压刺激运动的器官芯片及细胞拉伸方法，器官芯片包括上流道层和下流道层，上流道层和下流道层之间设置有薄膜层，上流道层上设置有细胞通道，还设置有与细胞通道连通的导流孔，下流道层上设置有与气体通道连通的第四流道，第四流道与薄膜层接触，第四流道为首尾连接的凹槽结构；第四流道连通有气体通道，气体通道远离第四流道的一端连接有注射泵系统；本发明专利技术提供了一种能够在水平方向进行拉扯“运动”的气压刺激运动的器官芯片及细胞拉伸方法，使腔室中的细胞能够获得连续不断并且安全稳定的拉扯刺激。且安全稳定的拉扯刺激。且安全稳定的拉扯刺激。

【技术实现步骤摘要】
一种气压刺激运动的器官芯片及细胞拉伸方法


[0001]本专利技术属于生物医学工程和微流控
，具体涉及一种气压刺激运动的器官芯片及细胞拉伸方法。

技术介绍

[0002]适度运动对人身体产生有利影响，人的免疫系统也会得到增强。目前，人运动后对身体的宏观影响已经被证明，但微观的细胞变化却少有人探索。为了解决其中的一些问题并为临床前阶段提供替代工具，早期的“细胞培养类似物”明确设计用于在灌注有再循环组织培养基或“血液替代物”的相连腔室中培养动物细胞。在这些模型之后又出现了“心肺微型机器”将肺细胞培养模型与心脏装置相结合。
[0003]传统的二维细胞培养难以构建复杂的三维结构，尽管动物模型对生理学和疾病的理解以及新药的开发都做出了巨大贡献，但研究人员早就意识到动物研究和人类研究之间经常存在不一致，因此需要更具体的建模和测试平台人类反应。近年来，器官芯片作为一种在人体外对细胞进行三维培养以模拟人体内的器官功能的技术得到了蓬勃发展。器官芯片领域的急剧扩张是通过多种先前完全不同的技术的融合实现的，这些技术包括诱导多能干细胞和混合细胞培养能力、基因组编辑、3D打印、复杂的细胞传感器、微流体和微加工工程。近年来器官芯片在高通量药物筛选、药物吸收代谢、药物开发、人体循环系统、药物毒理学、人工仿生微环境、细胞间互作以及细胞与细胞外基质互作、新型体外培养平台等方面都发展迅速。
[0004]基于运动模式的器官芯片主要是电刺激，其基本结构主要包括中间为灌注有细胞水凝胶的组织腔室，在组织腔室的两侧加上电极，用于给腔室中心肌细胞提供电刺激。但这种结构仅仅用于心肌细胞的培养，对其他器官的细胞培养并不适用。而且人运动时，反应在细胞身上也不仅仅是电刺激能够做到的，其中压力刺激就是很重要的一种方式。但目前多数压力刺激的芯片是给芯片植入微型气泵，其操作、制备复杂，不易推广，且现存的压力刺激芯片多是对细胞进行垂直压迫的力，容易对细胞造成伤害。因此，需要一种新的、简单的策略来构建一个能够在水平方向拉扯“运动”的器官芯片，进而使腔室中的细胞能够获得连续不断并且安全稳定的拉扯刺激。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种能够在水平方向进行拉扯“运动”的气压刺激运动的器官芯片及细胞拉伸方法，使腔室中的细胞能够获得连续不断并且安全稳定的拉扯刺激。
[0006]基于上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种气压刺激运动的器官芯片，包括上流道层和下流道层，上流道层和下流道层之间设置有薄膜层，上流道层上设置有细胞通道，还设置有与细胞通道连通的导流孔，下流道层上设置有第四流道，第四流道与薄膜层接触，第四流道为首尾连接的闭合凹槽结构；在气压刺激运动的器官芯片中开设有与第四流道连通的气体通道，气体通道远离第四流道的
一端连接有注射泵系统。
[0007]进一步的，薄膜层和下流道层之间贴合并密封连接，第四流道和薄膜层均为弹性材料制成。
[0008]进一步的，气体通道包括在下流道层上开设的储气槽，储气槽的一端与第四流道连通，另一端与气压刺激运动的器官芯片的外部连通。
[0009]进一步的，气体通道包括在下流道层上开设的第三流道，第三流道的一端与储气槽连通，另一端与第四流道连通。
[0010]进一步的，气体通道包括在薄膜层和上流道层上开设的通气孔，通气孔与储气槽连通。
[0011]进一步的，上流道层上设置有细胞通道，细胞通道为凹槽结构，细胞通道与薄膜层接触，第四流道在上流道层上的正投影位于细胞通道内。
[0012]进一步的，上流道层上开设有第一流道和第二流道，第一流道和第二流道分别与第四流道的两端连接；上流道层上还开设有第一导流孔和第二导流孔，第一导流孔的一端与第一流道连通，另一端与气压刺激运动的器官芯片外部连通，第二导流孔的一端与第二流道连通，另一端与气压刺激运动的器官芯片外部连通；第一导流孔和第二导流孔裸露于气压刺激运动的器官芯片的外表面。
[0013]进一步的，第三流道与第四流道的横截面的宽度一致；第三流道与第四流道连接处为圆角；储气槽与第三流道以及第四流道的深度一致。
[0014]进一步的，上流道层和下流道层的厚度为1~3mm；薄膜层的厚度为0.05~0.1mm。
[0015]进一步的，薄膜层为PDMS材质。
[0016]进一步的，储气槽的直径大于100μm，小于2mm。
[0017]进一步的，第一导流孔设置有至少两个，第二导流孔设置有至少两个。
[0018]进一步的，细胞通道的宽度与第四流道的宽度比值为1:0.02～1:0.1；细胞通道的宽度与第四流道组成的闭合凹槽的宽度比值为1:0.5～1:0.8。
[0019]上述的气压刺激运动的器官芯片的制备方法，包括以下步骤，步骤1，绘制器官芯片的微通道结构，利用刻蚀设备制备掩膜版。
[0020]步骤2，使用掩膜版制作硅片模具。
[0021]步骤3，取聚二甲基硅氧烷预聚物和固化剂以10:1的质量比均匀混合，而后倒入装有硅片模具的培养皿中，真空脱气，加热固化，待自然冷却后将聚二甲基硅氧烷预聚物和固化剂从硅片模板上剥离，获得上流道层和下流道层；使用打孔器在上流道层上打出第一导流孔、第二导流孔和上层定位槽，在下流道层上打出与上层定位槽对应的下层定位槽。
[0022]步骤4，取聚二甲基硅氧烷预聚物和固化剂以10:1的质量比均匀混合，真空脱气后倒在培养皿上，使培养皿底面朝上，通过旋涂、烘干后，获得厚度为50
‑
100μm的薄膜层。
[0023]步骤5，将上流道层与薄膜层一同置于等离子处理仪中100s，处理完毕后取出并在10s内将上流道层与薄膜层键合，而后打出通气孔，再将上流道层和薄膜层与下流道层一同置于等离子处理仪中100s，取出后将上流道层和薄膜层与下流道层进行键合，最后放入热板中烘干固化。
[0024]一种使用上述气压刺激运动的器官芯片的细胞拉伸方法，包括以下步骤，步骤1，使用纤连蛋白修饰灭菌完毕的细胞通道，然后通过将细胞悬液注入细胞通
道中，再将气压刺激运动的器官芯片放入细胞培养箱中，细胞紧贴薄膜层生长，最后使用培养液灌流细胞通道；步骤2，启动注射泵系统连续抽气、充气，第四流道进行连续伸缩，第四流道伸缩带动薄膜层与其一同伸缩，薄膜层在横向和纵向对细胞进行连续拉扯刺激；步骤3，观测薄膜层上的细胞。
[0025]进一步的，在步骤3中，选取第四流道围成区域的中心位置对应的薄膜层上的细胞进行观测。
[0026]进一步的，在步骤1中，细胞悬液为人心脏心肌细胞的细胞悬液或人脐静脉内皮细胞和人体成纤维细胞混合的细胞悬液中的一种。
[0027]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：本专利技术采用合适的流量和流速通过气体通道向第四流道内进行连续的抽气和充气，使第四流道产生弹性形变进而带动薄膜层与第四流道一同产生形变；将第四流道设置为首尾连接的结构，使第四流道组成的闭合区域的中心位置对薄膜层仅产生平行于薄膜层的拉力，避免产生垂直薄膜层的压力，使薄膜层本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种气压刺激运动的器官芯片，包括上流道层和下流道层，上流道层和下流道层之间设置有薄膜层，上流道层上设置有细胞通道，还设置有与细胞通道连通的导流孔，其特征在于，下流道层上设置有与气体通道连通的第四流道，所述第四流道与薄膜层接触，所述第四流道为首尾连接的凹槽结构，使第四流道组成的闭合区域的中心位置对薄膜层仅产生平行于薄膜层的拉力，避免产生垂直薄膜层的压力；所述第四流道连通有气体通道，所述气体通道远离第四流道的一端连接有注射泵系统。2.如权利要求1所述的气压刺激运动的器官芯片，其特征在于，薄膜层和下流道层之间贴合并密封连接，所述第四流道和薄膜层均为弹性材料制成。3.如权利要求2所述的气压刺激运动的器官芯片，其特征在于，所述气体通道包括在下流道层上开设的储气槽，所述储气槽的一端与第四流道连通，另一端与外部连通。4.如权利要求3所述的气压刺激运动的器官芯片，其特征在于，所述气体通道包括在下流道层上开设的第三流道，所述第三流道的一端与储气槽连通，另一端与第四流道连通。5.如权利要求3或4所述的气压刺激运动的器官芯片，其特征在于，所述气体通道包括在薄膜层和上流道层上开设的通气孔，所述通气孔与储气槽连通。6.如权利要求5所述的气压刺激运动的器官芯片，其特征在于，上流道层上设置有细胞通道，所述细...

【专利技术属性】
技术研发人员：岳涛，尹红泽，杨卉颖，刘娜，王越，钟宋义，张泉，李龙，李恒宇，谢少荣，
申请(专利权)人：上海大学，
类型：发明
国别省市：