[发明专利]集成微流控三维肿瘤芯片及仿生方法

说明书

本发明公开了一种集成微流控三维肿瘤芯片及仿生方法。芯片包括流动层和控制层。流动层包括设有入口和出口的微腔、化学梯度发生微管道和化学梯度发生微柱阵列。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。控制层设有弹性微结构和末端封闭的微管道。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。微管道连接弹性微结构，且数量至少为两根，并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。本发明可在单个芯片内连续性完成阵列化肿瘤细胞捕获定位、高通量三维肿瘤仿生制备、浓度梯度式肿瘤刺激作用、特定浓度刺激的肿瘤样本回收操作。

技术领域

本发明涉及微流控芯片技术领域，尤其涉及一种集成微流控三维肿瘤芯片及其用于阵列化肿瘤细胞捕获定位、高通量三维肿瘤仿生制备、浓度梯度式肿瘤刺激与其分析、特定浓度刺激的肿瘤样本回收的精确时空控制操作的仿生方法。

背景技术

癌症是一个主要的全世界公共卫生问题。根据世界卫生组织最新的统计数据显示，在90多个国家中，癌症可能将成为人类死亡的第一或第二大原因。在体外建立有效的三维肿瘤仿生模型系统，对肿瘤的病理机制和治疗方法进行探索，一直是全人类广泛关注的研究课题。在过去的几十年里，国内外研究人员先后建立了不同的体外三维肿瘤制备与模型构建操作方法，包括悬滴法、抗黏附界面法、旋转培养法、多孔支架法等，并将其用于开展抗肿瘤分析与治疗评估。然而，这些方法仍存在着操作繁琐、费时、费力、三维肿瘤尺寸不均匀、操作通量低等缺点，严重阻碍其后期应用。

微流控芯片技术，是本世纪极具代表性的一种微流体界面精确操作技术。微流控芯片的特点在于，它可以实现常规实验室诸多基本功能的微型化和集成化；特别是，微流控芯片技术能够完成在微米级尺度下对细胞的时间与空间控制。目前，微流控芯片技术已经实现了高通量、尺寸均一的三维肿瘤制备及抗肿瘤分析初步应用。所制备的三维肿瘤直径一般小于300μm。但是，微流控芯片内高度仿生三维肿瘤的高通量制备、单个芯片内三维肿瘤的不同浓度物质同步刺激作用与分析、芯片内特定肿瘤样本的精确回收等相关的时间与空间精确控制性操作方法仍在进一步研究与开发中。因此，开发新型的微流控三维肿瘤芯片系统，有利于进一步推动体外肿瘤生物学研究的仿生化与微型化发展。

发明内容

本发明目的在于，提供一种集成微流控三维肿瘤芯片，并提供一种用于阵列化肿瘤细胞捕获定位、高通量三维肿瘤仿生制备、浓度梯度式肿瘤刺激与其分析、特定浓度刺激的肿瘤样本回收的仿生方法。该芯片操作简单，易于研究人员掌握。

为实现上述目的，本发明采取以下的技术方案：

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。

所述的一种集成微流控三维肿瘤芯片，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。

所述的一种集成微流控三维肿瘤芯片，所述的注入到弹性微结构中的流体为气体或液体。

所述的一种集成微流控三维肿瘤芯片，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。