[发明专利]一种滑动式微流控器官芯片及其制备方法

说明书

本发明提供了一种滑动式微流控器官芯片及其制备方法，包括：滑动组件和微流控芯片基座，滑动组件设有滑动杆、注胶口、封口塞及内嵌组织腔室，注胶口位于内嵌组织腔室的正上方并与内嵌组织腔室连通，向注胶口顶端注入细胞外基质，该细胞外基质填充至内嵌组织腔室内；微流控芯片基座设有滑动槽、第一和第二交换通道、第一和第二储液池，将滑动杆推入滑动槽最底部，此时，内嵌组织腔室两侧分别正对第一和第二交换通道，第一储液池、第一交换通道、内嵌组织腔室、第二交换通道、第二储液池之间连通。本发明可实现无泄漏的细胞外基质稳定可靠灌注；可实现细胞外基质与细胞培养基的无障碍接触，利于在细胞外基质中实现均一稳定的流体特性。

技术领域

本发明属于一种生物医学工程技术领域的微流控芯片，具体地，涉及一种滑动式微流控器官芯片及其制备方法。

背景技术

相比于传统的二维细胞培养模型以及具有物种差异的动物模型，仿人体器官芯片通过将人体细胞和水凝胶整合到微流控芯片中，进一步在片上模拟体内构建多重可控微环境，最终在体外实现具有三维微结构及微生理功能的仿人体特定器官微组织而备受关注，因此该技术在疾病建模、药物筛选和个性化医疗等领域得到了广泛的应用。

通常情况下，基于灌注模式的三维培养模型被广泛地应用到仿人体器官芯片的构建中，其基本结构为中间灌注有细胞外基质的组织腔室，两边为细胞培养液流动的微流控通道，其可以促进营养物质和氧气的持续供应以及代谢产物的清除，进而有利于细胞/组织的长时间培养。采用这种结构的关键技术是如何杜绝细胞外基质从组织腔室泄露到微流控通道，进而导致细胞培养液的流动障碍。常用策略是利用微柱阵列等物理屏障作为微阀，其效果由微结构参数和界面润湿性相关的表面张力，以及细胞外基质加载过程中所施加的外部压力决定。因此，在物理屏障设计和外加压力之间存在一个折衷的问题，这将不利于细胞外基质的自动化灌注。此外，这些物理障碍物的存在也会使细胞培养液与细胞外基质之间的有效接触面积减小，从而影响细胞外基质中的流体分布及细胞刺激，这也与体内的微生理环境不符。因此，亟需一种新的策略来构建临时或虚拟屏障，进而使组织腔室中培养的细胞/组织获得均匀以及充分的刺激。

在此前的报道中，A.Yamada等人在Lab Chip,2016,16：4691-4701上撰文“Transient microfluidic compartmentalization using actionable microfilamentsfor biochemical assays,cell culture and organs-on-chip”，提出将圆柱形微丝作为可移动障碍物嵌入到微流控芯片中来建立一个临时的组织腔室，待水凝胶固化后，再将微丝移除来实现细胞培养液与细胞外基质的无障碍接触。然而，微丝需要在芯片键合之前利用缝纫针嵌入到芯片中，操作复杂。此外，M.P.Tibbe等人在Adv.Mater.Technol.2018,1700200上撰文“Microfluidic Gel Patterning Method by Use of a TemporaryMembrane for Organ-On-Chip Applications”，提出利用两种试剂接触面上的界面聚合反应，进而形成一种暂时性的聚合物薄膜来实现细胞培养液与细胞外基质的分隔。然而，为了建立稳定的界面，试剂的pH值和流速都需要很好地进行调整，而这通常需要外部设备如注射泵等。此外，J.Pei等人在J.Micromech.Microeng.2020,30:035005上撰文“Recoverableelastic barrier for robust hydrogel patterning with uniform flow profile fororgan-on-a-chip applications”，提出了一种可恢复的弹性屏障设计，其能够在不发生泄漏的情况下实现灵活多样的细胞外基质图案化。然而，由于涉及到芯片的多层结构设计以及弹性屏障的片上驱动，所以整个芯片的制作以及操作过程都有些繁琐。