[发明专利]一种心肌细胞微泵驱动的自循环器官芯片动态培养装置

说明书

一种心肌细胞微泵驱动的自循环器官芯片动态培养装置，包括自下而上依次叠层的下层芯片、中间薄膜和上层芯片，上层芯片包括心肌细胞微泵模块，下层芯片包括自循环系统模块及器官芯片培养模块，自循环系统模块与器官芯片培养模块相互连通，心肌细胞微泵模块用于模拟心脏泵送血液功能，自循环系统模块用于模拟人体血液流通回路，器官芯片培养模块用于模拟人体器官功能，通过心肌细胞微泵模块中生长的心肌细胞的自主搏动带动中间薄膜的上下振动，实现培养液在自循环系统模块中自循环流动，对器官芯片培养模块的营养物质动态供给。该自循环器官芯片动态培养装置无需外部能量供给，更接近人体仿生环境，并减小了体积。

技术领域

本发明涉及微流控芯片技术，特别是一种心肌细胞微泵驱动的自循环器官芯片动态培养装置及其制作方法。

背景技术

器官芯片是一种利用微流控技术，在微流控芯片上制造出能够模拟人类器官的主要功能的仿生系统。它不仅具有微流控技术微型化、集成化、低消耗的特点，同时还可以构建细胞图形化培养、组织-组织界面与器官-器官相互作用等，从而模拟人体器官的复杂结构、微环境和生理学功能。经过近几年来的快速发展，研究人员已经在微流控芯片上实现了众多人体器官的构建，如芯片肝、芯片肺、芯片肠、芯片肾、芯片血管、芯片心脏以及多器官芯片等。

微泵是微流控系统中实现微流体精确驱动不可或缺的核心元器件，是微量甚至更小体积微流体驱动技术的具体实现形式。微泵在生物化学分析、微流体(缓冲液、药物等)输运、微电子芯片冷却等领域具有广泛的应用，其发展已成为衡量微流控系统发展水平的重要标志。

目前器官芯片中所使用的微泵主要包括压电微泵、电磁微泵、气动微泵、电热微泵等等，但这些微泵都存在一个共同的特点，那就是都需要外部输入能源，并且所输入的能源，例如电、热、磁等都或多或少会对器官芯片中的细胞产生一定程度的影响。器官芯片是模拟人体器官功能的微流控芯片，在人体中，人体器官的营养供给都是通过心脏的收缩舒张泵送获取的，所以使用心肌细胞泵为器官芯片泵送液体十分符合人体的仿生学特点。

心肌细胞泵的研究，国外研究人员已经取得了部分研究成果：2006年，Tanaka等人尝试使用心肌细胞做成一层心肌组织，铺在一个泵体的表面，通过心肌细胞的收缩压缩腔室内体积，使用下方止回阀控制流向实现液体的单向流动。这种心肌细胞微泵的缺点在于结构复杂，是一个有阀微泵驱动，阻力相对较大，不利于心肌细胞驱动液体流动。2007年，Tanaka等人又使用心肌细胞包被在一个可降解的球形结构体制成了一个球形的心肌细胞泵，这种形状的心肌细胞泵可以充分利用心肌细胞的收缩力，从而产生较大的泵送力，但他们并未使用这种心肌球泵实现液体的单向流动，仅仅实现了驱动液体振动。

发明内容

本发明的主要目的在于针对现有技术的不足，提供一种心肌细胞微泵驱动的自循环器官芯片动态培养装置，无需外部能量供给，更接近人体仿生环境，并减小体积。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种心肌细胞微泵驱动的自循环器官芯片动态培养装置，包括自下而上依次叠层的下层芯片、中间薄膜和上层芯片，所述上层芯片包括心肌细胞微泵模块，所述下层芯片包括自循环系统模块及器官芯片培养模块，所述自循环系统模块与所述器官芯片培养模块相互连通，所述心肌细胞微泵模块用于模拟心脏泵送血液功能，所述自循环系统模块用于模拟人体血液流通回路，所述器官芯片培养模块用于模拟人体器官功能，通过所述心肌细胞微泵模块中生长的心肌细胞的自主搏动作为泵体的动力来源，带动所述中间薄膜的上下振动，实现培养液在所述自循环系统模块中的单向自循环流动，从而实现对所述器官芯片培养模块的营养物质动态供给。

进一步地：

所述心肌细胞微泵模块包括心肌细胞生长单元和培养液供给单元，所述心肌细胞生长单元为心肌细胞的生长提供生长环境，所述培养液供给单元为心肌细胞的生长提供营养物质供给。