【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及生物微流控，特别是涉及一种多器官芯片、制备方法及使用方法。
技术介绍
1、器官芯片是基于微流控芯片技术和3d细胞培养技术在体外构建人体器官模型的仿生芯片。目前的研究热点已经从单器官芯片研制和应用转向多器官芯片研制和应用。
2、多器官芯片通过通道将多个器官芯片或多个相互独立的器官培养腔串连起来。用泵驱动通道中的培养基流动，模拟血流环境，实现血液和器官、器官和器官之间的物质交换。液流流过器官培养腔时，为了提高仿真度，会构建血管-器官屏障结构，常常采用“三明治结构”(ronaldson-bouchard,k.,et al.,amulti-organ chip with matured tissueniches linkedby vascular flow.nat biomed eng,2022.6(4):p.351-371)，即上下模式，上方为开放培养腔(培养孔)，中间一层为培养血管内皮细胞的多孔膜，下方为流体通道。这种结构不利于显微成像；1)难以分辨多孔膜两侧的细胞；2)多孔膜上方培养的细胞/器官难以实现原位高分辨成像；3)难以实时观察纳米药物、免疫细胞、循环肿瘤细胞穿越屏障的行为。
3、在通道中构建水凝胶“墙”已有报道。mimetas公司的芯片含有几个平行的封闭通道，其中一条为水凝胶(i型鼠尾胶原)灌注通道，该通道与两侧平行通道是相通的，但底部有凸起的“相引导”结构限定水凝胶不向侧方通道溢出。通过自发毛细进样实现水凝胶的灌注。这种屏障有两个缺点：凸起的“相引导”结构对屏障两侧的物质交流有一定影
技术实现思路
1、鉴于以上所述现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种便于与自动化移液集成、便于显微观察和成像分析、能够构建更加仿生的血管-器官屏障的多器官芯片。
2、为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术第一方面提供一种多器官芯片，所述芯片基体中设有培养孔和灌流通道；所述培养孔至少为两个，上方敞口，不同培养孔中用于培养不同的细胞团或类器官，从而模拟不同器官；所述灌流通道为两端开口的封闭管道，用于培养基流通，模拟体内的血液流动；所述灌流通道与各个培养孔侧壁底部设有贯通间隙，所述贯通间隙内构建有水凝胶屏障，用于培养血管内皮细胞形成血管内皮屏障及毛细血管网。
3、在本专利技术的一些实施例中，所述灌流通道环绕每个培养孔蜿蜒排布。
4、在本专利技术的一些实施例中，所述芯片基体设有与灌流通道连通的灌流通道入口和灌流通道出口。
5、在本专利技术的一些实施例中，所述水凝胶屏障的构建原料为用于细胞培养的生物水凝胶；优选地，所述生物水凝胶包括天然水凝胶或工程化活性水凝胶。
6、在本专利技术的一些实施例中，所述芯片基体中设有分别与各个培养孔对应的水凝胶通道，所述芯片基体设有分别与各个所述水凝胶通道连通的水凝胶通道入口，用于灌注水凝胶并构建水凝胶屏障。
7、在本专利技术的一些实施例中，所述水凝胶通道的上表面接触角θtop，下表面接触角θbot，宽度w和高度h须满足如下条件：
8、
9、在本专利技术的一些实施例中，所述培养孔的高度大于所述灌流通道的高度；和/或，所述灌流通道的高度大于所述水凝胶通道的高度。
10、在本专利技术的一些实施例中，所述多器官芯片还包括底片，所述芯片基体和底片通过等离子处理键合。
11、本专利技术第二方面提供一种上述的多器官芯片的制备方法，包括以下步骤：
12、1)制备具有微结构的模具；
13、2)pdms倒模得到微流控结构，打出通孔，得到芯片基体；
14、3)芯片基体和底片键合；
15、4)构建水凝胶屏障，得到多器官芯片。
16、在本专利技术的一些实施例中，步骤4)中，构建水凝胶屏障的方法为自发毛细进样法，包括以下步骤：在基体与底片键合后，立即向水凝胶通道入口滴加水凝胶溶液，靠毛细力自发驱动完成水凝胶溶液进样，固化，形成水凝胶屏障。
17、在本专利技术的一些实施例中，步骤4)中，构建水凝胶屏障的方法为固液面吸附法，包括以下步骤：s1、在芯片基体与底片键合后，立即将水凝胶溶液从灌流通道入口施压注入，控制进样速度，使得水凝胶溶液只填充灌流通道和水凝胶通道而不进入培养孔；s2、抽出灌流通道中的水凝胶溶液，而水凝胶通道中的水凝胶溶液由于表面张力的作用而保留，固化，形成水凝胶屏障。
18、本专利技术第三方面提供上述的多器官芯片的使用方法，包括以下步骤：
19、(1)向多器官芯片的灌流通道内注入血管内皮细胞；
20、(2)向多器官芯片的培养孔内加入细胞团或类器官及其特异的培养基进行培养；
21、(3)将多器官芯片的灌流通道和外部驱动泵相连，实现灌流溶液的循环灌流。
22、本专利技术提供的多器官芯片与现有技术相比，具有以下有益效果：
23、1、从芯片设计方面，1)本专利技术开放的培养孔便于与自动化移液集成，方便培养孔的加样、取样操作；2)不同于现有技术中血管与器官采用上下模式设置，通过多孔膜上下隔开，本专利技术中血管与器官采用平行模式设置，通过血管-器官屏障结构隔开，便于显微成像，屏障两侧的细胞都易分辨，能高分辨成像，可以实时观察纳米药物、免疫细胞、循环肿瘤细胞穿越屏障的行为；3)本专利技术中血管-器官屏障采用水凝胶材料构建，利于物质交流，优秀的生物相容性利于细胞生长，胶原本来就是血管外基质的重要组成成分，而且水凝胶中方便混入细胞因子和血管内皮细胞，在水凝胶中诱导分化形成毛细血管网。
24、2、从水凝胶屏障构建方面，本专利技术基于同种芯片结构设计，提出两种水凝胶进样方法。两种方法操作简单，而且能够实现水凝胶的准确定位，在微流控通道中形成水凝胶“墙”。水凝胶从芯片上方开孔进样，无需设置相引导结构，通过自发毛细进样或固液面吸附法即可实现，可以通过控制进样量和进样速度利用自动化移液装置完成进样，与人工手动进样相比，操作简单，准确性高，有利于产业化生产和应用。
25、3、本专利技术提供的多器官芯片结构和在微流控通道中形成水凝胶“墙”的方法，有望在多器官芯片构建更加仿生的血管-器官屏障，从而帮助构建更加逼真的体外生理、病理模型，服务于新药筛选、生理病理研究、精确医疗等领域。
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1.一种多器官芯片，其特征在于，包括芯片基体，所述芯片基体中设有培养孔和灌流通道；所述培养孔至少为两个，上方敞口，不同培养孔用于培养不同的细胞团或类器官，从而模拟不同器官；所述灌流通道为两端开口的封闭管道，用于培养基流通，模拟体内的血液流动；所述灌流通道与各个培养孔侧壁底部设有贯通间隙，所述贯通间隙内构建有水凝胶屏障，用于培养血管内皮细胞形成血管内皮屏障及毛细血管网。
2.如权利要求1所述的多器官芯片，其特征在于，包括以下特征中的一项或几项：
3.如权利要求2所述的多器官芯片，其特征在于，所述水凝胶通道包括与水凝胶通道入口连接的导入段、与对应所述培养孔侧壁底部的贯通间隙重合的功能段；和/或，所述天然水凝胶选自I型鼠尾胶原或所述工程化活性水凝胶选自甲基丙烯酰化明胶。
4.如权利要求2或3所述的多器官芯片，其特征在于，所述水凝胶通道的上表面接触角θtop，下表面接触角θbot，宽度w和高度h须满足如下条件：
5.如权利要求1所述的多器官芯片，其特征在于，所述多器官芯片还包括底片，所述芯片基体和底片通过等离子处理键合。
6.一
7.如权利要求6所述的制备方法，其特征在于，包括以下特征中的一项或几项：
8.如权利要求6所述的制备方法，其特征在于，包括以下特征中的任一项：
9.如权利要求8所述的制备方法，其特征在于，包括以下特征中的一项或几项：
10.一种如权利要求1～5任一项所述的多器官芯片或如权利要求6～9任一项所述的制备方法所得的多器官芯片的使用方法，其特征在于，包括如下步骤：
11.如权利要求10所述的使用方法，其特征在于，包括以下特征中的一项或几项：
...【技术特征摘要】
1.一种多器官芯片，其特征在于，包括芯片基体，所述芯片基体中设有培养孔和灌流通道；所述培养孔至少为两个，上方敞口，不同培养孔用于培养不同的细胞团或类器官，从而模拟不同器官；所述灌流通道为两端开口的封闭管道，用于培养基流通，模拟体内的血液流动；所述灌流通道与各个培养孔侧壁底部设有贯通间隙，所述贯通间隙内构建有水凝胶屏障，用于培养血管内皮细胞形成血管内皮屏障及毛细血管网。
2.如权利要求1所述的多器官芯片，其特征在于，包括以下特征中的一项或几项：
3.如权利要求2所述的多器官芯片，其特征在于，所述水凝胶通道包括与水凝胶通道入口连接的导入段、与对应所述培养孔侧壁底部的贯通间隙重合的功能段；和/或，所述天然水凝胶选自i型鼠尾胶原或所述工程化活性水凝胶选自甲基丙烯酰化明胶。
4.如权利要求2或3所述的多器官芯片，其特征在于，所述水凝胶通道的上表...
【专利技术属性】
技术研发人员：吴蕾，彭熙堯，葛玉卿，李秋实，赵建龙，
申请(专利权)人：上海前瞻创新研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：
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