【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及细胞工程、仿生器官工程领域，具体涉及一种用于细胞三维共培养的微流控仿生芯片及其应用。
技术介绍
1、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，动物模型为体内模型，实际应用时存在实验周期长、人工量大、高成本和无法进行高通量分析的缺陷。并且由于体内实验干扰因素众多，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。
2、细胞培养是生命科学中多种研究的基础实验手段，长期以来为多个领域的生物学研究做出了巨大的贡献。20世纪80年代后期，人们在细胞培养技术的基础上发展出了细胞共培养技术(co-culture system)。细胞共培养又称为复合培养或混合培养，是指将两种或两种以上细胞放在同一培养系统中培养。与单层细胞培养技术相比，细胞共培养技术能弥补单层细胞培养的缺陷，有利于构建更接近人体状态的体外生理或病理模型。通过共培养细胞建立的细胞共培养体系可以最大程度的模拟体内环境，更好的观察细胞与细胞，细胞与环境之间的相互作用。
3、细胞共培养技术主要分为两种类型，直接共培养和间接共培养。如中国专利技术专利申请cn 107083364a公开了一种transwell小室中caco-2和huvec细胞共培养体系的构建方法。该共培养体系可同时研究药物的吸收代谢和生理活性，模
技术实现思路
1、为了解决上述问题，本专利技术提出一种用于细胞三维共培养的微流控仿生芯片及其应用。通过设计三层器官芯片，利用注射泵实现微流控细胞培养，将微流控技术和细胞生物学相结合可用来建立多种体外模型，如宿主-微生物模型、肠道疾病模型、营养消化模型、药物代谢模型、肿瘤-血管体外模型、肝脏疾病模型、肾脏代谢药物体外模型等多种机体细胞共培养体外模型。
2、为了实现上述目的，本专利技术的实施例在第一方面提出了一种用于细胞三维共培养的微流控仿生芯片，所述微流控仿生芯片包括由上至下叠置的第一夹具层、第一细胞培养层、第二细胞培养层、第三细胞培养层和第二夹具层；
3、所述第一细胞培养层、所述第二细胞培养层和所述第三细胞培养层均设有培养腔室、进液流道和出液流道，各层的进液流道和出液流道分别与各层的培养腔室相通，三层培养腔室在竖直方向上重合，所述第一细胞培养层的培养腔室与所述第二细胞培养层的培养腔室相通且二者之间设有第一多孔膜，所述第二细胞培养层的培养腔室与所述第三细胞培养层的培养腔室相通且二者之间设有第二多孔膜；所述第二细胞培养层的侧面和所述第三细胞培养层的侧面均设有与其培养腔室相通的细胞注入通道；所述第二细胞培养层上设有一一对应地连通所述第三细胞培养层的进液流道和出液流道的两个第一通孔；所述第一细胞培养层上设有一一对应地连通所述第二细胞培养层的进液流道和出液流道的两个第二通孔，以及一一对应地连通两个所述第一通孔的两个第三通孔；
4、所述第一夹具层上设有与所述第一细胞培养层的培养腔室相通的细胞注入口、一一对应地连通两个所述第三通孔的两个第四通孔和一一对应地连通两个所述第二通孔的两个第五通孔；
5、所述第二夹具层与所述第一夹具层紧固连接以将所述第一细胞培养层、所述第二细胞培养层和所述第三细胞培养层夹合密封。
6、根据本专利技术实施例的微流控仿生芯片，通过设计三层器官芯片，适用于构建不同细胞的三维共培养体系，通过多孔膜不仅可以实现细胞上中下分层定植培养，而且可以为不同细胞通过灌注提供相互独立的营养物质，从而在培养过程中满足不同类型细胞的需求，同时能够通过多孔膜使上层细胞所产生的代谢物释放并作用于下层细胞，由此更加客观但又简洁有效的模拟目标物质(例如药物分子)对不同器官或组织的影响及其相互作用，并实现动态检测，满足考察药物分子在不同时间、空间下的作用特征的需求；另外，上层在应用时还可以允许肠道微生物(悬浮培养)与肠道细胞(贴壁培养)进行共培养，结合从上层细胞注入口处进行抽气，为肠道微生物提供所需的氧浓度梯度及动态微环境，从而可用于考察肠道菌群，从而更加真实的模拟了体内药物代谢的过程，并作出更准确度评估。
7、可选地，三层进液流道在竖直方向上相互错开设置，三层出液通道在竖直方向相互错开设置。
8、可选地，所述培养腔室的横截面为圆形，各层的进液通道和出液通道对称地布置在其培养腔室的两侧。
9、可选地，所述第一细胞培养层的培养腔室、进液流道和出液流道的顶部敞开，且在培养腔室的底部设置第六通孔以连通所述第二细胞培养层的培养腔室；所述第二细胞培养层的培养腔室、进液流道和出液流道的顶部和底部均敞开；所述第三细胞培养层的培养腔室、进液流道和出液流道的顶部敞开。
10、可选地，所述第一细胞培养层与所述第二细胞培养层等离子键合，所述第二细胞培养层与所述第三细胞培养层等离子键合，所述第一多孔膜与其相邻的细胞培养层等离子键合，所述第二多孔膜与其相邻的细胞培养层等离子键合。
11、可选地，所述第一细胞培养层、所述第二细胞培养层和所述第三细胞培养层的材料为聚二甲基硅氧烷，所述第一多孔膜和所述第二多孔膜的材料为聚碳酸酯，所述第一夹具层和所述第二夹具层的材料为pmma。
12、可选地，各层的进液流道和出液流道的深度与其培养腔室的深度相同或各层的进液流道和出液流道的深度小于等于其培养腔室的深度的1/5；各层的进液流道和出液流道的长度相同。
13、可选地，所述第一夹具层和所述第二夹具层的厚度为10-50mm；所述第一细胞培养层和所述第三细胞培养层的厚度为0.5-20mm；所述第二细胞培养层的厚度为0.2-10mm，所述第一多孔膜和所述第二多孔膜的厚度为0.1-30μm，所述第一多孔膜和所述第二多孔膜的孔径为0.1-8μm。
14、进一步，所述培养腔室的直径为500-5000μm，深度为50-1000μm。
15、本专利技术的实施例在第二方面提出了上述微流控仿生芯片在构建早期食物过敏肠道模型中的应用。
16、根据本专利技术实施例的应用，该微流控仿生芯片可以允许肠道微生物(悬浮培养)与肠道细胞(贴壁培养)进行共培养，结合从上层细胞注入口处进行抽气，为肠道微生物提供所需的氧浓度梯度及动态微环境，从而可用于考察肠道菌群，从而更加真实的模拟了体内药物代谢的过程，并作出更准确度评估。
17、本专利技术的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于细胞三维共培养的微流控仿生芯片，其特征在于，所述微流控仿生芯片包括由上至下叠置的第一夹具层、第一细胞培养层、第二细胞培养层、第三细胞培养层和第二夹具层；
2.如权利要求1所述的微流控仿生芯片，其特征在于，三层进液流道在竖直方向上相互错开设置，三层出液通道在竖直方向相互错开设置。
3.如权利要求1所述的微流控仿生芯片，其特征在于，所述培养腔室的横截面为圆形，各层的进液通道和出液通道对称地布置在其培养腔室的两侧。
4.如权利要求1所述的微流控仿生芯片，其特征在于，所述第一细胞培养层的培养腔室、进液流道和出液流道的顶部敞开，且在培养腔室的底部设置第六通孔以连通所述第二细胞培养层的培养腔室；所述第二细胞培养层的培养腔室、进液流道和出液流道的顶部和底部均敞开；所述第三细胞培养层的培养腔室、进液流道和出液流道的顶部敞开。
5.如权利要求1所述的微流控仿生芯片，其特征在于，所述第一细胞培养层与所述第二细胞培养层等离子键合，所述第二细胞培养层与所述第三细胞培养层等离子键合，所述第一多孔膜与其相邻的细胞培养层等离子键合，所述第二多孔膜与其
6.如权利要求1所述的微流控仿生芯片，其特征在于，所述第一细胞培养层、所述第二细胞培养层和所述第三细胞培养层的材料为聚二甲基硅氧烷，所述第一多孔膜和所述第二多孔膜的材料为聚碳酸酯，所述第一夹具层和所述第二夹具层的材料为PMMA。
7.如权利要求1所述的微流控仿生芯片，其特征在于，各层的进液流道和出液流道的深度与其培养腔室的深度相同或各层的进液流道和出液流道的深度小于等于其培养腔室的深度的1/5；各层的进液流道和出液流道的长度相同。
8.如权利要求1所述的微流控仿生芯片，其特征在于，所述第一夹具层和所述第二夹具层的厚度为10-50mm；所述第一细胞培养层和所述第三细胞培养层的厚度为0.5-20mm；所述第二细胞培养层的厚度为0.2-10mm，所述第一多孔膜和所述第二多孔膜的厚度为0.1-30μm，所述第一多孔膜和所述第二多孔膜的孔径为0.1-8μm。
9.如权利要求3所述的微流控仿生芯片，其特征在于，所述培养腔室的直径为500-5000μm，深度为50-1000μm。
10.如权利要求1-9中任一项所述的微流控仿生芯片在构建早期食物过敏肠道模型中的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种用于细胞三维共培养的微流控仿生芯片，其特征在于，所述微流控仿生芯片包括由上至下叠置的第一夹具层、第一细胞培养层、第二细胞培养层、第三细胞培养层和第二夹具层；
2.如权利要求1所述的微流控仿生芯片，其特征在于，三层进液流道在竖直方向上相互错开设置，三层出液通道在竖直方向相互错开设置。
3.如权利要求1所述的微流控仿生芯片，其特征在于，所述培养腔室的横截面为圆形，各层的进液通道和出液通道对称地布置在其培养腔室的两侧。
4.如权利要求1所述的微流控仿生芯片，其特征在于，所述第一细胞培养层的培养腔室、进液流道和出液流道的顶部敞开，且在培养腔室的底部设置第六通孔以连通所述第二细胞培养层的培养腔室；所述第二细胞培养层的培养腔室、进液流道和出液流道的顶部和底部均敞开；所述第三细胞培养层的培养腔室、进液流道和出液流道的顶部敞开。
5.如权利要求1所述的微流控仿生芯片，其特征在于，所述第一细胞培养层与所述第二细胞培养层等离子键合，所述第二细胞培养层与所述第三细胞培养层等离子键合，所述第一多孔膜与其相邻的细胞培养层等离子键合，所述第二多孔膜与其相邻的细胞培养层等离子键合。
【专利技术属性】
技术研发人员：傅玲琳，周瑾茹，张文静，张水锋，盛华栋，
申请(专利权)人：浙江工商大学，
类型：发明
国别省市：
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