CN110938546A - 一种体外模拟肿瘤渗透的芯片装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种体外模拟肿瘤渗透的芯片装置及方法。所述芯片装置包括芯片；芯片上设有至少一个腔室；腔室内设有至少一个固定细胞球的结构和至少一个折流结构，流体由腔室的流体入口流入腔室后，在折流结构的阻挡下，流经固定细胞球的结构后经腔室的流体出口流出腔室；腔室的空间尺寸至少在一个维度上小于三维肿瘤细胞球的空间尺寸，且可至少容纳一个细胞球。本发明芯片装置能够在一定程度上模拟肿瘤组织的高密度特性和高渗透压特性；能够反映纳米粒和大分子在肿瘤表面通过对流传质而向肿瘤内部渗透的特征；可对大分子及纳米颗粒药物在肿瘤中的渗透行为进行预估，对于大分子及纳米颗粒抗肿瘤药物的开发、评价和质量监控具有重要的意义。

Description

一种体外模拟肿瘤渗透的芯片装置及方法
技术领域
本发明涉及一种体外模拟肿瘤渗透的芯片装置及方法，属于医药研发与检测设备领域。
背景技术
药物的研发通过需要经过临床前研究和临床研究两个阶段。尽管临床研究是药物筛选最有效和最终的方法，但由于安全风险、伦理道德以及试验时间成本等因素，需要在保证药物基本有效性和安全的前提下，才可以开展。因此，在临床前研究中，通过体外和动物模型，更准确的预测药物的效果和安全性，是开展临床研究的基础和保证。特别是在体外研究阶段，通过开发强大的药物评价模型，模拟药物在体内的作用过程，是加快药物研发筛选速率，提高药物研发成功率的重要途径。由于肿瘤中药物传递和作用的机制复杂，对于抗肿瘤药物的研发，这一点尤其的重要。
由于肿瘤是一个具有高度异质性的复杂组织，因此在体外构建肿瘤模型研究中具有非常大的优势。目前，各种肿瘤细胞模型是体外广泛采用的药物评价模型。例如，二维平面培养细胞模型，能够模拟人类肿瘤的部分生理生化特性。但是，二维平面模型的细胞密度低，缺乏细胞与细胞外基质间的相互作用，与体内真实肿瘤存在差异；为克服这种模型的不足，发展了可更好的模拟体内肿瘤真实微环境的三维类肿瘤组织模型。
体外三维肿瘤模型主要包括多细胞球肿瘤模型以及各种基于多孔支架的肿瘤模型。其中最为广泛采用的是多细胞肿瘤球模型。Kunz-Schughart等人(Journal ofbiomolecular screening,2004,9:273-285)报道了关于多细胞球肿瘤模型在高通量药物筛选领域的研究，并与二维平面培养细胞模型和体内模型做比较，指出多细胞球肿瘤模型在抗肿瘤药物筛选领域具有很大潜力；中国发明专利申请(CN 109609464A)公开了将肿瘤细胞与含有聚乙二醇(PEG)的温敏性聚合物溶液混合形成温敏水凝胶原位包埋细胞，从而构建肿瘤多细胞球的制备方法以及在药物筛选方面的应用。美国专利申请(US2017336392-A1)公开了一种利用肿瘤细胞多细胞球进行药物筛选以及评价细胞球圆度的方法。该专利同时也公开了一种肿瘤多细胞球的构建方法。美国专利申请(US 2015376566-A1)公开了一种制备多细胞球肿瘤模型的方法以及在评估化学物质生物影响方面的应用，并指出该制备方法得到的肿瘤细胞球可以较好地模拟体内组织的抗原和遗传特性。国际专利申请(WO 2004101743A2，WO 2005095585A1)等也都报道了三维多细胞球肿瘤模型的制备方法及其应用。
然而，单一的细胞肿瘤球模型不能模拟人体组织中复杂的流动和物质交换环境对药物传输的影响。由于微流控芯片技术能够实现流动环境下，调控体外3D组织中复杂的微环境，因此开始得到了越来越多人的关注。这种体外模型大致有三种模式，第一种是直接在微流控芯片中培养肿瘤细胞以模拟肿瘤细胞和药物的作用的特性，例如，中国发明专利申请(CN 107362844A)公开了一种利用微流控芯片体外培养肿瘤细胞并利用该模型进行药物筛选方法。第二种方式是将多细胞肿瘤球置于微流控芯片中，构成肿瘤细胞球芯片，这样一方面可以更好地模拟体内肿瘤组织所经受的流体和物质交换环境，一方面还可以提高肿瘤细胞球的结构稳定性，从而成为建立体外肿瘤模型的一种新工具，因为也是最多采用的方式。例如，美国专利申请(US 2004259177A1)公开了一种将多细胞肿瘤球置于微芯片中构建的体外肿瘤模型，并用于高通量药物筛选。Albanese等(Nature communications,2013,4:2718)设计了一个微流控芯片，可用于研究流动环境下纳米药物在肿瘤中的传输特征。第三种方式是利用微流控芯片，利用芯片中特定的流动环境，以悬浮细胞以及一些聚合物材料，在芯片中直接构建肿瘤球，例如国际专利申请(WO 2019010587-A1)报道了一种在具有微池的微流控管道中构建多细胞球的方法。Huang等人(Lab on a Chip,2009,9:1740-1748.)在微流控芯片中以凝胶包埋乳腺癌细胞，构建较准确的模拟乳腺癌中细胞胞外基质之间的相互作用。这种方式存在构建细胞球的周期较长，细胞球的性质并不完全均一等问题。
药物在肿瘤组织的中的渗透，特别是纳米颗粒和大分子药物在肿瘤组织的中的渗透是影响抗肿瘤药物效果的重要因素，然而药物在肿瘤中的渗透行为很难在生物体内进行研究。为此，开发可在体外模拟药物在肿瘤渗透的模型，对于抗肿瘤药物及其制剂的开发具有重要的意义。
发明内容
本发明的目的是提供一种能在体外模拟研究肿瘤中大分子及纳米颗粒三维渗透的芯片装置及方法，本发明能够在一定程度上模拟肿瘤组织的高密度特性；能够在一定程度上模拟肿瘤组织的高渗透压特性；能够反映纳米粒和大分子在肿瘤表面通过对流传质而向肿瘤内部渗透的特征。
具体地，本发明所提供的体外模拟肿瘤渗透的芯片装置，包括芯片；
所述芯片上设有至少一个腔室；
所述腔室内设有至少一个固定细胞球的结构和至少一个折流结构，流体由所述腔室的流体入口流入所述腔室后，在所述折流结构的阻挡下，流经所述固定细胞球的结构后经所述腔室的流体出口流出所述腔室；
所述腔室的空间尺寸至少在一个维度上小于三维肿瘤细胞球的空间尺寸(优选高度)，且可至少容纳一个细胞球，以使所述三维肿瘤细胞球被压紧在所述固定细胞球的腔室中，并被所述腔室的所述固定细胞球的结构拦截，而固定在所述腔室中。
所述三维肿瘤细胞球指的是是由多个肿瘤细胞构成的球形细胞聚集体，含有的肿瘤细胞个数为500～3000个，直径100～400μm；
优选每个所述固定细胞球的结构固定一个细胞球。
上述的芯片装置中，所述流体入口和所述流体出口通过微流道与所述腔室连通；
所述微流道的高度大于所述细胞球的直径。
上述的芯片装置中，所述固定细胞球的结构为圆弧形围堰；
所述圆弧形围堰的角度为150°～240°，优选为180°。
所述圆环形围堰上设有至少1～3个豁口，优选为1个或2个，以便使细胞悬液和待试样品液流出；
所述豁口的宽度为40～120μm；
所述圆环形围堰的入口朝向所述流体入口。
上述的芯片装置中，所述折流结构为条形挡板，在所述条形挡板的作用下，流体在所述腔室内呈“U”形流动。
上述的芯片装置中，所述腔室内设有若干个所述固定细胞球的结构，所述固定细胞球的结构沿流体的流动方向依次布置；
相邻所述固定细胞球的结构的开口方向相反；
每个腔室内优选设置2～6个所述固定细胞球的结构，更优选为2个；
所述芯片装置内优选设置不超过12个所述固定细胞球的结构；
所述固定细胞球的结构和所述折流结构的高度优选为与所述腔室的高度相等。
上述的芯片装置中，相邻2个所述固定细胞球的结构之间设有所述折流结构，且相邻所述折流结构为交错设置。
上述的芯片装置中，相邻2个所述固定细胞球的结构之间还设置一个开口朝向所述折流结构的所述固定细胞球的结构。
上述的芯片装置中，由下至上，所述芯片依次包括支撑层、玻璃层和PDMS层，所述支撑层优选为聚氯乙烯(PVC)层；
所述腔室设于所述PDMS层上；
所述支撑层上于所述腔室的位置相应处设有观察窗口。
本发明优选设置2～4个所述腔室，所述腔室并联地通过所述微流道与所述流体入口和所述流体出口连通；
利用本发明芯片装置模拟大分子及纳米颗粒在肿瘤中三维渗透时，可按照下述步骤进行：
1)将所述芯片装置中的所述流体入口通过管路与输送细胞球悬液和待试样品的恒流泵相连，将上述流体出口连接部分收集器；
2)通过所述恒流泵将细胞球悬液通入至所述腔室内，则细胞球被所述固定细胞球的结构的截留并固定在所述腔室中；
3)通过所述恒流泵将待试样品的溶液或悬液通入至所述腔室内，进行样品渗透；
4)样品渗透结束后，通入4％多聚甲醛固定细胞，将所述芯片装置置于共聚焦显微镜下进行观察。
优选地，通入所述待试样品的溶液或悬液的流速为：表观线速为：300～600μm/s。
本发明提供的体外模拟研究肿瘤中大分子及纳米颗粒三维渗透的芯片装置，能够在一定程度上模拟肿瘤组织的高密度特性和高渗透压特性；能够反映纳米粒和大分子在肿瘤表面通过对流传质而向肿瘤内部渗透的特征。可在动物实验前，对大分子及纳米颗粒药物在肿瘤中的渗透行为进行预估，可大幅度的提高肿瘤大分子及纳米颗粒药动学研究的效率，降低动物实验成本，对于大分子及纳米颗粒抗肿瘤药物的开发、评价和质量监控具有重要的意义。
附图说明
图1为本发明第一种结构的芯片装置。
图2为本发明第二种结构的芯片装置。
图3为本发明第三种结构的芯片装置。
图4为以荧光纳米粒为试样的激光共聚焦显微镜照片。
图5为以荧光标记牛血清蛋白为试样的激光共聚焦显微镜照片。
具体实施方式
下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。
下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
本发明首选提供体外模拟研究肿瘤中大分子及纳米颗粒三维渗透的芯片装置，包括一个具有微流道的芯片及附属管道。
该芯片具有三层的结构：最上层是刻有微流道的PDMS层；中间层是用于密封微通道的并提供共聚焦显微镜观察的玻璃载片层；最下层是用于支撑芯片结构的PVC层。PVC支撑层具有至少留出一个可以直接观察到芯片内部的窗口。通常用于PDMS芯片键合玻璃的厚度大于1mm，而为了实现共聚焦显微镜下大分子及纳米颗粒三维渗透渗透的原位观察，其键合玻璃层的厚度仅有0.17mm，极易破碎。为此，在玻璃层下增加了增加支撑芯片结构的PVC层。为了方便显微镜观察，在PVC支撑层至少留出一个可以直接观察到芯片内部的窗口。
由于软光刻技术是制备微通道模具的主要技术，而PDMS由于其生物相容性、透光性和透气性，是制备微通道的常用材料。PDMS板和玻璃板密封则形成了最常见的微通道。
在PDMS片层中，刻出用于固定肿瘤细胞球的腔室。用于固定肿瘤细胞球的腔室中包含至少一个用于固定细胞球的固定结构以及一个折流结构。固定细胞球的结构为一个圆弧形的围堰，圆弧的角度为150°～240°，在圆弧上设置有1～3个豁口，以便使细胞悬液和待试样品液流出，豁口开口的宽度为40～120μm。折流结构用以将进入腔室的流体与流出腔室的流体隔开，使流体在所述腔室内成“U”形流动。折流结构具体可以是一个条形挡板。在一个腔室中，也可设置多个用于固定细胞球的固定结构，这些固定结构可以沿着液体的流动方向串联，也可并联；可位于折流板的一侧，也可位于折流板的两侧。为了提高细胞球的捕获和固定率，满足平行实验的要求，并且减少细胞球之间的相互影响，优选地，一个腔室内设置的2～6个固定细胞球结构。更优选的，设置2个固定细胞球结构。
在PDMS片层中，还刻有连通腔室和芯片出入口的微流道。在一个芯片中，可仅设置一个腔室，也可设置多个腔室。优选地，设置2～4个腔室。这些腔室并联地通过微流道与芯片的出入口连接。由于进入芯片的流体的流量有限，在一个芯片中设置的总的固定细胞球的固定结构，不超过12个。
芯片总的微流道用于将细胞球和待试样品送入送出腔室。微流道的高度应大于细胞球的直径；为了使三维细胞球固定在腔室中，并受到一定的挤压，以模拟肿瘤内高渗透压的情况，腔室的空间尺寸至少在一个维度上是小于三维肿瘤细胞球的空间尺寸。一种具体的技术方案是：腔室的高度则小于细胞球的高度。具体地，微流道的高度可取500μm，腔室的高度可取100～300μm，用于固定直径在150～400μm之间的三维肿瘤细胞球。所述三维肿瘤细胞球是由多个肿瘤细胞构成的球形细胞聚集体。这种三维肿瘤细胞球可用悬滴法(文献)、非贴壁表面培养、模板法、旋转瓶培养等方法培养获得。
本发明的另一方面，是利用上述的体外模拟肿瘤渗透的芯片装置，模拟大分子及纳米颗粒在肿瘤中三维渗透的方法。具体步骤如下：1)将芯片装置的流体入口通过管路与输送细胞球悬液或待试样品的恒流泵(一个具体的方案是用注射泵)相连；芯片装置的流体出口连接部分收集器；2)将芯片至于显微镜下，通过恒流泵缓慢细胞球悬液通入芯片内，使细胞球进入腔室，并被固定细胞球的结构截留并固定在腔室中，在显微镜下观察确认细胞球被固定在腔室中；3)停止输送细胞球悬液，改为将待试样品溶液/悬液以一定流速通过芯片的流体入口，进入腔室，与细胞器接触，进行样品的渗透测试；4)样品渗透测试结束后，通入4％多聚甲醛固定细胞，将芯片直接置于共聚焦显微镜下观察。为了减小微通道和腔室中产生的气泡，在第1)步通入细胞球前，可先往芯片内通入一定量的乙醇润湿通道，再通入一定量PBS清洗通道，去除残留的乙醇。往芯片通入样品溶液/悬液的流速为：样品溶液/悬液在腔室中的表观线速为300～600μm/s。
实施例1：本发明第一种结构的芯片装置
如图1所示，为本发明提供的第一种芯片装置，包括芯片，芯片具有如下结构：最上层PDMS芯片11的大小为6mm×6mm，中间层是为直径10mm、厚度为0.17mm的玻璃载片(盖玻片)12；PVC支撑层的大小和形状同玻璃载片层，在PVC支撑层的中心区域，对应于PDMS芯片11上腔室的区域，开出一个3.5mm×2mm的观察窗口13。PDMS芯片11的中心与玻璃载片12的圆心重合。
在PDMS芯片11中刻有如图1所示的微流道113和腔室114：其中左侧微流道为流体入口111，右侧微流道为流体出口112，进出腔室的微流道113的宽度和高度均为500μm；腔室114的尺寸为3200μm×1400μm，腔室的高度为200μm，其中设置有2个固定细胞球的半圆形围堰115，半圆形围堰115内半圆的直径为400μm。两个半圆形围堰115中间设有折流墙117，使流体形呈“U”形状流动。半圆形围堰115中间开设豁口116，豁口的宽度为120μm。半圆形围堰115和折流墙117的高度均为腔室114的高度。其他尺寸如图1所示。本实施例中的芯片适合于大小为250μm～350μm的三维肿瘤细胞球进行实验。
实施例2：本发明第二种结构的芯片装置
如图2所示，为本发明提供的第二种芯片装置，包括芯片，芯片具有如下结构：最上层PDMS芯片21的大小为12mm×9mm，中间层是为直径16mm、厚度为0.17mm的玻璃载片(盖玻片)22；PVC支撑层的大小和形状同玻璃载片层，在PVC支撑层的中心区域，对应于PDMS芯片21上腔室的区域，开出一个10mm×4mm的观察窗口23(如附图2所示)。PDMS芯片21的中心与玻璃载片22的圆心重合。
在PDMS芯片22中刻有如图2所示的微流道和腔室。芯片上设置有两个对称的腔室214；腔室的尺寸是3200μm×2200μm，腔室的高度为200μm；每个腔室中其中设置有3个固定细胞球围堰，其中靠近出入口围堰215为半圆形围堰，内半圆的直径为400μm，中间开设豁口216，豁口216的宽度为120μm；顶部的围堰217为210°圆弧形围堰，分别在60°和150°方位设置有两个豁口218，豁口的宽度均为60μm。腔室214的流体入口和流体出口之间中间设有折流墙219，使流体形呈“U”形状流动。围堰和折流堰219的高度均为腔室高度。其他尺寸如图2所示。本实施例中的芯片适合于大小为250μm～350μm的三维肿瘤细胞球进行实验。该芯片上共有2个流体入口，其中下侧微流道连通的是流体入口211，上侧微流道连通的是流体出口212，进出腔室的微流道213的宽度和高度均为500μm；分别连接两个腔室214的流体入口和流体出口。
实施例3：本发明第三种结构的芯片装置
如图3所示，为本发明提供的第三种芯片装置，包括芯片，芯片具有如下结构：最上层PDMS芯片31的大小为12mm×9mm，中间层是为直径16mm、厚度为0.17mm的玻璃载片(盖玻片)32；PVC支撑层的大小和形状同玻璃载片层，在PVC支撑层的两侧，对应于PDMS芯片31上腔室的区域，对开出2个5mm×2mm的观察窗口33(如图3所示)。PDMS芯片31的中心与玻璃载片32的圆心重合。
在PDMS芯片中刻有如图3所示的微流道和腔室。芯片上设置有两个对称的腔室314；腔室的尺寸是4900μm×1200μm，腔室314的高度为150μm；每个腔室314中设置有4个固定细胞球的半圆形围堰315，内半圆的直径为300μm，半圆形围堰中间开设豁口316，豁口的宽度为90μm。每两个腔室314之间设有折流墙317和318，使流体形呈多个“U”形状流动。围堰和折流堰的高度均为腔室高度。其他尺寸如图3所示。本实施例中的芯片适合于大小为200μm～300μm的三维肿瘤细胞球进行实验。该芯片上共有2个流体入口，其中下侧微流道连通的是流体入口311，上侧微流道连通的是流体出口312，进出腔室314的微流道313的宽度和高度均为500μm。
实施例4：利用本发明实施例2的芯片装置检测荧光纳米粒渗透
采用的三维肿瘤多细胞球为悬滴培养法(关于悬滴培养法具体步骤见文献Biotechnol.Bioeng.2003,83:173-180)培养的人肝癌细胞Hep G2细胞(购买自国家实验细胞资源共享平台)细胞球，细胞球直径为300μm，包含2000个Hep G2细胞。上述三维肿瘤细胞球以2个/mL的量分散中磷酸缓冲溶液中。
测试的纳米粒为采用包埋有香豆素(coumarin-6)的聚乳酸-羟基乙酸共聚物(PLGA)纳米粒，平均粒径为200nm。该纳米粒的制备方法如下：称取PLGA(LA/GA＝50/50，分子量3万，购买自山东省医疗器械研究所)30mg，coumarin-6(购买自阿拉丁试剂公司)0.3mg，溶解于3mL二氯甲烷中。按油相/水相＝1/6(v/v)，取含质量浓度为1％的PVA溶液18mL，将油相和水相混合，用高速搅拌均质机在11000rpm的转速下，搅拌约1min，形成粗分散体系，后通过高压匀浆机在600bar的压力下乳化5～6min。通过减压蒸发(真空度0.1Mpa，20～30min)除去乳滴中的二氯甲烷，高速离心(18000rpm,20min)，并洗涤2～3次，冻干得到PLGA纳米粒。测试样品中纳米粒的含量为2mg/mL，事先通入CO2气体，使CO2在溶液中饱和。
具体过程如下：
芯片装置的流体入口211通过管路与输送细胞球悬液的注射泵相连，流体出口212连接部分收集器；在通入细胞球前，先往芯片内通入乙醇润湿通道，再通入一定量PBS清洗通道，去除残留的乙醇。而后，在注射泵内先装入细胞球悬液，将芯片至于显微镜下，通过恒流泵缓慢的将细胞球悬液通入芯片内，使细胞球进入腔室214，被固定细胞球的结构215截留并固定在腔室214中，在显微镜下观察确认细胞球被固定在腔室中；而后，停止输送细胞球悬液。将注射泵中的细胞球悬液改为待试纳米粒悬液，以50μL/min流速通过流体入口211(样品溶液/悬液在腔室中的表观线速为300～600μm/s)进入腔室，与细胞球接触，进行样品的渗透测试；测试时间持续2h。样品渗透测试结束后，通入4％多聚甲醛固定细胞，将芯片直接置于共聚焦显微镜下观察。
纳米粒在三维细胞球中的分布如图4所示，图中绿色荧光反映的是纳米粒渗透的范围，可见本发明装置可以有效固定细胞球，并可定性和半定量(荧光强度和范围)纳米粒的渗透程度，图4中纳米粒主要富集在肿瘤细胞球表面和近表面位置，这与体内纳米粒在肿瘤中的分布特征是吻合的。
实施例5：利用本发明实施例3的芯片装置检测荧光纳米粒渗透
采用的三维肿瘤多细胞球为悬滴培养法培养的人肝癌细胞Hep G2细胞系细胞球，细胞球直径为250μm，包含1400个Hep G2细胞。上述三维肿瘤细胞球以2个/mL的量分散在磷酸缓冲溶液中。
测试的样品为异硫氰酸荧光素标记的牛血清蛋白(FITC-BSA，购自生工生物工程(上海)股份有限公司)的磷酸盐缓冲溶液，FITC-BSA含量为5mg/mL。测试样品溶液事先通入CO2气体，使CO2在溶液中饱和。
具体过程如下：
芯片装置的流体入口311通过管路与输送细胞球悬液的注射泵恒流泵相连，流体出口312连接部分收集器；在通入细胞球前，先往芯片内通入乙醇润湿通道，再通入一定量PBS清洗通道，去除残留的乙醇。而后，在注射泵内先装入细胞球悬液，将芯片至于显微镜下，通过恒流泵缓慢的将细胞球悬液通入芯片内，使细胞球进入腔室314，被固定细胞球的结构316截留并固定在腔室314中，在显微镜下观察确认细胞球被固定在腔室中；而后，停止输送细胞球悬液。将注射泵中的细胞球悬液改为待试纳米粒悬液，以50μL/min流速通过流体入口311(样品溶液/悬液在腔室中的表观线速为300～600μm/s)进入腔室，与细胞球接触，进行样品的渗透测试；测试时间持续1h。样品渗透测试结束后，通入4％多聚甲醛固定细胞，将芯片直接置于共聚焦显微镜下观察。
FITC-BSA在三维细胞球中的分布如图5所示，图中绿色荧光反映的是FITC-BSA渗透的范围，可以本发明装置可以有效固定细胞球，并可定性和半定量(荧光强度和范围)蛋白质的渗透程度，图5中蛋白质主要富集在肿瘤细胞球表面和近表面位置，且较图4中的渗透范围更广。

Claims (10)

1.一种体外模拟肿瘤渗透的芯片装置，包括芯片；
所述芯片上设有至少一个腔室；
所述腔室内设有至少一个固定细胞球的结构和至少一个折流结构，流体由所述腔室的流体入口流入所述腔室后，在所述折流结构的阻挡下，流经所述固定细胞球的结构后经所述腔室的流体出口流出所述腔室；
所述腔室的空间尺寸至少在一个维度上小于三维肿瘤细胞球的空间尺寸，且可至少容纳一个细胞球。
2.根据权利要求1所述的芯片装置，其特征在于：所述流体入口和所述流体出口通过微流道与所述腔室连通；
所述微流道的高度大于所述细胞球的直径。
3.根据权利要求1或2所述的芯片装置，其特征在于：所述固定细胞球的结构为圆弧形围堰；
所述圆弧形围堰的角度为150°～240°；
所述圆环形围堰上设有至少1～3个豁口；
所述豁口的宽度为40～120μm；
所述圆环形围堰的入口朝向所述流体入口。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的芯片装置，其特征在于：所述折流结构为条形挡板，在所述条形挡板的作用下，流体在所述腔室内呈“U”形流动。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的芯片装置，其特征在于：所述腔室内设有若干个所述固定细胞球的结构，所述固定细胞球的结构沿流体的流动方向依次布置；
相邻所述固定细胞球的结构的开口方向相反。
6.根据权利要求5所述的芯片装置，其特征在于：相邻2个所述固定细胞球的结构之间设有所述折流结构，且相邻所述折流结构为交错设置。
7.根据权利要求5或6所述的芯片装置，其特征在于：相邻2个所述固定细胞球的结构之间还设置一个开口朝向所述折流结构的所述固定细胞球的结构。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的芯片装置，其特征在于：由下至上，所述芯片依次包括支撑层、玻璃层和PDMS层；
所述腔室设于所述PDMS层上；
所述支撑层上于所述腔室的位置相应处设有观察窗口。
9.一种体外模拟肿瘤渗透的方法，包括如下步骤：
1)将权利要求1-8中任一项所述芯片装置中的所述流体入口通过管路与输送细胞球悬液和待试样品的恒流泵相连，将上述流体出口连接部分收集器；
2)通过所述恒流泵将细胞球悬液通入至所述腔室内，则细胞球被所述固定细胞球的结构的截留并固定在所述腔室中；
3)通过所述恒流泵将待试样品的溶液或悬液通入至所述腔室内，进行样品渗透；
4)样品渗透结束后，固定细胞，将所述芯片装置置于共聚焦显微镜下进行观察。
10.权利要求1-8中任一项所述芯片装置在体外模拟研究肿瘤中大分子及纳米颗粒三维渗透中的应用。
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