CN109234163A - 一种高通量肿瘤靶向药物浓度筛选微流控器件 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种高通量肿瘤靶向药物浓度筛选微流控器件，该微器件由细胞进样层、气动薄膜层和细胞操控层组成。其中细胞进样层包括多细胞进样通道和阀控制通道，可以实现多种细胞的同时进样。细胞操控层具有“两级并联”结构，第一级并联结构为浓度梯度发生器模块，第二级并联结构为细胞培养模块。其中，浓度梯度发生器模块可实现颗粒型肿瘤靶向药物的均匀混合、生成多种比例药物浓度；多细胞培养模块可以为细胞培养提供动态、均一、稳定的流体流动微环境，实现在相同微环境下多种细胞的独立培养，以用于靶向药物作用。该微流控器件为高通量细胞培养、肿瘤靶向药物筛选和细胞‑药物实验提供了一个新的技术平台。

Description

一种高通量肿瘤靶向药物浓度筛选微流控器件
技术领域
本发明属于微流控芯片及其生物医学、药物筛选等应用领域，尤其涉及一种高通量肿瘤靶向药物浓度筛选微流控器件。
技术背景
细胞是生物体结构、功能及生命活动的基础，细胞研究对于认识生物体、揭示生命活动、药物筛选、诊断疾病等具有重要意义。细胞培养是细胞研究的前提，细胞培养的微环境对于细胞增值、分化与表达有关键性的影响。在生物体中大多数的组织细胞所处的流体环境为间隙流动，具有流动稳定且流速和剪切力较小的特点。因此，在细胞体外培养时构建细胞近体微环境具有重要意义，一方面要为细胞培养提供动态、稳定、均一、低剪切力的流体流动微环境；另一方面要控制和传导这些信号分子的浓度梯度。传统的细胞体外培养方法很难模拟细胞的在体生存微环境，从而影响了细胞的正常生长及表达，进一步导致接下来的细胞研究结果的可信度大大降低。而近些年发展起来的微流控芯片技术，其通道网络与细胞在体时所处的脉管系统非常相似，既可实现各种模块的集成，又可进行动态灌注式培养，使细胞微环境的体外模拟和控制成为可能。
现有的微流控浓度梯度发生器最为常见的就是并流型浓度梯度发生器，利用层流原理在并行的相邻液流间通过扩散作用传质，形成梯度的特征只与物质种类、流速和接触时间有关。其中，最为典型的就是“圣诞树”构型的浓度梯度发生器，其可形成的梯度线性范围宽，但其浓度梯度比例固定为线性，不能根据需求调控。现有的基于微流控的细胞培养单元，在细胞培养区域内，有大量流体与细胞直接接触，形成较大的剪切力，从而影响甚至是破坏细胞。此外，如何在同一芯片上，各自不同的浓度梯度下实现多种细胞的独立培养，是微流控技术在靶向药物筛选方向上的关键和难点。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术难点，设计了一种用于高通量肿瘤靶向药物浓度筛选的新型微流控器件，该微流控器件既可以实现颗粒型肿瘤靶向药物的均匀混合、生成多种比例药物浓度，又可以构建动态、均一、稳定的流体流动微环境，实现在相同微环境下多种细胞的独立培养，以用于靶向药物作用。采用微加工工艺制作该微流控器件，并用其进行细胞体外培养。
本发明的技术方案：
一种高通量肿瘤靶向药物浓度筛选微流控器件，所述的微流控器件由三层结构组成，自上而下依次是细胞进样层1、气动薄膜层2和细胞操控层3；
所述的细胞进样层1包括用于细胞悬液灌注进样的多细胞进样通道27、用于控制气动薄膜23的阀控制通道28、培养液进样口29、药液进样口30、废液口31、气体入口32和细胞进样口33；其中，多细胞进样通道27和阀控制通道28交替布置，相互独立；多细胞进样通道27由第一直线通道34和与细胞培养池15大小形状完全相同的多个培养池对准腔35连接而成，其端部设有细胞进样口33；阀控制通道28由第二直线通道36和与气动薄膜23大小形状完全相同的多个气体填充腔37组成，多条水平、相互平行的阀控制通道28与一条竖直的阀控制通道28汇聚，垂直的阀控制通道28端部设有气体入口32；细胞悬液从细胞进样口33注入，流经多细胞进样通道27，在培养池对准腔35的作用下，透过细胞进样过渡孔22，准确进入与之对应的细胞培养池15中；气体从气体入口32进入，充满阀控制通道28，作用于气动薄膜23，控制气动微阀；细胞进样层1上还开有培养液进样口29、药液进样口30和多个废液口31，分别与气动薄膜层2的培养液进样孔24、药液进样孔25和废液孔26相对应；
所述的气动薄膜层2用于连通细胞操控层1与细胞进样层3，包括细胞进样过渡孔22、气动薄膜23、培养液进样孔24、药液进样孔25和废液孔26；与细胞培养池15大小形状完全相同的细胞进样过渡孔22，既保证细胞悬液成功注入到细胞培养池15中，又在可视化对准过程中起定位作用；与主通道18和一级子通道19交叉点位置对应的气动薄膜23，用于构建气动微阀和阻隔各个细胞培养单元13，以避免不同种类细胞悬液的混合，使每个细胞培养池15内只有一种细胞，实现在同一芯片上多种细胞的独立培养，以用于靶向药物作用；培养液进样孔24、药液进样孔25和废液孔26，分别与培养液进样池6、药液进样池7和废液池14一一对应；
所述的细胞操控层3是该微流控器件的关键所在，具有“两级并联”结构，第一级并联结构为浓度梯度发生器模块4，第二级并联结构为细胞培养模块5；
所述的浓度梯度发生器模块4包括培养液进样池6、药液进样池7、培养液进样通道8、药液进样通道9、混合器10、混合液出液通道11以及混合液出样口12；培养液及药物溶液分别从培养液进样池6和药液进样池7流入对应的培养液进样通道8和药液进样通道9，形成单独的培养液通道、培养液与药物溶液混合通道两部分；其中，培养液在培养液进样通道8分为两路，一路通过培养液进样通道8流入，另一路进入药液进样通道9，与药物溶液在一级混合器中混合；药物溶液直接通过药液进样通道9进入一级混合器，与培养液；培养液与药物溶液在一级混合器混合后，分为两路：一路进入二级混合器，另一路直接通过混合液出液通道11进入细胞培养模块5；单独的培养液通道分为两路：一路直接通过混合液出液通道11进入细胞培养模块5，另一路进入二级混合器，继续混合；根据出样数量和混合浓度的要求，可增设多级混合器，混合方式同二级混合器的混合方式；上述形成混合均匀的、不同浓度的单一或混合溶液，最后经过混合液出液通道11的控制，以保证在各个混合液出样口12液体流速相同；
所述的浓度梯度发生器模块4根据等效电路模型(如图6所示)法设计，即设计出各段通道的长度，具体设计过程如下：
(1)根据设计要求，即所要形成的药物浓度梯度以及进入细胞培养单元的液体流速，预先给定原始药物浓度C0、各出口处溶液的浓度Ci和流量QOi。在等效电路模型中，是把流量等效为电流，故其应该满足基尔霍夫电流定律，将等效电路模型从右向左递推，便可得到各分支的流体流量Q(包括QBi、QB′i、QSi和QMi)，其中，ηi＝QSi/(QSi+QBi)＝Ci/Ci-1。
(2)确定各分支的微流道长度L(包括LBi、LB′i、LSi、LMi和LOi)。其中，入口段处微流道长度LB′1和LS1的作用是实现层流完全发展，其最小值应该满足Le＝0.0575dRe(d为水力直径)，与培养液进样通道8和药液进样通道9相对应；通过等效电路模型可以看出，支路Si和Bi的长度LSi和LBi对混合效果不起作用，可根据结构美观需求赋值；支路Mi的作用是实现流体的完全混合，其长度根据层流完全混合通道的最小距离公式来计算得到，即(为流体的平均流速，w为混合处微流道的截面宽度，D为溶质分子的扩散系数)，与混合器相对应；由于MEMS工艺“二维半”的制作限制，微流道截面最常见的形状为矩形，对于截面固定的矩形微流道而言，同种流体的流阻R只与微流道的长度L呈正比，因此根据等效电路模型结合基尔霍夫电压定律，通过计算可得到LB′i和LOi的大小，LOi与混合液出液通道11相对应。为增强混合效果，同时减少芯片尺寸，设计时采用多个弯道的方法。
所述的多细胞培养模块5包括细胞培养单元13和废液池14，细胞培养单元13通过管道采用先串联再并联的方式集成，端部为废液池14；细胞培养单元13的设计基础是对双子叶植物叶片内叶脉细脉处结构的研究，模拟其网络结构，采取冗余设计思想，设计出多细胞培养单元的微通道结构；其核心部分是形状为八边形对细胞培养池15，位于细胞培养单元13中心，其被微柱阵列16所包围，微柱阵列16之间存在多条灌注通道17；用于串联整个细胞培养单元13的是微通道，包括主通道18、一级子通道19、二级子通道20和三级子通道21，主通道18为细胞培养单元13的入口通道；一级子通道19为主通道18分开的两条通道；二级子通道20为位于微柱阵列16外的外微柱间以及微柱与细胞培养单元13内壁间所形成的通道；三级子通道21为微柱阵列16与外微柱间所形成的通道；上述各通道的水力直径满足Murray定律，这种设计具有等级分岔特征，可以满足在通道内流体能量消耗最小的原则。
所述的细胞进样层、气动薄膜层和细胞操控层采用热固性聚合物聚二甲基硅氧烷(PDMS)。制作过程如下：首先在平整的玻璃片上均匀旋涂一层负胶BN-303(或BN-308)以增加后续SU-8胶与基底的结合性，烘干后全曝光；旋涂一层SU-8胶，前烘后采用光刻技术图形化SU-8胶，再经显影液处理即可得到SU-8胶模具。这种模具具有制作简单、成本低的优点；将烘干后的模具置于干燥塔内密封好，用三甲基氯硅烷(脱模剂)熏蒸30分钟，有利于后续的脱模；以脱模剂处理后的SU-8胶模具为模板，采用模塑法将SU-8模具上的图形转移到热固性聚合物PDMS上。其中，气动薄膜层使用PDMS材料时，其厚度要小于等于SU-8模具上的与细胞进样过渡孔、药液进出样孔对应的微柱高度，以形成通孔，又要大于与气动薄膜对应的微柱高度，以形成气动薄膜。
所述的细胞进样层采用微流控芯片专用打孔器在培养液及药液进出样口、细胞进出样口和气体入口的对应位置打出通孔。
所述的细胞进样层、气动薄膜层和细胞操控层通过氧等离子体处理方法键合在一起。所述的氧等离子体处理键合方法具体为当三层结构选用的材料均为PDMS时，键合面经过氧等离子体处理后表面产生亲水性基团羟基(-OH)，当键合面贴在一起时，羟基间发生反应生成牢固的氧键(-O-)和水(H2O)，因此三层结构之间牢固的粘在一起，形成永久性的键合。
所述的键合过程中，三层芯片之间需要对准，以保证细胞悬液顺利进入细胞培养池中以及气动微阀能起到良好的隔绝效果。所述的对准过程采用可视化的显微成像技术，将对准过程呈现在计算机屏幕上，通过调整上下平台上芯片层之间的相互位置来实现对准。
所述的微流控器件、硅胶管和管接头在用于细胞培养之前，先分别用医用酒精和三蒸水冲洗三遍，然后用高温高压灭菌锅进行灭菌1小时，灭好菌后包被鼠尾胶原蛋白或纤连蛋白，包被好胶原后置于孵育箱过夜，利于后续细胞贴壁。在注入细胞悬液前，先利用注射器在气体通道内通入气体，使气动微阀关闭，待细胞贴壁后，搭建动态培养平台，对该微流控器件中的细胞进行动态培养，保证营养液的充足供给以及代谢废物的及时排出。在动态培养过程中每隔24小时对培养池内的细胞进行一次观察拍照，直至细胞铺满整个培养池，为之后的靶向药物作用提供细胞基础。
本发明的有益效果：可以同时实现多种细胞的独立培养，且保证其所处的微环境均相同，而并联后的细胞培养单元串又可以进行不同浓度的药物作用，为靶向药物筛选提供了新的实验平台。
附图说明
图1是本发明中微器件的三维结构图。
图2是本发明中细胞操控层3的二维视图。
图3是本发明中单个细胞培养单元13的放大示意图。
图4是本发明中气动薄膜层2的二维视图。
图5是本发明中细胞进样层1的二维视图。
图6是浓度梯度发生器的等效电路模型图。
图7(a)是培养单元内培养pc-12的FDA染色荧光图。
图7(b)是培养单元内培养hela细胞的FDA染色荧光图。
图中：1细胞进样层；2气动薄膜层；3细胞操控层；4浓度梯度发生器；5多细胞培养模块；6培养液进样池；7药液进样池；8培养液进样通道；9药液进样通道；10混合器；11混合液出液通道；12混合液出样口；13细胞培养单元；14废液池；15细胞培养池；16微柱阵列；17灌注通道；18通道；19一级子通道；20二级子通道；21三级子通道；22细胞进样过渡孔；23气动薄膜；24培养液进样孔；25药液进样孔；26废液孔；27多细胞进样通道；28阀控制通道；29培养液进样口；30药液进样口；31废液口；32气体入口；33细胞进样口；34直线通道；35培养池对准腔；36直线通道；37气体填充腔。
具体实施方式
结合附图和技术方案，进一步说明本发明的具体实施方式。
如图1所示，一种高通量肿瘤靶向药物浓度筛选微流控器件，该微器件由三层结构组成，分别是位于顶部的细胞进样层1、位于中间的气动薄膜层2和位于底部的细胞操控层3。其中，细胞操控层3是所设计微器件的关键结构，具有“两级并联”结构，第一级并联结构为可以实现颗粒型肿瘤靶向药物的均匀混合、生成多种比例药物浓度的浓度梯度发生器模块4，第二级并联结构为可以构建动态、均一、稳定的流体流动微环境，实现多种细胞独立培养的多细胞培养模块5。
所述的浓度梯度发生器模块4根据等效电路模型法设计。(1)流量计算：本实施例中给定的原始药物浓度和出口处溶液的浓度为C0、C1＝0.5C0、C2＝0.1C0、C3＝0mol/L，出口处的流量为QO1＝QO2＝QO3＝2μl/min。经计算可得：QB1＝1.2μl/min、QB2＝1.6μl/min；QB′1＝4.8μl/min、QB′2＝3.6μl/min；QS1＝1.2μl/min、QS2＝0.4μl/min；QM1＝2.4μl/min、QM2＝2μl/min。(2)流道长度计算：本实施例中，矩形截面的宽为：w＝200μm，高为：h＝100μm，各分支的微流道长度为：LS1＝10mm，LS2＝3mm,LB1＝LB2＝LB3＝10mm,LM1＝300mm，LM2＝200mm，LB′1＝5mm，LB′2＝199.2mm，LO1＝252.6mm，LO2＝52mm，LO3＝250mm。为增强混合效果，同时减少芯片尺寸，设计时采用多个弯道，其中，弯折角度θ＝60°。对于折管而言，其局部阻力计算公式为Δp＝ξρu2/2。式中， 经计算ξ＝1.86，即Δp＝0.93ρu2。而对于直通道而言，其阻力为式中，f为层流时的摩擦因子，f＝62.20/Re，D为水力直径，因弯道设计会有局部阻力的产生，为保证与直通道阻力相同，需进行一定补偿，补偿后的可分支的微流道长度为LM1＝295.1mm，LM2＝196.1mm，LB′2＝197mm，LO1＝247.6mm，LO2＝51mm，LO3＝245.1mm，其余各分支因没有进行弯道设计，故不用进行补偿，其值不变。
所述的多细胞培养模块5将细胞培养单元采用先串联再并联的方式集成，细胞培养单元的设计基础是对双子叶植物叶片内叶脉细脉处结构的研究，采取冗余设计思想，具体结构如图3所示，其主通道的横截面与浓度梯度发生器中微流道的截面相同。此外，主通道18、一级子通道19、二级子通道20和三级子通道21具有等级分岔特征，其水力直径满足Murray定律，即下一级分岔通道的水力直径的三次方之和等于上一级分岔通道的水力直径的三次方。本实施例中，主通道的深度为100μm、宽度为200μm；一级子通道的深度为100μm、宽度为112μm；二级子通道的深度为100μm、宽度为58μm；三级子通道的深度为100μm、宽度为41μm。细胞培养池15的形状为多边形结构(通过观察双子叶植物叶脉得出)，其大小在满足显微镜视野范围要求的前提下，尽可能大，以增加细胞的数量。本实施例中，细胞培养腔是将内切圆直径为1mm的正八边形结构按X＝2，Y＝1缩放得到的，其深度与各级微通道相同。细胞培养池是通过外围微柱16环绕而成，其作用是使培养液形成间隙流动，在保证充分换液的前提下，降低细胞培养腔内的流速与剪切力，减小外部扰动对细胞所处微环境的影响，其径向宽度为50～200μm，本实施例中为100μm。由微柱阵列形成的多条灌注通道17，宽度为5～50μm，本实施例中为30μm，其深度与细胞培养腔相同。
所述的培养液进样池6和药液进样池7完全相同，深度与微流道深度相同，直径为1～4mm,本实施例中为3mm，栅栏微柱阵列的内圆直径为0.5～2.5mm，与其对应的进样通孔24、25和进样口29、30大小相同，本实施例中为2mm，内圆直径为1.5～3.5mm，本实施例中为2.5mm，微柱阵列存在的意义是有效避免培养液或药物溶液中的杂质进入微器件中。所述的废液池14，其深度与主通道18相同，直径为1～3mm，本实施例中为2mm。与之对应的废液孔26和废液口31直径为0.5～2mm，本实施例中为1mm。所述的细胞进样过渡孔22，其形状大小与细胞培养池完全相同。所述的气动薄膜23，其位置与与主通道和一级通道交叉点对应，其大小要保证在气动微阀关闭时，细胞悬液不会进入主通道中，本实施例中为直径0.6mm的圆。所述的多细胞进样通道27，其宽度为100～500μm，本实施例中为300μm；阀控制通道28宽度为100～500μm，本实施例中为200μm，二者具有相同的深度，本实施例中为100μm。所述的气体入口32直径为1～3mm，本实施例中为2mm；细胞进样口33直径为0.5～2mm，本实施例中为1mm。最终，该微流控器件的整体大小为72mm×65mm×3mm。
本实施例中，所述的微流控器件的均采用以SU-8胶为材料的模具，具体操作如下：对于细胞进样层和细胞操控层而言，首先在平整的玻璃片上均匀旋涂一层负胶BN-303以增加后续SU-8胶与基底的结合性，其厚度为0.5-2.0um，烘干后再旋涂一层SU-8胶。对于细胞培养及进药层，其厚度与细胞细胞培养池的深度相同，为100μm；对于细胞进样及气体通道层，其厚度与细胞进样通道的深度相同，为100μm前烘后采用光刻技术图形化SU-8胶，经过显影得到SU-8胶模具。而对于细胞过渡及气动薄膜层，由于深宽比较大且不同位置厚度不同，故需要多次悬涂SU-8胶，多次光刻，一次显影，以实现在通孔位置光刻胶的厚度为1mm，在气动薄膜位置光刻胶厚度为850μm。这种模具具有制作简单、成本低的优点；将烘干后的模具置于干燥塔内，用三甲基氯硅烷熏蒸半小时，有利于后续的脱模。模具制作好之后，选择热固性聚合物聚二甲基硅氧烷PDMS作为微器件材料，利用模塑法制备微器件的三层结构。采用微流控芯片专用打孔器在培养液进样口、药液进样口、气体入口以及废液口对应位置打出通孔。最后，利用等氧离子体键合的方法，在可视化对准平台上实现微流控器件的最终键合，键和参数为35w，50s
本实施例中，细胞培养微器件、硅胶管和管接头在用于细胞培养之前，先分别用医用酒精和三蒸水冲洗三遍，然后用高温高压灭菌锅进行灭菌1小时，灭好菌烘干后的细胞培养微器件包被浓度为5μg/ml的纤连蛋白，将其置于孵育箱中过夜。在微器件内注满细胞培养液，待细胞培养液注满之后，在阀控制通道内通入气体，使气动微阀关闭，然后将之前配置好的pc-12和hela细胞(浓度为5×105～5×106个/ml，本实施例为2×106个/ml)的悬浮液通过细胞进样口注入，由于细胞进样过渡孔的存在和气动微阀的关闭，不同细胞可以准确进入各自不同的细胞培养池，实现了不同细胞的独立培养。待细胞注入后，吸出气体，使气动微阀开启，将其置于孵育箱中培养。待细胞贴壁后，通过硅胶管和管接头将微器件与注射泵连接在一起，搭建细胞动态培养平台。对该微流控器件中的细胞进行动态培养，保证营养液的充足供给以及代谢废物的及时排出。在动态培养过程中每隔24小时对培养池内的细胞进行一次观察拍照，直至细胞铺满整个培养池。细胞铺满整个培养池后用FDA染色，证明其具有良好的生物活性(如图7(a)和图7(b)所示)。

Claims (1)

1.一种高通量肿瘤靶向药物浓度筛选微流控器件，其特征在于，所述的微流控器件由三层结构组成，自上而下依次是细胞进样层(1)、气动薄膜层(2)和细胞操控层(3)；
所述的细胞进样层(1)包括用于细胞悬液灌注进样的多细胞进样通道(27)、用于控制气动薄膜(23)的阀控制通道(28)、培养液进样口(29)、药液进样口(30)、废液口(31)、气体入口(32)和细胞进样口(33)；其中，多细胞进样通道(27)和阀控制通道(28)交替布置，相互独立；多细胞进样通道(27)由第一直线通道(34)和与细胞培养池(15)大小形状完全相同的多个培养池对准腔(35)连接而成，其端部设有细胞进样口(33)；阀控制通道(28)由第二直线通道(36)和与气动薄膜(23)大小形状完全相同的多个气体填充腔37组成，多条水平、相互平行的阀控制通道(28)与一条竖直的阀控制通道(28)汇聚，垂直的阀控制通道(28)端部设有气体入口(32)；细胞悬液从细胞进样口(33)注入，流经多细胞进样通道(27)，在培养池对准腔(35)的作用下，透过细胞进样过渡孔(22)，准确进入与之对应的细胞培养池(15)中；气体从气体入口(32)进入，充满阀控制通道(28)，作用于气动薄膜(23)，控制气动微阀；细胞进样层(1)上还开有培养液进样口(29)、药液进样口(30)和多个废液口(31)，分别与气动薄膜层(2)的培养液进样孔(24)、药液进样孔(25)和废液孔(26)相对应；
所述的气动薄膜层(2)用于连通细胞进样层(1)和细胞操控层(3)，包括细胞进样过渡孔(22)、气动薄膜(23)、培养液进样孔(24)、药液进样孔(25)和废液孔(26)；与细胞培养池(15)大小形状完全相同的细胞进样过渡孔(22)，既保证细胞悬液成功注入到细胞培养池(15)中，又在可视化对准过程中起定位作用；与主通道(18)和一级子通道(19)交叉点位置对应的气动薄膜(23)，用于构建气动微阀和阻隔各个细胞培养单元(13)，以避免不同种类细胞悬液的混合，使每个细胞培养池(15)内只有一种细胞，实现在同一芯片上多种细胞的独立培养，以用于靶向药物作用；培养液进样孔(24)、药液进样孔(25)和废液孔(26)，分别与培养液进样池(6)、药液进样池(7)和废液池(14)一一对应；
所述的细胞操控层(3)是该微流控器件的关键所在，具有“两级并联”结构，第一级并联结构为浓度梯度发生器模块(4)，第二级并联结构为细胞培养模块(5)；
所述的浓度梯度发生器模块(4)包括培养液进样池(6)、药液进样池(7)、培养液进样通道(8)、药液进样通道(9)、混合器(10)、混合液出液通道(11)以及混合液出样口12；培养液及药物溶液分别从培养液进样池(6)和药液进样池(7)流入对应的培养液进样通道(8)和药液进样通道(9)，形成单独的培养液通道、培养液与药物溶液混合通道两部分；其中，培养液在培养液进样通道(8)分为两路，一路通过培养液进样通道(8)流入，另一路进入药液进样通道(9)，与药物溶液在一级混合器中混合；药物溶液直接通过药液进样通道(9)进入一级混合器，与培养液；培养液与药物溶液在一级混合器混合后，分为两路：一路进入二级混合器，另一路直接通过混合液出液通道(11)进入细胞培养模块(5)；单独的培养液通道分为两路：一路直接通过混合液出液通道(11)进入细胞培养模块(5)，另一路进入二级混合器，继续混合；根据出样数量和混合浓度的要求，可增设多级混合器，混合方式同二级混合器的混合方式；上述形成混合均匀的、不同浓度的单一或混合溶液，最后经过混合液出液通道(11)的控制，以保证在各个混合液出样口12液体流速相同；
所述的多细胞培养模块(5)包括细胞培养单元(13)和废液池(14)，细胞培养单元(13)通过管道采用先串联再并联的方式集成，端部为废液池(14)；细胞培养单元(13)的设计基础是对双子叶植物叶片内叶脉细脉处结构的研究，模拟其网络结构，采取冗余设计思想，设计出多细胞培养单元的微通道结构；其核心部分是形状为八边形对细胞培养池(15)，位于细胞培养单元(13)中心，其被微柱阵列(16)所包围，微柱阵列(16)之间存在多条灌注通道17；用于串联整个细胞培养单元(13)的是微通道，包括主通道(18)、一级子通道(19)、二级子通道(20)和三级子通道(21)，主通道(18)为细胞培养单元(13)的入口通道；一级子通道(19)为主通道(18)分开的两条通道；二级子通道(20)为位于微柱阵列(16)外的外微柱间以及微柱与细胞培养单元(13)内壁间所形成的通道；三级子通道(21)为微柱阵列(16)与外微柱间所形成的通道。
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