CN110669665A - 一种用于培养肝癌切片的微流控芯片及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于培养肝癌切片的微流控芯片，包括顶层、培养层，培养层包括微通道板与底板，底板、微通道板、顶层依次连接；顶层上设有进液孔、出液孔，微通道板上设有流入通道、流出通道及培养区域，流入通道与培养区域连通，流出通道与培养区域连通；进液孔、出液孔为圆形孔；流入通道与流出通道横截面呈长方形形状；培养区域为圆形培养区域；流入通道的入口连接有与进液孔直径相同的第一圆孔，流出通道出口连接有与出液孔直径相同的第二圆孔；顶层、培养层均设有螺纹孔。本发明还公开了该微流控芯片的使用方法，该微流控芯片能够用于体外培养肝癌组织切片，使得代谢废物及时排出，能够真实准确的模拟肝癌组织在人体内的生长情况。

Description

一种用于培养肝癌切片的微流控芯片及其使用方法

技术领域

本发明涉及微流控芯片，具体涉及一种用于培养肝癌切片的微流控芯片及其使用方法。

背景技术

原发性肝细胞癌是世界上最常见的具有高发病率和死亡率的恶性肿瘤之一，流行病学研究显示，肝癌在全球癌症杀手中位列第2位。在中国，肝癌发病率居第4位，而死亡率却仅次于肺癌居第2位。但是目前缺乏有效的治疗方案，因此在体外构建肝细胞癌模型，进一步探索原发性肝细胞癌的发病机制及研发新的有效的治疗药物迫在眉睫。

体外的肝癌细胞培养是肝脏结构和生理模拟的前提条件，也是获取药物代谢信息的快速手段。传统上，肝癌细胞单独以二维形态静态培养于培养板上。该培养方式需要大量的肝细胞、试剂材料等，同时这种静态培养代谢废物容易累积且未能模拟人体内肝细胞的三维生长状态。另外仅单一培养肝癌细胞未能考虑到体内肝癌细胞与其他非实质细胞间的相互作用。目前动物实验，实验周期长，花费大，牵涉动物伦理道德问题，且在动物身上获得的实验数据不能完全反映人体内的真实情况。

因此，需要开发一种新的培养系统既可以真实准确的模拟肝癌组织在人体内的生长情况，同时实验周期短，花费少。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种用于培养肝癌切片的微流控芯片及其使用方法。

本发明解决技术问题所采用的技术方案是：

一种用于培养肝癌切片的微流控芯片，包括顶层、培养层，培养层包括微通道板与底板，底板、微通道板、顶层依次连接在一起；顶层上设有进液孔、出液孔，微通道板上设有流入通道、流出通道及培养区域，流入通道与培养区域连通，流出通道与培养区域连通。

进一步地，微通道板与底板通过3M 双面胶粘在一起，形成培养层。

进一步地，顶层和培养层通过固持装置结合在一起。

进一步地，固持装置为螺钉或者螺栓。

进一步地，进液孔、出液孔均为圆形孔。

进一步地，流入通道与流出通道的横截面均呈长方形形状。

进一步地，培养区域为圆形培养区域。

进一步地，流入通道的入口连接有与进液孔直径相同的第一圆孔，流出通道的出口连接有与出液孔直径相同的第二圆孔，流入通道与第一圆孔的连接处为圆弧状，流出通道与第二圆孔的连接处为圆弧状。

进一步地，顶层设有螺纹孔，培养层在对应位置设有与顶层的螺纹孔大小、形状一致的螺纹孔。

进一步地，该微流控芯片的材质为PMMA、PDMS、聚碳酸酯中的一种或者多种。

本发明还提供了一种用于培养肝癌切片的微流控芯片的使用方法，该方法采用以上所述的微流控芯片，包括以下步骤：

（1）在培养区域放入肝癌切片，使用固持装置将顶层、培养层结合在一起。

（2）将该微流控芯片外接蠕动泵，以25μL/min的速度，加入培养液，进行培养。

（3）从出液孔收集肝癌切片培养液，用于检测分析，或者拆卸固持装置，取出肝癌切片，进行观察与检测。

本发明的有益效果是：

（1）本发明的微流控芯片能够用于体外培养肝癌组织切片，这种培养方式，使得代谢废物容易及时排出并且能够真实准确的模拟肝癌组织在人体内的生长情况，同时实验周期短，花费少。

（2）利用本发明的微流控芯片进行体外培养肝癌组织切片，由于切片组织介于器官与细胞水平之间，保存了体内组织细胞间的联系及细胞极性，不需要胶原酶，更接近在体代谢模式。

（3）利用本发明的微流控芯片进行体外培养肝组织切片，微型化、三维、流动培养条件为肝脏微环境体外模拟提供了重要手段。同时，采用本发明的微流控芯片进行体外培养组织切片，实验周期短，操作简便，重复性高，可以进行高效的药物检测等研究。

（4）本发明的微流控芯片不仅可用于培养病人手术切除的肝癌切片，还可用于培养人类其他组织，如肾脏、心脏等，该微流控芯片还可以用于动物组织代谢和（或）药物筛选研究。

附图说明

图1为本发明微流控芯片的微通道板的结构示意图。

图2 为本发明微流控芯片的分层结构示意图。

图3 为实施例1与对比例1的细胞存活率结果对比图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的技术方案做进一步详细说明，应当指出的是，具体实施方式只是对本发明的详细说明，不应视为对本发明的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语 “连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1

本发明的一种用于培养肝癌切片的微流控芯片，如图1-2所示，包括顶层2、培养层，培养层包括微通道板3与底板4，微通道板3位于底板4与顶层2之间，底板4、微通道板3、顶层2依次连接在一起；顶层2上设有进液孔2-1、出液孔2-11，微通道板3上设有流入通道3-3、流出通道3-33及培养区域3-2，流入通道3-3与培养区域3-2连通，流出通道3-33与培养区域3-2连通。

作为一种优选的方式，底板4、微通道板3、顶层2可以为圆形、椭圆形、长方形、三角形或者其他任何合适的形状。在所示实施例中，底板4、微通道板3、顶层2均为圆形，直径4cm，厚约1.8mm的PMMA板。

作为一种优选的方式，微通道板3与底板4通过3M 双面胶粘在一起，形成培养层，也可以选用其他适用的方式使微通道板3与底板4连接在一起。

作为一种优选的方式，顶层2和培养层通过固持装置5结合在一起。

作为一种优选的方式，固持装置5为螺钉或者螺栓。

作为一种优选的方式，进液孔2-1、出液孔2-11均为圆形孔，进液孔2-1、出液孔2-11可以外接圆形管。

在所示实施例中，进液孔2-1、出液孔2-11均为直径为1.8mm的圆形孔，进液孔2-1、出液孔2-11外接PE管2-2，同时用医用级环氧树脂AB胶密封连接处。进液孔2-1、出液孔2-11的圆心之间距离为1.8cm。

作为一种优选的方式，流入通道3-3与流出通道3-33均为长方形通道，便于液体顺利地从培养区域3-2流进与流出。在所示实施例中，流入通道3-3与流出通道3-33的横截面呈长方形形状，长0.6cm，宽0.2cm。

作为一种优选的方式，培养区域3-2为圆形培养区域。培养区域的直径应大于切片的最大长度。

在所示实施例中，培养区域3-2为直径为8mm的圆孔，流入通道3-3、流出通道3-33分别与培养区域3-2连通，便于培养液的充分交换。

作为一种优选的方式，流入通道3-3的入口连接有与进液孔2-1直径相同的第一圆孔3-1，流出通道3-33的出口连接有与出液孔2-11直径相同的第二圆孔3-11。在所示实施例中，第一圆孔3-1、第二圆孔3-11的直径为1.8mm，第一圆孔3-1、第二圆孔3-11分别与顶层2上进液孔2-1、出液孔2-11对应设置，有利于顶层的外接管子插入。

作为一种优选的方式，微通道板3上的流入通道3-3与第一圆孔3-1的连接处设计成圆弧状，流出通道3-33与第二圆孔3-11的连接处设计成圆弧状。连接处设计成圆弧状，便于外接的管子插入。

作为一种优选的方式，顶层2上设有螺纹孔3-4，底板4、微通道板3在对应位置设有与顶层的螺纹孔大小、形状一致的螺纹孔3-4。螺纹孔的设置便于固持装置（螺钉或者螺栓）的安装，使得微流控芯片整体较为稳定、紧密地结合在一起。在所示实施例中，顶层2设有4个圆形螺纹孔3-4，直径为4mm，底板4、微通道板3在对应位置设有4个圆形螺纹孔3-4，直径为4mm。

作为一种优选的方式，该微流控芯片的材质为聚甲基丙烯酸甲酯PMMA、聚二甲基硅氧烷PDMS、聚碳酸酯中的一种或者多种。但微流控芯片的材质不仅仅局限于PMMA、 PDMS、聚碳酸酯，还可以为其他任何适用的高分子聚合物材料。

首先由绘图软件CoreIDRAW设计出底板4、微通道板3、顶层2

上的构型图案，然后通过激光切割机制作。

本发明还公开了一种用于培养肝癌切片的微流控芯片的使用方法，该方法采用以上所述的微流控芯片，包括以下步骤：

（1）在温度37℃，氧气浓度为95%，二氧化碳浓度为5%的环境中，将肝癌切片放入培养区域3-2，使用固持装置5将顶层2、培养层结合在一起。在所示实施例中，用圆头勺状工具（避免镊子等尖锐器械对切片的损伤）在培养层上的培养区域3-2放入厚度约300μm肝癌切片之后，将螺栓插入顶层2、微通道板3、底板4的螺纹孔，拧紧，固定；微流控芯片外周连接处用医用级环氧树脂AB胶密封。

（2）将该微流控芯片外接蠕动泵，以25μL/min的速度，加入培养液，进行培养。在所示实施例中，该微流控芯片外接蠕动泵，以25μL/min的速度为培养层持续提供培养液，培养液通过外接的PE管2-2进入进液孔2-1，然后进入第一圆孔3-1，通过流入通道3-3，进入培养区域3-2。

（3）从出液孔收集肝癌切片培养液，用于检测分析，或者拆卸固持装置，取出肝癌切片，进行观察与检测。

整个培养过程都处于：温度37℃，氧气浓度为95%，二氧化碳浓度为5%的环境。

在所示实施例中，肝癌切片培养液能够从培养区域3-2流出，通过流出通道3-33进入第二圆孔，通过外接的PE管流出，收集流出的肝癌切片培养液，进行检测分析；或者拆卸固持装置，取出肝癌切片，进行观察与检测。

采用以上所述的微流控芯片，按照以上步骤，采用以上条件进行培养肝癌切片。

对比例1

采用96孔板，采用静态培养基，培养肝癌切片，培养基成分与培养条件与实施例1相同。

实验结果

实施例1与对比例1 的细胞存活率结果如图3所示，培养8小时之后，微流控芯片中的肝癌切片细胞存活数量比96孔板中的细胞存活数量高。说明肝癌切片在本发明的微流控芯片中存活情况较好，有利于进行更进一步的检测。

作为一种优选的方式，将特效抗癌药物加入培养液里，然后将此培养液泵入培养区域3-2进行培养，收集流出的培养液，检测切片分泌成分的变化；或者通过拆卸用于固持的螺栓，取出切片，观察切片中细胞表型或者进行其他进一步检测。

该微流控芯片不仅可用于培养病人手术切除的肝癌切片，还可用于培养人类其他组织，如肾脏、心脏等，该微流控芯片还可以用于动物组织代谢和（或）药物筛选研究。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于培养肝癌切片的微流控芯片，其特征在于，包括顶层、培养层，培养层包括微通道板与底板，底板、微通道板、顶层依次连接在一起；顶层上设有进液孔、出液孔，微通道板上设有流入通道、流出通道及培养区域，流入通道与培养区域连通，流出通道与培养区域连通。

2.根据权利要求1所述的一种用于培养肝癌切片的微流控芯片，其特征在于，微通道板与底板通过3M 双面胶粘在一起，形成培养层。

3.根据权利要求1所述的一种用于培养肝癌切片的微流控芯片，其特征在于，顶层和培养层通过固持装置结合在一起，固持装置为螺钉或者螺栓。

4.根据权利要求1所述的一种用于培养肝癌切片的微流控芯片，其特征在于，进液孔、出液孔均为圆形孔。

5.根据权利要求1所述的一种用于培养肝癌切片的微流控芯片，其特征在于，流入通道与流出通道横截面呈长方形形状。

6.根据权利要求1所述的一种用于培养肝癌切片的微流控芯片，其特征在于，培养区域为圆形培养区域。

7.根据权利要求4所述的一种用于培养肝癌切片的微流控芯片，其特征在于，流入通道的入口连接有与进液孔直径相同的第一圆孔，流出通道出口连接有与出液孔直径相同的第二圆孔，流入通道与第一圆孔的连接处为圆弧状，流出通道与第二圆孔的连接处为圆弧状。

8.根据权利要求1所述的一种用于培养肝癌切片的微流控芯片，其特征在于，顶层设有螺纹孔，培养层在对应位置设有与顶层的螺纹孔大小、形状一致的螺纹孔。

9.根据权利要求1所述的一种用于培养肝癌切片的微流控芯片，其特征在于，该微流控芯片的材质为PMMA、PDMS、聚碳酸酯中的一种或者多种。

10.一种用于培养肝癌切片的微流控芯片的使用方法，其特征在于，该方法采用权利要求1-9任一项所述的微流控芯片，包括以下步骤：

（1）在培养区域放入肝癌切片，使用固持装置将顶层、培养层结合在一起，

（2）将该微流控芯片外接蠕动泵，以25μL/min的速度，加入培养液，进行培养，

（3）从出液孔收集肝癌切片培养液，用于检测分析，或者拆卸固持装置，取出肝癌切片，进行观察与检测。

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