[发明专利]集成微流控三维肿瘤芯片及仿生方法

权利要求书

1.一种集成微流控三维肿瘤芯片，其特征在于，包括流动层和控制层；所述的流动层包括微腔、化学梯度发生微管道和化学梯度发生微柱阵列，所述的微腔上设有微腔入口和微腔出口，所述的化学梯度发生微管道设置于微腔侧面，并与微腔共用化学梯度发生微柱阵列作为侧壁，以将化学梯度发生微管道内通入的物质由化学梯度发生微柱阵列扩散至微腔内；所述的控制层包括弹性微结构和末端封闭的微管道，所述的弹性微结构在注入预设压力的流体后膨胀成侧壁上开有一个开口的三维筒状结构并伸入至微腔内，以捕获注入至微腔内的细胞，并在流体压力消失后自行收缩为平面的二维结构，所述的微管道连接弹性微结构，以向弹性微结构内注入并保持稳定压力的流体及在停止注入后回收流体，微管道的数量至少为两根，且平行于化学梯度发生微管道设置，每根微管道上至少连通一个弹性微结构，每根微管道都设置了单独的注入口。

2.根据权利要求1所述的一种集成微流控三维肿瘤芯片，其特征在于，所述的化学梯度发生微管道和化学梯度发生微柱阵列的数量为两对，且设置于微腔的相对两侧。

3.根据权利要求1所述的一种集成微流控三维肿瘤芯片，其特征在于，所述的注入到弹性微结构中的流体为气体或液体。

4.根据权利要求1所述的一种集成微流控三维肿瘤芯片，其特征在于，微腔内设有均匀分布的支撑微柱，所述的支撑微柱的高度与微腔内部高度一致，以支撑整个微腔。

5.根据权利要求1所述的一种集成微流控三维肿瘤芯片，其特征在于，所述的微腔入口为设有一个管道进口和至少两个管道出口的管道结构，且管道出口连接至微腔一侧并等距均匀分布，所述的微腔出口设置于微腔上相对微腔入口的另一侧；所述的弹性微结构所形成的三维筒状结构的高度与微腔内部高度一致，开口朝向微腔入口，且在开口相对另一侧设有小于注入微腔内细胞大小的缝隙。

6.根据权利要求1所述的一种集成微流控三维肿瘤芯片，其特征在于，所述的化学梯度发生微柱阵列包括多列交错排列的微柱，微柱之间的间距为1-5μm，所述的弹性微结构形成的三维筒状结构内径为500-900μm。

7.一种集成微流控三维肿瘤芯片的仿生方法，其特征在于，采用如权利要求1-6任一所述的芯片，包括如下步骤，

关闭化学梯度发生微管道，由微腔入口灌注肿瘤细胞悬液；

向弹性微结构注入流体以形成具有开口的三维筒状结构，从而捕获细胞；

灌注新鲜细胞培养液，使捕获的肿瘤细胞自组装聚集形成三维肿瘤；

关闭微腔入口和微腔出口，打开化学梯度发生微管道，在相同的流速条件下，将含有特定刺激物质的细胞培养液和不含特定刺激物质的细胞培养液分别灌注进入不同的化学梯度发生微管道，特定刺激物质通过分子扩散穿过化学梯度发生微柱阵列，并在微腔内形成浓度梯度，使微腔内不同微管道上的弹性微结构内的三维肿瘤受到不同浓度特定刺激物质的刺激作用；

当需要对微腔内特定刺激物质浓度作用的三维肿瘤进行回收时，停止与特定浓度位置对应的单根微管道的流体注入，连接该微管道的弹性微结构自行收缩为平面的二维结构，对应的三维肿瘤被释放并随液流排出，到达样品出口。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：在灌注肿瘤细胞悬液前，还包括向微腔和化学梯度发生微管道内注入具有亲水和抗细胞黏附作用的物质水溶液，进行亲水修饰和抗细胞黏附修饰的步骤，所述具有亲水和抗细胞黏附作用的物质为Pluronic F-127、Pluronic F-108、Pluronic F-98中的一种；在修饰完成后，还包括清洗微腔和化学梯度发生微管道的步骤。

9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：所述的肿瘤细胞为哺乳动物的原代肿瘤细胞或者肿瘤细胞系。

10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：所述的特定刺激物质为抗肿瘤药物、细胞因子、生长因子、蛋白质和核酸中的一种或几种。