[发明专利]集成肠道多模态运动三维腔体肠器官芯片及方法

权利要求书

1.一种集成肠道多模态运动三维腔体肠器官芯片，其特征是：包括：

用于培养分化肠上皮细胞的腔体多孔薄膜，所述腔体多孔薄膜外侧设置有支撑薄膜，所述支撑薄膜与气体通道连接，通过所述气体通道的进/排气，带动支撑薄膜运动，进而使所述腔体多孔薄膜发生形变，以模拟紧张性收缩动作；

所述腔体多孔薄膜外侧设置有一设置有容纳区域的腔体，能够为所述腔体多孔薄膜提供培养液灌流区域，形成具有轴向与环向剪应力的微机械环境；

所述腔体多孔薄膜上圆周嵌有多个闭合磁带，所述闭合磁带能够随着腔体外可移动设置的螺线管通电产生磁场，从而使所述腔体多孔薄膜对应位置发生径向收缩动作；

所述螺线管的通电电压可调整，通过调整电压的强弱，改变磁场强度，实现磁性环带不同幅度的径向收缩；为使其收缩呈现波浪式轴向蠕动，移动螺线管根据肠道仿生原理保持轴向移动；

模拟肠道分节径向收缩与蠕动具体过程为：为模拟肠道分节径向收缩，首先要寻找磁场强度与应变之间的关系；在制备出与活体肠组织相同刚度与厚度的腔体膜的条件下，建立磁场强度与腔体薄膜形变的标定关系；改变螺线管的电压寻找与形变对应的腔体薄膜的形变；通过螺线管对腔体薄膜实现分节径向收缩；为模拟肠道推进食糜或药物前行的蠕动波，对均匀分布的磁性环带交替吸引与释放；蠕动波的速度用磁性环带间隙与两两波峰的时间差计算；设定螺线管的不同速度标定与腔体蠕动波速之间的关系；

通过活体肠道内的液体流动速率，计算理想状态下内部轴剪应力；基于该数值，逆向仿真出腔体肠器官芯片所需的培养液的流动速度。

2.如权利要求1所述的一种集成肠道多模态运动三维腔体肠器官芯片，其特征是：所述腔体多孔薄膜为柔性聚二甲基硅氧烷材料制备得到，厚度3μm～5μm。

3.如权利要求1所述的一种集成肠道多模态运动三维腔体肠器官芯片，其特征是：所述闭合磁带为环形磁带，由磁性颗粒与腔体多孔薄膜充分混合后固化形成，均匀间隔分布于腔体多孔薄膜表面上。

4.如权利要求1所述的一种集成肠道多模态运动三维腔体肠器官芯片，其特征是：所述气体通道包括两个，且设置于所述腔体多孔薄膜的两侧，与所述腔体多孔薄膜同材质，由等离子体处理键合封装，长度和厚度与所述腔体多孔薄膜一致。

5.如权利要求1所述的一种集成肠道多模态运动三维腔体肠器官芯片，其特征是：所述腔体多孔薄膜内、外侧均可培养肠上皮细胞，利用肠器官芯片标记指定蛋白，进行共聚焦显微镜的形貌表征，比较小肠绒毛的形成状态；通过记录跨膜电阻技术分析内侧的肠上皮屏障功能，间接反映肠细胞缝隙连接的程度。

6.权利要求1-5中任一项所述的三维腔体肠器官芯片的制备方法，其特征和是：包括以下步骤：

制备腔体多孔薄膜：在硅片上旋涂一层SU-8负性光刻胶，真空干燥后冷却至室温，将光掩模与涂覆硅片接触并曝光，加热曝光晶片，并进行热处理，或曝光后烘烤，微柱阵列随后通过将硅片在显影液中浸渍一段时间，随后用水漂洗和在空气中干燥而显影，将柔性聚二甲基硅氧烷材料旋涂在微柱阵列上，待固化后剥离，将薄膜围特氟龙软管贴附一圈，通过半固化柔性聚二甲基硅氧烷材料实现密缝；

制备微气通道：将柔性聚二甲基硅氧烷材料灌入模具后固化，所述模具包括结构相同的两个部分，每个部分带有至少两个凸起，两个部分相对设置，通过等离子处理，实现契合封装；

制备闭合磁带，将Fe₃O₄颗粒与柔性聚二甲基硅氧烷材料充分混合，随后将其以旋涂至表面均匀的亚克力板，等待固化后，剥离，用Plasma活化腔体柔性聚二甲基硅氧烷材料薄膜表面，将剥离后的Fe₃O₄磁性薄膜，等间隔均匀黏附其表面；

将制备得到的三部分通过键和工艺完成组装。