CN104524652B - 一种人工肝体外工作平台 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种人工肝体外工作平台，包括：带有第一通道的上层芯片，所述第一通道位于上层芯片的下表面；带有通槽的中层芯片；带有第二通道的下层芯片，所述第二通道位于下层芯片的上表面；设置在所述上层芯片和中层芯片之间的第一多孔膜，设置在所述中层芯片和下层芯片之间的第二多孔膜；所述第一通道出口和第二通道入口连接。本发明提供的人工肝体外工作平台模拟了肝窦结构，所述第一多孔膜和第二多孔膜类似于肝窦内皮，将所述第一通道和通槽及第二通道和通槽隔开，防止通槽中的细胞进入第一通道和第二通道，实现双向物质传输，使这种人工肝体外工作平台具有细胞培养、药物筛选和清除毒素等多种功能，具有较好的便利性。

Description

一种人工肝体外工作平台

技术领域

本发明涉及人工肝技术领域，尤其涉及一种人工肝体外工作平台。

背景技术

肝脏作为人体最重要的器官之一，具有合成、解毒、代谢、分泌、生物转化以及免疫防御等重要功能，被称为人体的“加工厂”。如果肝脏细胞受到严重损害，人体代谢将发生严重紊乱，此时就会出现肝衰竭。据统计，全世界每年有超过10万例患者罹患不同程度的肝衰竭，治疗肝衰竭最有效的手段是进行原位肝移植，但肝源严重短缺，根本无法满足需求，而若不采取肝移植，患者的死亡率将高达70％～80％。在医学界，使用人工肝是除肝移植外治疗肝衰竭的另一种十分有效的方法，因此人工肝的相关研究具有广阔的市场前景和社会意义，一直是学术界和临床医学界的研究热点。

人工肝能部分地替代肝功能，帮助肝衰竭病人清除血液内部的毒素(如：水溶性铵、尿素、肌酐和白蛋白结合的毒素等)以及外部药物毒素，其可分为生物型人工肝和非生物型人工肝。生物型人工肝，如HepatAssist、ELAD和Teca-Halss等，主要利用组织工程，通过放置或培养于体外生物反应器中的肝细胞实现主要和重要的肝功能，如代谢、生物转化和合成等。相比较而言，生物型人工肝存在免疫排斥等问题，其发展远滞后于非生物型人工肝，至今还没有成熟的产品应用于临床。

非生物型人工肝已能在肝移植前后辅助维持正常的肝功能，缓解病人肝移植或切除后的机能失调。当前的非生物型人工肝如典型的人工肝支持系统SPAD、MARS和Prometheus系统主要是用于清除不溶于水且与蛋白质结合的肝毒素，这种非生物型人工肝的应用主要在清除血液中的毒素方面，功能单一，便利性较差。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种人工肝体外工作平台，本发明提供的人工肝体外工作平台具有多种功能，便利性较好。

本发明提供了一种人工肝体外工作平台，包括：

带有第一通道的上层芯片，所述第一通道的深度小于上层芯片的厚度，所述第一通道位于上层芯片的下表面；

带有通槽的中层芯片，所述通槽穿透中层芯片；所述第一通道中的传输物质流经通槽；

带有第二通道的下层芯片，所述第二通道的深度小于下层芯片的厚度，所述第二通道位于下层芯片的上表面；

所述上层芯片、中层芯片和下层芯片从上到下依次排列；

设置在所述上层芯片和中层芯片之间的第一多孔膜，所述第一多孔膜的一面覆盖所述通槽，另一面与所述上层芯片的下表面贴合；

设置在所述中层芯片和下层芯片之间的第二多孔膜，所述第二多孔膜的一面覆盖所述通槽，另一面与所述下层芯片的上表面贴合；

所述第一通道出口和第二通道入口连接。

优选的，所述上层芯片、中层芯片和下层芯片的材质独立地选自有机玻璃或聚二甲基硅氧烷。

优选的，所述上层芯片、下层芯片和中层芯片的面积独立地选自160平方厘米～450平方厘米。

优选的，所述中层芯片的厚度小于上层芯片的厚度；

所述中层芯片的厚度小于下层芯片的厚度。

优选的，所述上层芯片和下层芯片的厚度独立地选自5毫米～8毫米；

所述中层芯片的厚度选自1毫米～3毫米。

优选的，所述第一通道和第二通道的设计方式独立地选自对称式分布设计。

优选的，所述第一通道和第二通道的方向平行；

所述通槽的方向分别与所述第一通道和第二通道的方向垂直。

优选的，所述第一通道出口和第二通道入口的位置使传输物质在第一通道中的流动方向和第二通道中的流动方向相反。

优选的，所述第一通道和第二通道的形状独立地选自矩形凹槽，所述凹槽的宽度大于凹槽的深度。

优选的，所述第一多孔膜和第二多孔膜独立地选自壳聚糖多孔膜。

本发明提供的人工肝体外工作平台模拟了肝窦结构，所述第一多孔膜和第二多孔膜类似于肝窦内皮，将所述第一通道和通槽以及第二通道和通槽隔开，防止通槽中的细胞进入第一通道和第二通道，实现双向物质传输，使这种人工肝体外工作平台具有细胞培养、药物筛选和清除毒素等多种功能，具有较好的便利性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的人工肝体外工作平台的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的人工肝体外工作平台的主视剖面图；

图3为本发明实施例提供的人工肝体外工作平台的左视剖面图；

图4为本发明实施例提供的人工肝体外工作平台中上层芯片的结构示意图；

图5为本发明实施例提供的人工肝体外工作平台中中层芯片的结构示意图；

图6为本发明实施例提供的人工肝体外工作平台中下层芯片的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供了一种人工肝体外工作平台，包括：

带有第一通道的上层芯片，所述第一通道的深度小于上层芯片的厚度，所述第一通道位于上层芯片的下表面；

带有通槽的中层芯片，所述通槽穿透中层芯片；所述第一通道中的传输物质流经通槽；

带有第二通道的下层芯片，所述第二通道的深度小于下层芯片的厚度，所述第二通道位于下层芯片的上表面；

所述上层芯片、中层芯片和下层芯片从上到下依次排列；

设置在所述上层芯片和中层芯片之间的第一多孔膜，所述第一多孔膜的一面覆盖所述通槽，另一面与所述上层芯片的下表面贴合；

设置在所述中层芯片和下层芯片之间的第二多孔膜，所述第二多孔膜的一面覆盖所述通槽，另一面与所述下层芯片的上表面贴合；

所述第一通道出口和第二通道入口连接。

本发明提供的人工肝体外工作平台包括带有第一通道的上层芯片，所述第一通道的深度小于上层芯片的厚度，所述第一通道位于上层芯片的下表面。如图1、图2、图3和图4所示，图1为本发明实施例提供的人工肝体外工作平台的结构示意图，图2为本发明实施例提供的人工肝体外工作平台的主视剖面图，图3为本发明实施例提供的人工肝体外工作平台的左视剖面图，图4为本发明实施例提供的人工肝体外工作平台中上层芯片的结构示意图。本发明对所述上层芯片的形状没有特殊的限制，满足实际操作条件即可。在本发明的实施例中，所述上层芯片的形状可以为圆形或方形。在本发明的实施例中，所述上层芯片的面积可以为160平方厘米～450平方厘米；在其他的实施例中，所述上层芯片的面积可以为200平方里面～300平方厘米。在本发明的实施例中，所述上层芯片的厚度可以为5毫米～8毫米；在其他的实施例中，所述上层芯片的厚度可以为6毫米～7毫米。本发明采用体积较小的上层芯片能够降低人工肝体外工作平台的整体体积，使本发明提供的人工肝体外工作平台具有较好的便携性。在本发明的实施例中，所述上层芯片为圆形，所述上层芯片的半径可以为3厘米～6厘米；在其他的实施例中，所述上层芯片的半径可以为4厘米～5厘米。

在本发明的实施例中，所述上层芯片的材质可以为有机玻璃或聚二甲基硅氧烷(PDMS)；在其他的实施例中，所述上层芯片的材质可以为有机玻璃。本发明对所述有机玻璃和PDMS的种类和来源没有特殊的限制，采用本领域技术人员熟知的有机玻璃和PDMS即可，可由市场购买获得；如在本发明的实施例中，可以采用苏州安和达塑胶制品有限公司提供的有机玻璃或美国密歇根米德兰康宁提供的PDMS聚合物。

在本发明中，所述上层芯片的下表面带有第一通道，所述第一通道的深度小于上层芯片的厚度。在本发明的实施例中，所述第一通道按照对称式分布的方式进行设计，使传输物质进入通道时能够同等分布，增强传输物质在流动过程中的速度和稳定性。在本发明的实施例中，所述第一通道包括横向通道和对称分布在横向通道两侧的纵向通道，所述纵向通道的方向与横向通道的方向垂直，所述横向通道和纵向通道不连通。在本发明中，所述纵向通道用于向所述中层芯片中的通槽内输送填充物质，如吸附性材料、细胞等；所述横向通道用于使传输物质通过通槽，如使带有毒素的血液通过填充了吸附性材料的通槽以去除血液中的毒素；使细胞培养液通过填充了细胞的通槽以进行细胞培养。

在本发明的实施例中，所述横向通道的设计方式为主干道进行分支，形成支道；所述支道再进行汇合；所述分支部分的通道分布方式与汇合部分的通道分布方式以所述纵向通道的方向为对称轴对称分布；在其他的实施例中，所述横向通道为由一条主干道进行分支，形成两条支干道，两条支干道再次分别分支，形成四条支干道，四条支干道再次进行分支，形成八条支道；所述八条支道再以相邻的两条支道为一组进行汇合，形成四条支干道，四条支主干道再以相邻的两条支干道为一组进行汇合，形成两条支干道，两条支干道再进行汇合，成为一条主干道。

在本发明的实施例中，所述纵向通道的设计方式为主干道进行分支，形成支道；在其他的实施例中，所述纵向通道包括由一条主干道进行分支形成的两条支干道，由两条支干道再次进行分支形成的四条支干道，由四条支干道再次进行分支形成的八条支干道，由八条支干道再次进行分支形成的十六条支道，所述十六条支道并不与上述横向通道中的八条支道连通，所述十六条支道末端位于所述通槽入口处的正上方，填充物质能够通过十六条支道的末端流入通槽中。在本发明的实施例中，如图1所示，5为纵向通道的入口，5处为一通孔，将填充物质通过通孔5输送至一组纵向通道中，填充物质沿着纵向通道流入通槽中，当填充物质填满通槽后多余的填充物质沿着另一组纵向通道流动，从纵向通道的出口6处流出，6处也为一通孔。

在本发明的实施例中，所述第一通道的形状为矩形凹槽，所述凹槽的宽度大于凹槽的深度。在本发明中，当所述凹槽的宽度大于凹槽的深度时，会增强传输物质流动的对流效果，提高传输物质的流动速度；而且所述凹槽的宽度较大还能够减少传输物质流动的阻力，从而减少传输物质流动的驱动力，使本发明提供的人工肝体外工作平台的动力损耗小。在本发明的实施例中，所述第一通道的宽度可以为0.8mm～1.2mm，深度可以为0.3mm～0.5mm；在其他的实施例中，所述第一通道的宽度可以为1mm，深度可以为0.4mm。本发明采用尺寸较小的第一通道能够实现自驱动传质，利用患者穿戴部位的动静脉压差作为驱动力驱动传输物质进行流动，进一步增强了本发明提供的人工肝体外工作平台的便携性和便利性。如可在患者的手臂做动静脉血瘘，利用动脉血压高于静脉血压的原理使动脉血沿着第一通道进行传输。

本发明提供的人工肝体外工作平台包括带有通槽的中层芯片，所述通槽穿透中层芯片，所述第一通道中的传输物质流经通槽。在本发明的优选实施例中，所述第一通道的方向和通槽的方向垂直。在本发明中，所述第一通道的方向和通槽的方向垂直，这样在传质的过程中利用了流体的十字流特性，增强了流体传输过程中的稳定性，从而使本发明提供的人工肝体外工作平台具有较好的系统稳定性。

如图1、图2、图3和图5所示，图5为本发明实施例提供的人工肝体外工作平台中中层芯片的结构示意图。在本发明中，所述中层芯片的材质种类与上述技术方案所述的上层芯片的材质种类一致，在此不再赘述。在本发明中，所述中层芯片的材质和上层芯片的材质可以相同，也可以不同。在本发明中，所述中层芯片的尺寸和形状与上述技术方案所述的上层芯片的尺寸和形状一致，在此不再赘述。在本发明的优选实施例中，所述中层芯片和上层芯片能够完全重合，所述第一通道在通槽的正上方，使第一通道中的传输物质流经通槽。

在本发明的实施例中，所述中层芯片的厚度可以为1mm～3mm；在其他的实施例中，所述中层芯片的厚度可以为1.5mm～2.5mm。在本发明中，所述中层芯片不宜过厚，如果所述中层芯片过厚，在所述中层芯片上的通槽内培养细胞，营养物质或氧气无法传输到通槽最中心的区域，造成中心区域的细胞死亡。本发明对所述通槽的形状、尺寸和个数没有特殊的限制，所述通槽能够支撑第一多孔膜，满足实际操作条件即可。在本发明中，所述通槽的深度与中层芯片的厚度一致。在本发明的实施例中，所述通槽的形状为矩形；在其他的实施例中，所述通槽为纵向矩形，与上述技术方案所述横向通道的方向垂直。在本发明的实施例中，所述通槽的长可以为25mm～35mm，所述通槽的宽可以为1.2mm～1.4mm。在本发明的实施例中，所述通槽的个数可以为10个～20个；在其他的实施例中，所述通槽的个数可以为14个～18个；在另外的实施例中，所述通槽的个数可以为16个。

本发明提供的人工肝体外工作平台包括设置在所述上层芯片和中层芯片之间的第一多孔膜，所述中层芯片在所述上层芯片的下方，所述第一多孔膜的一面覆盖所述通槽，另一面与所述上层芯片的下表面贴合。在本发明中，所述第一多孔膜能将第一通道内的传输物质与通槽内的填充物质隔离开，避免它们接触；所述通槽内可进行细胞培养、药物筛选、填充吸附性材料用于去除血液中的毒素，本发明通过第一多孔膜将传输物质与填充物质隔开，同时通过对通槽进行不同方式的利用使本发明提供的人工肝体外工作平台具有多种功能，从而使本发明提供的人工肝体外工作平台能够进行多种个性化治疗，具有较好的便利性。

本发明提供的人工肝体外工作平台可用于进行细胞培养，可以在所述通槽中进行细胞培养，通过所述第一通道向通槽中输送营养物质。在本发明的实施例中，所述细胞培养可以为肝细胞培养，所述肝细胞培养的条件可以为藻朊酸钠水凝胶三维培养。本发明对所述细胞培养的方法没有特殊的限制，采用本领域技术人员熟知的细胞培养的技术方案即可。

本发明提供的人工肝体外工作平台可用于药物筛选，可在所述通槽中填充肿瘤细胞，通过所述第一通道向通槽中输送药物，观察药物对肿瘤细胞的治疗效果。本发明对所述药物筛选的方法没有特殊的限制，采用本领域技术人员熟知的药物筛选的技术方案即可。

本发明提供的人工肝体外工作平台可用于去除血液中的毒素，可以在所述通槽中填充吸附性材料，通过所述第一通道使含有毒素的血液流经通槽中的吸附性材料，去除血液中的毒素。本发明对所述吸附性材料的种类和来源没有特殊的限制，采用本领域技术人员熟知的用于吸附血液毒素的材料即可，如活性炭或改性活性炭、树脂或改性树脂等，本领域技术人员可根据实际情况选择合适的吸附性材料。

在本发明中，所述第一多孔膜将第一通道和通槽隔开，从而将传输物质和填充物质隔开，可避免传输物质对填充物质的影响，如可避免第一通道内的有毒血液对通槽内培养的肝细胞的影响。此外，所述第一多孔膜将上述第一通道和通槽隔开，能够缓冲第一通道内传输物质流动的剪切力，使本发明提供的人工肝体外工作平台系统更加稳定；另外，所述第一多孔膜还能对第一通道内的传输物质起到一定的吸附作用，如可部分地吸附第一通道内有毒血液中的毒素。

在本发明的实施例中，所述第一多孔膜的厚度可以为300微米～600微米；在其他的实施例中，所述第一多孔膜的厚度可以为350微米～550微米；在另外的实施例中，所述第一多孔的厚度可以为400微米～500微米。在本发明的实施例中，所述第一多孔膜的孔径可以为20微米～50微米；在其他的实施例中，所述第一多孔膜的孔径可以为30微米～40微米。

本发明对所述第一多孔膜的形状和尺寸没有特殊的限制，所述第一多孔膜能够将所述通槽覆盖，使所述第一通道和通槽隔开，满足实际操作条件即可。在本发明的实施例中，所述第一多孔膜的形状可以为长方形，所述第一多孔膜的长可以为35mm～45mm；宽可以为28mm～29mm。

在本发明的实施例中，所述第一多孔膜可以为壳聚糖多孔膜；在本发明的优选实施例中，所述第一多孔膜可以为含有吸附性物质的壳聚糖多孔膜，这种含有吸附性物质的壳聚糖多孔膜能够进一步提高第一多孔膜的吸附效果。在本发明的实施例中，所述吸附性物质可以为活性炭或树脂。在本发明的实施例中，所述吸附性物质的粒度可以为活性炭颗粒。

本发明对所述第一多孔膜的制备方法没有特殊的限制，采用本领域技术人员熟知的多孔膜的制备技术方案即可。在本发明的实施例中，所述壳聚糖多孔膜的制备方法可以为：

将壳聚糖溶液和二氧化硅粒子混合后平铺，形成薄膜；

将所述薄膜中的二氧化硅粒子溶解，得到壳聚糖多孔膜。

在本发明的实施例中，所述壳聚糖溶液可以为壳聚糖水溶液。在本发明的实施例中，所述壳聚糖溶液的质量浓度可以为2％～5％；在其他的实施例中，所述壳聚糖溶液的质量浓度可以为3％～4％。在本发明的实施例中，所述二氧化硅粒子的粒径可以为20微米～50微米。在本发明的实施例中，所述壳聚糖溶液和二氧化硅粒子的质量比可以为1:(3～5)；在其他的实施例中，所述壳聚糖溶液和二氧化硅粒子的质量比可以为1:(3.5～4.5)；在另外的实施例中，所述壳聚糖溶液和二氧化硅粒子的质量比可以为1:4。

在本发明的优选实施例中，可以将壳聚糖溶液、吸附性物质和二氧化硅粒子混合后平铺，形成薄膜。在本发明中，所述吸附性物质与上述技术方案所述吸附性物质一致，在此不再赘述。在本发明的实施例中，所述吸附性物质在所述壳聚糖溶液中的质量含量可以为0.2％～0.6％。

在本发明的实施例中，可以将壳聚糖溶液和二氧化硅粒子混合后浇筑到有沿玻璃皿上后进行烘干，形成薄膜。在本发明的实施例中，得到薄膜后可以将所述薄膜中的二氧化硅粒子溶解，得到壳聚糖多孔膜；在本发明的实施例中，可以将所述薄膜浸泡到碱性溶液中溶解其中的二氧化硅粒子，得到壳聚糖多孔膜。在本发明的实施例中，所述碱性溶液可以为氢氧化钠水溶液。在本发明的实施例中，所述碱性溶液的摩尔浓度可以为3mol/L～6mol/L；在其他的实施例中，所述碱性溶液的摩尔浓度可以为4mol/L～5mol/L。在本发明的实施例中，所述溶解的温度可以为70℃～90℃；在其他的实施例中，所述溶解的温度可以为75℃～85℃；在另外的实施例中，所述溶解的温度可以为80℃。

本发明提供的人工肝体外工作平台包括带有第二通道的下层芯片，所述第二通道的深度小于下层芯片的厚度，所述第二通道位于下层芯片的上表面。如图1、图2、图3和图6所示，图6为本发明实施例提供的人工肝体外工作平台中下层芯片的结构示意图。在本发明中，所述下层芯片的材质种类、尺寸、厚度和形状与上述技术方案所述的上层芯片的材质种类、尺寸、厚度和形状一致，在此不再赘述。在本发明的实施例中，所述下层芯片和上层芯片的材质可以相同，也可以不同。在本发明的优选实施例中，所述下层芯片可以和上层芯片完全重合，所述下层芯片中的第二通道位于所述通槽的正下方。

在本发明中，所述下层芯片的上表面带有第二通道，所述第二通道的深度小于下层芯片的厚度。在本发明的优选实施例中，所述第二通道的方向与上述通槽的方向垂直，这样在传质的过程中利用了流体的十字流特性，增强了流体传输过程中的稳定性，从而使本发明提供的人工肝体外工作平台具有较好的系统稳定性。

在本发明的实施例中，所述第二通道按照对称式分布的方式进行设计，使传输物质进入通道时能够同等分布，增强传输物质在流动过程中的速度和稳定性。在本发明中，所述第二通道的设计方式与上述技术方案所述横向纵道的设计方式一致，在此不再赘述。在本发明中，所述第二通道的形状可以和所述横向通向的形状相同，也可以不同。在本发明的优选实施例中，所述第二通道和横向通道的形状相同。在本发明中，所述第二通道的宽度和深度与上述技术方案所述的第一通道的宽度和深度一致，在此不再赘述。在本发明中，所述第二通道的宽度和深度可以和第一通道的宽度和深度相同，也可以不同。

本发明提供的人工肝体外工作平台包括设置在所述中层芯片和下层芯片之间的第二多孔膜，所述上层芯片、中层芯片和下层芯片从上到下依次排列，所述第二多孔膜的一面覆盖所述通槽，另一面与所述下层芯片的上表面贴合。在本发明中，所述第二多孔膜能够将所述下层芯片中的第二通道和中层芯片中的通槽隔开，一方面能够缓冲第二通道中传输物质的剪切力；另一方面还能对第二通道中的传输物质起到一定的吸附作用；而且还能将所述通槽中的填充物质和第二通道中的传输物质隔开，避免它们之间的相互影响。

在本发明中，所述第二多孔膜的材质、大小、形状、厚度和孔径与上述技术方案所述的第一多孔膜的材质、大小、形状、厚度和孔径一致，在此不再赘述。在本发明中，所述第二多孔膜的材质、大小、形状、厚度和孔径可以和上述技术方案所述的第一多孔膜的材质、大小、形状、厚度和孔径相同，也可以不同。

在本发明中，所述第一通道出口和第二通道入口连接，传输物质从第一通道入口流入，流经通槽，到达第一通道出口，由第一通道出口流入第二通道入口，流经通槽的传输物质沿着第二通道流动，由第二通槽出口流出人工肝体外工作平台。

在本发明的优选实施例中，所述第一通道出口和第二通道入口的位置使传输物质在第一通道中的流动方向和第二通道中的流动方向相反。在本发明中，传输物质在上层芯片中的传输方向与下层芯片中的传输方向相反，形成了对流传质，提高了传质的效率，从而提高了人工肝体外工作平台的解毒能力，使本发明提供的人工肝体外工作平台的解毒效率高、治疗时间短。

在本发明的实施例中，如图1所示，其中1为第一通道的入口，1处为一通孔，通过这个通孔向第一通道的横向通道内注入传输物质，如带有毒素的血液、细胞培养液、待筛选的药物等；传输物质通过横向通道流动至2处，2为横向通道的末端，即横向通道的出口，传输物质在流动至2处的过程中经过通槽，可在流动的过程中将血液中的毒素在通槽中的吸附性材料中去除，将细胞培养液输送至通槽中进行细胞培养，或将待筛选药物输送至通槽中对其中的肿瘤细胞进行治疗，从而筛选药物；孔2与孔3通过导管连接，3处为不穿透上层芯片的孔，这个孔与中层芯片中7处的通孔连通，同时7处通孔与下层芯片中9处第二通道的开始端连通，9处即为第二通道入口，流经通槽的传输物质沿着第二通道传输至第二通道的末端10处，10处即为第二通道出口，10处与中层芯片8处的通孔连通，8处的通孔与上层芯片4处的通孔连通，流经通槽的传输物质从第二通道出口经过通孔8，最终通过通孔4从人工肝体外工作平台中流出。在本发明的实施例中，所述导管可以为医用橡胶软管。

在本发明的实施例中，所述人工肝体外工作平台的制备方法可以为：

将上层芯片、第一多孔膜、中层芯片、第二多孔膜和下层芯片从上到下依次排列，所述上层芯片的下表面设置有第一通道；所述中层芯片设置有穿透中层芯片的通槽；所述下层芯片的上表面设置有第二通道，使通槽在第二通道的正上方，第一通道在通槽的正上方，第一多孔膜覆盖在通槽的上表面，第二多孔膜覆盖在通槽的下表面；

将所述上层芯片、中层芯片和下层芯片紧固连接，使第一多孔膜的一面覆盖通槽，另一面与所述上层芯片的下表面贴合；第二多孔膜的一面覆盖通槽，另一面与所述下层芯片的上表面贴合。

在本发明中，所述上层芯片、第一多孔膜、中层芯片、第二多孔膜、下层芯片、第一通道、通槽和第二通道与上述技术方案所述的上层芯片、第一多孔膜、中层芯片、第二多孔膜、下层芯片、第一通道、通槽和第二通道一致，在此不再赘述。在本发明的实施例中，可以通过螺丝钉将所述上层芯片、中层芯片和下层芯片紧固连接。

实施例1

具有图1所示结构的人工肝体外工作平台，包括：

半径为4cm、厚度为6毫米的圆形下层芯片，所述下层芯片的材质为有机玻璃；

设置在所述下层芯片上表面的第二通道，所述第二通道包括主干道，主干道进行分支，形成两条圆弧型支干道，两条支干道再次进行分支，形成四条圆弧型支干道，四条支干道再次进行分支，形成长度为4cm的八条直线型支道，在八条支道的末端，相邻的两条支道进行汇合，形成四条圆弧形支干道，四条支干道的末端相邻的两条支干道进行汇合，形成两条圆弧型支干道，两条支干道的末端进行汇合，形成一条主干道，9处为第二通道入口，10处为第二通道出口；所述第二通道为宽度1mm、深度为0.5mm的凹槽；设置在所述下层芯片上方的半径为4厘米，厚度为1mm的中层芯片，所述中层芯片的材质为有机玻璃，在所述中层芯片的中部设置有16个长度为30mm、宽度为1.4mm的矩形纵向通槽，所述通槽穿透中层芯片；所述中层芯片的边缘处设置有两个通孔，其中通孔8在所述第二通道出口10的正上方，与第二通道出口10重合；通孔7设置在所述第二通道入口9的正上方，与所述第二通道入口9重合；

设置在所述下层芯片和中层芯片之间的长方形第二壳聚糖多孔膜，所述第二壳聚糖多孔膜的厚度为400微米，孔径为30微米，所述第二壳聚糖多孔膜的长为40mm、宽为28mm，所述第二壳聚糖的多孔膜一面完全覆盖在所述通槽的下表面，另一面与所述下层芯片的上表面贴合，所述通槽在所述第二通道的正上方，所述第二壳聚糖多孔膜将所述通槽和第二通道隔开；

设置在所述中层芯片上方的半径为4厘米、厚度为2mm的上层芯片，所述上层芯片的材质为有机玻璃，设置在所述上层芯片下表面的第一通道，所述第一通道包括横向通道和纵向通道，所述横向通道的形状和上述第二通道的形状相同；其中1处为横向通道入口，为一通孔，2处为横向通道的末端，不穿透上层芯片；

所述纵向通道有两组，与所述横向通槽的方向垂直，对称地分布在所述横向通道的两侧，第一组纵向通道包括主干道，主干道进行分支，形成两条圆弧型支干道，两条支干道再次进行分支，形成四条圆弧型支干道，四条支干道再次进行分支，形成八条圆弧型支干道，八条支干道再次进行分支，形成十六直线型的支道，十六条支道的末端分别在上述16个纵向矩形通槽上端入口的正上方；第二组纵向通道与第一组纵向通道的形状完全相同，与第一组纵向通道对称地分布在上述横向通道的两侧，第二组纵向通道的十六条支道的末端分别在上述16个纵向矩形通槽的下端入口的正上方；其中第一组纵向通道的开始端5为纵向通道的入口，5处为一通孔；第二组纵向通道的开始端6为纵向通道的出口，6处为一通孔；

设置在所述上层芯片边缘的孔3和孔4，孔3不穿透上层芯片，在通孔7的正上方与通孔7重合，通过医用橡胶软管将横向通道末端2、孔3、通孔7和第二通道入口9连接起来(图中未画出)；孔4为一通孔，在通孔8的正上方与通孔8重合，为人工肝体外工作平台的出口；

设置在所述上层芯片和中层芯片之间的第一壳聚糖多孔膜，所述第一壳聚糖多孔膜的厚度、孔径、尺寸和形状与上述第二壳聚糖多孔膜的厚度、孔径、尺寸和形状一致，所述第一壳聚糖多孔膜的一面完全覆盖在通槽的上表面，另一面与所述上层芯片的下表面贴合；所述第一通道在所述通槽的正上方，第一通道中的传输物质流经通槽，第一多孔膜将第一通道和通槽隔开；

所述上层芯片、中层芯片和下层芯片通过螺丝钉紧固。

实施例2

采用实施例1提供的人工肝体外工作平台进行肝细胞培养，具体过程为：

收集肝细胞，将肝细胞与质量浓度为1％的藻朊酸钠溶液混合均匀，得到细胞悬浮液；

将所述细胞悬浮液从实施例1提供的人工肝体外工作平台的纵向通道入口5处灌入，细胞悬浮液沿着第一组纵向通道流入16个通槽内；

将摩尔浓度为0.204mol/L的CaCl₂水溶液从横向通道入口1处灌入，CaCl₂水溶液沿着横向通道流动，到达横向通道的末端2处，CaCl₂水溶液在流动的过程中经过通槽，一部分CaCl₂水溶液通过第一多孔膜扩散进入通槽中的细胞悬浮液中，使细胞悬浮液变为水凝胶，为肝细胞的生长提供了三维环境；

流至横向通道末端2处的CaCl₂水溶液通过医用橡胶软管经过孔3、通孔7输送至第二通道入口9处，沿着第二通道流动，到达第二通道出口10处，再依次通过通孔8和通孔4流出人工肝体外工作平台。

将肝细胞在本发明实施例1提供的人工肝体外工作平台中培养7天后，取出进行PI/Hoechst双染色分析，测试细胞成活率；测试结果为，采用本发明实施例1提供的人工肝体外工作平台进行肝细胞培养，细胞成活率为90％以上。

实施例3

采用本发明实施例1提供的人工肝体外工作平台研究肝毒素清除效果，具体过程为：

采用两台本发明实施例1提供的人工肝体外工作平台进行肝毒素清除实验，按照实施例2所述的方法，分别在上述两台人工肝体外工作平台中进行细胞培养。

将两台人工肝体外工作平台中一台作为对照组，将DMEM培养基从横向通道入口1处灌入，DMEM培养基沿着横向通道流动，到达横向通道的末端2处，DMEM培养基在流动的过程中经过通槽，一部分DMEM培养基通过第一多孔膜扩散进入通槽中的肝癌细胞团，对肝癌细胞进行培养；

将另一台人工肝体外工作平台作为实验组，将DMEM培养基和配备好的200mg/L的胆红素溶液(药物溶液)，从横向通道入口1处灌入，所述混合溶液沿着横向通道流动，到达横向通道的末端2处，混合溶液在流动的过程中经过通槽，一部分混合溶液通过第一多孔膜扩散进入通槽中的肝细胞，与肝细胞发生作用。

将肝细胞在上述两台人工肝体外工作平台中培养2天，用PI/Hoechst双染色和全自动生化分析仪分析毒素浓度和代谢产物的浓度；测试结果为，实验组培养的肝毒素浓度比对照组下降55％；实验组对肝毒素的清除有明显效果；由此可知，本发明实施例1提供的人工肝体外工作平台可进肝毒素清除。

由以上实施例可知，本发明提供了一种人工肝体外工作平台，包括：带有第一通道的上层芯片，所述第一通道的深度小于上层芯片的厚度，所述第一通道位于上层芯片的下表面；带有通槽的中层芯片，所述通槽穿透中层芯片；所述第一通道中的传输物质流过通槽；带有第二通道的下层芯片，所述第二通道的深度小于下层芯片的厚度，所述第二通道位于下层芯片的上表面；所述上层芯片、中层芯片和下层芯片从上到下依次排列；设置在所述上层芯片和中层芯片之间的第一多孔膜，所述第一多孔膜的一面覆盖所述通槽，另一面与所述上层芯片的下表面贴合；设置在所述中层芯片和下层芯片之间的第二多孔膜，所述第二多孔膜的一面覆盖所述通槽，另一面与所述下层芯片的上表面贴合；所述第一通道出口和第二通道入口连接。本发明提供的人工肝体外工作平台模拟了肝窦结构，所述第一多孔膜和第二多孔膜类似于肝窦内皮，将所述第一通道和通槽以及第二通道和通槽隔开，防止第一通道和第二通道中的传输物质进入通槽，使这种人工肝体外工作平台具有细胞培养、药物筛选和清除毒素等多种功能，具有较好的便利性。

Claims (9)

1.一种人工肝体外工作平台，包括：

带有第一通道的上层芯片，所述第一通道的深度小于上层芯片的厚度，所述第一通道位于上层芯片的下表面；所述上层芯片的形状为圆形或方形；

带有通槽的中层芯片，所述通槽穿透中层芯片；所述第一通道中的传输物质流经通槽；

带有第二通道的下层芯片，所述第二通道的深度小于下层芯片的厚度，所述第二通道位于下层芯片的上表面；

所述上层芯片、中层芯片和下层芯片从上到下依次排列；

设置在所述上层芯片和中层芯片之间的第一多孔膜，所述第一多孔膜的一面覆盖所述通槽，另一面与所述上层芯片的下表面贴合；

设置在所述中层芯片和下层芯片之间的第二多孔膜，所述第二多孔膜的一面覆盖所述通槽，另一面与所述下层芯片的上表面贴合；

所述第一通道出口和第二通道入口连接；所述第一通道出口和第二通道入口的位置使传输物质在第一通道中的流动方向和第二通道中的流动方向相反。

2.根据权利要求1所述的人工肝体外工作平台，其特征在于，所述上层芯片、中层芯片和下层芯片的材质独立地选自有机玻璃或聚二甲基硅氧烷。

3.根据权利要求1所述的人工肝体外工作平台，其特征在于，所述上层芯片、下层芯片和中层芯片的面积独立地选自160平方厘米～450平方厘米。

4.根据权利要求1所述的人工肝体外工作平台，其特征在于，所述中层芯片的厚度小于上层芯片的厚度；

所述中层芯片的厚度小于下层芯片的厚度。

5.根据权利要求1所述的人工肝体外工作平台，其特征在于，所述上层芯片和下层芯片的厚度独立地选自5毫米～8毫米；

所述中层芯片的厚度选自1毫米～3毫米。

6.根据权利要求1所述的人工肝体外工作平台，其特征在于，所述第一通道和第二通道的设计方式独立地选自对称式分布设计。

7.根据权利要求1所述的人工肝体外工作平台，其特征在于，所述第一通道和第二通道的方向平行；

所述通槽的方向分别与所述第一通道和第二通道的方向垂直。

8.根据权利要求1所述的人工肝体外工作平台，其特征在于，所述第一通道和第二通道的形状独立地选自矩形凹槽，所述凹槽的宽度大于凹槽的深度。

9.根据权利要求1所述的人工肝体外工作平台，其特征在于，所述第一多孔膜和第二多孔膜独立地选自壳聚糖多孔膜。