[发明专利]一种人体微生态系统芯片及其使用方法

摘要

一种人体微生态系统芯片，属于医药研究及人体相关监控应用领域，使用“PDMS A板‑多孔膜‑PDMS B板”的三明治结构实现下层PDMS A板构建肠‑肝‑心脏/脑‑女性生殖道系统集成“器官芯片”模拟真实人体血液循环；上层PDMS B板中培养人体微生物；多孔膜从含人体微生物的培养基中过滤出人体微生物代谢物，由PDMS B板进入PDMS A板中。在PDMS A板中各细胞培养腔室之间的微流设有微阀，通过控制微阀调节培养基流动。本发明可用于精准、精简、高效研究、评测与管控人体微生物代谢物和该个体多“器官”之间的相互作用；通过在培养腔内培养对应人体细胞及控制培养基的流动，实现对真实人体存在的脑脊液循环及直接神经连接的仿生，为医药研究及人体相关监控应用奠定研究基础。

主权项

1.一种人体微生态系统芯片，其特征在于，所述的人体微生态系统芯片包括两层聚二甲基硅氧烷板与两层之间的多孔膜(3)，位于下方的为PDMS A板(1)，位于上方的为PDMSB板(2)，用于研究在接近真实人体生理循环下人体微生物代谢物和该个体多器官之间的相互作用；/n所述下层PDMS A板(1)包括一个位于左端的肝细胞培养腔(1-3)、一个位于下端的肠上皮细胞培养腔(1-8)、一个位于右端的女性生殖道细胞培养腔(1-12)和一个板上端的心脏或神经细胞培养腔(1-16)，四个细胞培养腔两端均通过连接通道与细胞培养基输入接口、输出接口连通；所述的肝细胞培养腔(1-3)上端通过连接通道(1-18)与心脏或神经细胞培养腔(1-16)左端连通，下端通过连接通道(1-6)与肠上皮细胞培养腔(1-8)左端连通，所述的女性生殖道细胞培养腔(1-12)上端通过连接通道与心脏或神经细胞培养腔(1-16)右端连通，下端通过连接通道(1-10)与肠上皮细胞培养腔(1-8)右端连通，所述的心脏或神经细胞培养腔(1-16)中部与肠上皮细胞培养腔(1-8)中部通过连接通道1-20连通；五个连接通道中部均设有微阀(1-19)，用于控制流体流动通断；所述的肝细胞培养腔(1-3)与女性生殖道细胞培养腔(1-12)形状大小一致，方向相互平行，心脏或神经细胞培养腔(1-16)与肠上皮细胞培养腔(1-8)形状大小一致，方向相互平行，肝细胞培养腔(1-3)与肠上皮细胞培养腔(1-8)方向上互相垂直，女性生殖道细胞培养腔(1-12)与心脏或神经细胞培养腔(1-16)方向上互相垂直；四个培养腔均为椭方形结构，包括端部两个半圆和中间矩形；/n所述PDMS B板(2)包含四个细胞培养基输入口、四个细胞培养腔废液输出口，分别与PDMS A板(1)上四个细胞培养腔两端的细胞培养基输入接口、输出接口的位置对应且相互连通，并外接注射泵；还包括1个微生物培养腔(2-11)，微生物培养腔(2-11)左端通过连接通道与菌液及微生物培养基输入口(2-3)连通，用以注射泵输入液及微生物培养基，右端通过连接通道与微生物培养腔废液输出口(2-6)连通，用以排出多余的微生物培养废液；其后连有外置导管，只在研究前期微生物接种阶段打开，其余时间处于封闭状态，保证微生物培养废液顺利进入PDMS A板(1)；所述的微生物培养腔(2-11)位于肠上皮细胞培养腔(1-8)的正上方，二者形状大小完全一致，且微生物培养腔(2-11)与肠上皮细胞培养腔(1-8)之间隔有一层多孔膜(3)，将微生物与细胞隔离，保证细胞的正常生长的同时使人体微生物代谢物与细胞正常接触；/n所述的“PDMS A板-多孔膜-PDMS B板”的三明治结构能够分别构成肠芯片、肝芯片、心脏/脑芯片、女性生殖道芯片，并通过控制相应的微阀，注射泵的工作状态及相应废液输出口的通断，实现对“肠-肝-心脏/脑-女性生殖道-肠”的生理循环的仿生；具体如下：/n所述肠芯片包括PDMS A板上的肠上皮细胞培养腔(1-8)、多孔膜(3)、PDMS B板微生物培养腔(2-11)及其相应的微流控管道、输入、输出接口，PDMS B板上的微生物培养腔(2-11)及其相应的微流控管道、输入、输出接口；其中，肠上皮细胞培养基输入接口(1-7)与PDMS B板上的肠上皮细胞培养基输入口(2-4)连通，外接注射泵，保证肠上皮细胞顺利进入肠上皮细胞培养腔(1-8)；肠上皮细胞培养腔废液输出接口(1-9)与PDMS B板上的肠上皮细胞培养腔废液输出口(2-5)连通，保证多余的细胞培养腔废液顺利流出肠上皮细胞培养腔(1-8)；/n所述肝芯片包括PDMS A板上的肝细胞培养腔(1-3)与其相应的微流控管道、输入、输出接口，PDMS B板上肝细胞培养基输入口(2-1)、肝细胞培养腔废液输出口(2-2)；所述的肝细胞培养基输入接口(1-1)与PDMS B板上的肝细胞培养基输入口(2-1)连通，外接注射泵，保证肝细胞顺利进入肝细胞培养腔(1-3)；肝细胞培养腔废液输出接口(1-5)与PDMS B板上的肝细胞培养腔废液输出口(2-2)连通，保证多余的肝细胞培养腔废液顺利流出肝细胞培养腔(1-3)；/n所述心脏/脑芯片包括PDMS A板上的心脏或神经细胞培养腔(1-16)与其附带的微流控管道、输入、输出接口，PDMS B板上的心脏或神经细胞培养基输入口(2-9)、心脏或神经细胞培养腔废液输出口(2-10)；心脏或神经细胞培养基输入接口(1-15)与PDMS B板上的心脏或神经细胞培养基输入口(2-9)连通，外接注射泵，保证心脏或神经细胞顺利进入心脏或神经细胞培养腔(1-16)；心脏或神经细胞培养腔废液输出接口(1-17)与PDMS B板上的心脏或神经细胞培养腔废液输出口(2-10)连通，保证多余的肝细胞培养腔废液顺利流出心脏或神经细胞培养腔(1-16)；/n所述女性生殖道芯片把控PDMS A板上的女性生殖道细胞培养腔(1-12)与其附带的微流控管道、输入、输出接口，PDMS B板上的女性生殖道细胞培养基输入口(2-7)、女性生殖道细胞培养腔废液输出口(2-8)；所述的女性生殖道细胞培养基输入接口(1-11)与PDMS B板上的女性生殖道细胞培养基输入口(2-7)连通，外接注射泵，保证女性生殖道细胞顺利进入女性生殖道细胞培养腔(1-12)；女性生殖道细胞培养腔废液输出接口(1-13)与PDMS B板上的女性生殖道细胞培养腔废液输出口(2-8)连通，保证多余的女性生殖道细胞培养腔废液顺利流出女性生殖道细胞培养腔(1-12)。/n