[发明专利]微流控肺泡芯片和肺泡呼吸模拟装置

说明书

本发明公开了一种微流控肺泡芯片和肺泡呼吸模拟装置，该微流控肺泡芯片包括微流通道、气体空腔和模拟肺泡；其中，微流通道包括模拟肺泡管道、辅助进液通道和辅助储液通道；模拟肺泡管道的两端具有流体入口和流体出口，流体入口连通辅助进液通道，流体出口连通辅助储液通道；辅助进液通道上设有进液口；气体空腔上具有气体出入口；模拟肺泡包括内腔和弹性侧壁，内腔与模拟肺泡管道连通；模拟肺泡设于气体空腔内。本发明微流控肺泡芯片结构简单，可采用单肺泡结构微流控芯片单独控制参数，以单独研究各级肺泡内的复杂流场，避免各级流量之间相互干扰和相互制约，提高研究准确性。

技术领域

本发明涉及生物医药设备技术领域，尤其是涉及一种微流控肺泡芯片和肺泡呼吸模拟装置。

背景技术

人体呼吸的主要功能是为身体的各个组织提供氧气和排除二氧化碳废气，人体的呼吸过程可以分为两个阶段：由外界环境向血液输送气体；气体经由血液进入到各个组织。随着社会、经济的不断进步，人类对生活环境的质量要求不断提高，对生存环境的保护意识逐渐增强。工业生产和环境恶化所带来的颗粒物污染已经成为评价生活质量和大气质量的一个重要指标之一。大气气溶胶颗粒物污染中，其中的部分微小的气溶胶颗粒，尤其是可吸入颗粒对人类的健康的影响更是深远，在进入人体呼吸道后，没有沉积在呼吸道的传导气管上，而是深入到人体呼吸道终末处的气体交换区沉积，很多研究表明这些颗粒对人体健康的危害最大。研究指出，人类许多疾病都和吸入颗粒物污染有着直接或间接的联系。因此，研究可吸入颗粒物在呼吸道中的运动特性，对于帮助了解可吸入颗粒的致病机理以及气溶胶治疗有着非常重要的意义，对于保护人类的健康，保护环境，提高生活质量具有积极意义。

现有研究人员设计出了五级肺泡树杈结构，利用光软刻技术得到肺泡树阳模，用PDMS浇筑出芯片；这是肺泡实验在真实尺度上的一大突破，在研究过程中，控制肺泡膨胀收缩的腔室设计以及模拟肺泡呼吸的控制方法不断变动。但以上五级肺泡树结构的结构较为复杂，且其中各级肺泡管和肺泡的尺寸相同，而真实肺泡树结构随着肺泡级数的增加，肺泡管直径减少，肺泡直径增加，故现有的五级肺泡树结构不符合人体肺泡树结构的真实情况，整体研究不准确；另外，由于各级肺泡管相连通，各级流量间相互干扰、相互制约，现有五级肺泡树结构与真实结构不符会导致各级肺泡管中的流量并不能精密控制与实际相匹配，会忽略掉一些重要的现象，如混沌流；且现有五级肺泡树杈结构的呼吸过程控制较为复杂。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种微流控肺泡芯片，其结构简单，可采用单肺泡结构微流控芯片单独控制参数，以单独研究各级肺泡内的复杂流场，避免各级流量之间相互干扰和相互制约，提高研究准确性。

本发明还提出一种肺泡呼吸模拟装置，其可通过进料压力控制装置周期性地同步协同调控肺泡管道内的流体往返运动和模拟肺泡膨胀收缩运动，模拟肺泡呼吸过程，能够达到与真实人体肺泡管内的流动具有动力学相似。

第一方面，本发明的一个实施例提供了一种微流控肺泡芯片，包括：

微流通道；所述微流通道包括模拟肺泡管道、辅助进液通道和辅助储液通道；所述模拟肺泡管道的两端具有流体入口和流体出口，所述流体入口连通所述辅助进液通道，所述流体出口连通所述辅助储液通道；所述辅助进液通道上设有进液口；

气体空腔；所述气体空腔上具有气体出入口；

模拟肺泡；所述模拟肺泡包括内腔和弹性侧壁，所述内腔与所述模拟肺泡管道连通；所述模拟肺泡设于所述气体空腔内。

本发明实施例的微流控肺泡芯片至少具有如下有益效果：以上微流控肺泡芯片结构简单，可采用单肺泡结构微流控芯片单独控制参数，以单独研究各级肺泡内的复杂流场，可排除各级流量之间相互干扰和相互制约，提高研究准确性。