CN110975950B - 微流控肺泡芯片和肺泡呼吸模拟装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种微流控肺泡芯片和肺泡呼吸模拟装置，该微流控肺泡芯片包括微流通道、气体空腔和模拟肺泡；其中，微流通道包括模拟肺泡管道、辅助进液通道和辅助储液通道；模拟肺泡管道的两端具有流体入口和流体出口，流体入口连通辅助进液通道，流体出口连通辅助储液通道；辅助进液通道上设有进液口；气体空腔上具有气体出入口；模拟肺泡包括内腔和弹性侧壁，内腔与模拟肺泡管道连通；模拟肺泡设于气体空腔内。本发明微流控肺泡芯片结构简单，可采用单肺泡结构微流控芯片单独控制参数，以单独研究各级肺泡内的复杂流场，避免各级流量之间相互干扰和相互制约，提高研究准确性。

Description

微流控肺泡芯片和肺泡呼吸模拟装置
技术领域
本发明涉及生物医药设备技术领域，尤其是涉及一种微流控肺泡芯片和肺泡呼吸模拟装置。
背景技术
人体呼吸的主要功能是为身体的各个组织提供氧气和排除二氧化碳废气，人体的呼吸过程可以分为两个阶段：由外界环境向血液输送气体；气体经由血液进入到各个组织。随着社会、经济的不断进步，人类对生活环境的质量要求不断提高，对生存环境的保护意识逐渐增强。工业生产和环境恶化所带来的颗粒物污染已经成为评价生活质量和大气质量的一个重要指标之一。大气气溶胶颗粒物污染中，其中的部分微小的气溶胶颗粒，尤其是可吸入颗粒对人类的健康的影响更是深远，在进入人体呼吸道后，没有沉积在呼吸道的传导气管上，而是深入到人体呼吸道终末处的气体交换区沉积，很多研究表明这些颗粒对人体健康的危害最大。研究指出，人类许多疾病都和吸入颗粒物污染有着直接或间接的联系。因此，研究可吸入颗粒物在呼吸道中的运动特性，对于帮助了解可吸入颗粒的致病机理以及气溶胶治疗有着非常重要的意义，对于保护人类的健康，保护环境，提高生活质量具有积极意义。
现有研究人员设计出了五级肺泡树杈结构，利用光软刻技术得到肺泡树阳模，用PDMS浇筑出芯片；这是肺泡实验在真实尺度上的一大突破，在研究过程中，控制肺泡膨胀收缩的腔室设计以及模拟肺泡呼吸的控制方法不断变动。但以上五级肺泡树结构的结构较为复杂，且其中各级肺泡管和肺泡的尺寸相同，而真实肺泡树结构随着肺泡级数的增加，肺泡管直径减少，肺泡直径增加，故现有的五级肺泡树结构不符合人体肺泡树结构的真实情况，整体研究不准确；另外，由于各级肺泡管相连通，各级流量间相互干扰、相互制约，现有五级肺泡树结构与真实结构不符会导致各级肺泡管中的流量并不能精密控制与实际相匹配，会忽略掉一些重要的现象，如混沌流；且现有五级肺泡树杈结构的呼吸过程控制较为复杂。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种微流控肺泡芯片，其结构简单，可采用单肺泡结构微流控芯片单独控制参数，以单独研究各级肺泡内的复杂流场，避免各级流量之间相互干扰和相互制约，提高研究准确性。
本发明还提出一种肺泡呼吸模拟装置，其可通过进料压力控制装置周期性地同步协同调控肺泡管道内的流体往返运动和模拟肺泡膨胀收缩运动，模拟肺泡呼吸过程，能够达到与真实人体肺泡管内的流动具有动力学相似。
第一方面，本发明的一个实施例提供了一种微流控肺泡芯片，包括：
微流通道；所述微流通道包括模拟肺泡管道、辅助进液通道和辅助储液通道；所述模拟肺泡管道的两端具有流体入口和流体出口，所述流体入口连通所述辅助进液通道，所述流体出口连通所述辅助储液通道；所述辅助进液通道上设有进液口；
气体空腔；所述气体空腔上具有气体出入口；
模拟肺泡；所述模拟肺泡包括内腔和弹性侧壁，所述内腔与所述模拟肺泡管道连通；所述模拟肺泡设于所述气体空腔内。
本发明实施例的微流控肺泡芯片至少具有如下有益效果：以上微流控肺泡芯片结构简单，可采用单肺泡结构微流控芯片单独控制参数，以单独研究各级肺泡内的复杂流场，可排除各级流量之间相互干扰和相互制约，提高研究准确性。
根据本发明的另一些实施例的微流控肺泡芯片，所述辅助进液通道包括辅助进液主通道和收缩通道，所述辅助进液主通道上垂直于流体流向的截面尺寸大于所述模拟肺泡管道上垂直于流体流向的截面尺寸；所述辅助进液主通道通过所述收缩通道与所述模拟肺泡管道的流体入口连接；所述进液口设于所述辅助进液主通道上。
根据本发明的另一些实施例的微流控肺泡芯片，所述辅助储液通道包括辅助储液主通道和扩展通道，所述辅助储液主通道上垂直于流体流向的截面尺寸大于所述模拟肺泡管道上垂直于流体流向的截面尺寸；所述辅助储液主通道通过所述扩展通道与所述模拟肺泡管道的流体出口连接。
根据本发明的另一些实施例的微流控肺泡芯片，所述气体空腔设于所述模拟肺泡管道的一侧，所述气体空腔靠近所述模拟肺泡管道的端面与侧壁面之间具有倒角。
根据本发明的另一些实施例的微流控肺泡芯片，所述模拟肺泡管道为圆形管道或方形管道。
根据本发明的另一些实施例的微流控肺泡芯片，所述模拟肺泡管道为方形管道，所述模拟肺泡管道垂直于流体流向的截面尺寸为(240～300μm)×(240～300μm)。进一步地，模拟肺泡管道垂直于流体流向的截面尺寸为240μm×240μm。
根据本发明的另一些实施例的微流控肺泡芯片，所述模拟肺泡的直径为200～225μm，半开角为45～60°。进一步地，模拟肺泡的直径为225μm；半开角为60°。
第二方面，本发明的一个实施例提供了一种肺泡呼吸模拟装置，包括进料压力控制装置和本发明第一方面所提供的任一种微流控肺泡芯片；所述进料压力控制装置用于向所述微流通道输送和抽吸工作流体，以及控制所述气体空腔内的气压。
本发明实施例的肺泡呼吸模拟装置至少具有如下有益效果：采用本发明第一方面所提供的任一种微流控肺泡芯片，可实现微流控肺泡芯片所带来的以上效果基础上，可通过进料压力控制装置周期性地同步协同调控肺泡管内的流体往返运动和模拟肺泡膨胀收缩运动，模拟肺泡呼吸过程，能够达到与真实人体肺泡管内的流动具有动力学相似，获得不同呼吸条件下肺泡内流体的混沌流态。
根据本发明的另一些实施例的肺泡呼吸模拟装置，所述进料压力控制装置为双通道可编程注射泵；所述双通道可编程注射泵包括第一通道和第二通道；所述第一通道与所述微流控肺泡芯片上微流通道的进液口连通，用于向所述微流通道输送和抽吸工作流体；所述第二通道与所述气体空腔的气体出入口连通，用于控制所述气体空腔内的气压；
或者，所述进料压力控制装置包括进料装置和压力控制装置，所述进料装置与所述微流控肺泡芯片上微流通道的进液口连通，用于向所述微流通道输送和抽吸工作流体；所述压力控制装置与所述气体空腔的气体出入口连通，用于控制所述气体空腔内的气压。
根据本发明的另一些实施例的肺泡呼吸模拟装置，还包括控制系统，所述控制系统用于控制所述进料压力控制装置的工作运行。
附图说明
图1是本发明一实施例微流控肺泡芯片的结构示意图；
图2是本发明一实施例肺泡呼吸模拟装置的结构示意图；
图3是图2所示肺泡呼吸模拟装置模拟肺泡呼吸运动的原理图。
具体实施方式
以下将结合实施例对本发明的构思及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本发明保护的范围。
在本发明实施例的描述中，如果涉及到方位描述，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明实施例的描述中，如果某一特征被称为“设置”、“固定”、“连接”、“安装”在另一个特征，它可以直接设置、固定、连接在另一个特征上，也可以间接地设置、固定、连接、安装在另一个特征上。在本发明实施例的描述中，如果涉及到“若干”，其含义是一个以上，如果涉及到“多个”，其含义是两个以上，如果涉及到“大于”、“小于”、“超过”，均应理解为不包括本数，如果涉及到“以上”、“以下”、“以内”，均应理解为包括本数。如果涉及到“第一”、“第二”，应当理解为用于区分技术特征，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
请参照图1，示出了本发明一实施例微流控肺泡芯片的结构示意图。该微流控肺泡芯片包括微流通道11、气体空腔12和模拟肺泡13。
微流通道11用于供工作流体流动；其包括模拟肺泡管道111、辅助进液通道112和辅助储液通道113；模拟肺泡管道111的两端具有流体入口和流体出口，流体入口连通辅助进液通道112，流体出口连通辅助储液通道113连通；辅助进液通道112上设有进液口118。
模拟肺泡管道111的形状可设计为圆形管道或方形管道。在本实施例中，模拟肺泡管道111为方形管道，其垂直于流体流向的截面尺寸可为(240～300μm)×(240～300μm)，即宽度为240～300μm，高度为240～300μm；本实施例中模拟肺泡管道111垂直于流体流向的截面尺寸为240μm×240μm。
在本实施例中，辅助进液通道112和辅助储液通道113对称设置，且辅助进液通道112辅助储液通道113与模拟肺泡管道111同一水平设置。
辅助进液通道112包括辅助进液主通道114和收缩通道115，辅助进液主通道114上垂直于流体流向的截面尺寸大于模拟肺泡管道111上垂直于流体流向的截面尺寸；辅助进液主通道114通过收缩通道115与模拟肺泡管道111的流体入口连接；进液口118设于辅助进液主通道114上。通过以上结构设置，将辅助进液主通道114上垂直于流体流向的截面尺寸设置为大于模拟肺泡管道111上沿垂直于流体流向的截面尺寸，且通过收缩通道115连接辅助进液主通道114和模拟肺泡管道111，可减少工作流体的流动阻力。
另外，辅助储液通道113包括辅助储液主通道116和扩展通道117，辅助储液主通道116上垂直于流体流向的截面尺寸大于模拟肺泡管道111上垂直于流体流向的截面尺寸；辅助储液主通道116通过扩展通道117与模拟肺泡管道111的流体出口连接。通过以上结构设置，将辅助储液主通道116上垂直于流体流向的截面尺寸设置为大于模拟肺泡管道111上垂直于流体流向的截面尺寸，且通过扩展通道117连接辅助储液主通道116和模拟肺泡管道111，可减少工作流体的流动阻力的同时，增加辅助储液通道113的储液能力。另外，为了便于辅助进液通道112的进液，在本实施例中，辅助储液通道113上还设有排气口119；当然，在某些实施例中，也可取消排气口119的设置。
气体空腔12上具有气体出入口121。气体空腔12设于模拟肺泡管道111的一侧，气体空腔12靠近模拟肺泡管道111的端面与侧壁面之间具有倒角122。微流控肺泡芯片10通常通过采用PDMS等具有一定柔性材料作为基材，通过浇注等方式形成微流通道11、气体空腔12和模拟肺泡结构13；由于基材具有一定的柔性，通过气体空腔12靠近模拟肺泡管道111的端面与侧壁面之间倒角122的设置，可增强模拟肺泡管道111和气体空腔12之间基材的厚度，提高模拟肺泡管道111侧壁强度，降低实验过程模拟肺泡管道111侧壁的形变干扰。
模拟肺泡13包括内腔和弹性侧壁131，内腔与模拟肺泡管道111连通；模拟肺泡13设于气体空腔12内，以使模拟肺泡13的内腔与气体空腔12之间通过弹性侧壁131隔开。依据解剖学上的研究数据，模拟肺泡13的直径一般为200～225μm，半开角为45～60°。本实施例中模拟肺泡13的直径为225μm；半开角为60°。以上基于解剖学尺寸的肺泡芯片设计，能够以增加芯片高度的准三维结构模拟三维结构，进而可通过该准三维物理模型进行流场及粒子轨迹的研究，进而揭示肺泡流的主要物理特性，并用于验证三维肺泡的数学模型，从而可以全面地理解肺泡流的流动与运输机理。
以上微流控肺泡芯片可通过以下方法制作：首先，使用PDMS浇筑带有微流通道11、气体空腔12和模拟肺泡结构13的芯片层；而后选取基底层，基底层具体可采用玻璃板或PDMS膜；再将芯片层和基底层键合，得到完整的微流控肺泡芯片。
以上微流控肺泡芯片结构简单，可采用单肺泡结构微流控芯片单独控制参数，以单独研究各级肺泡内的复杂流场，可排除各级流量之间相互干扰和相互制约，提高研究准确性。另外，由于大气中PM2.5细颗粒物对肺部的健康有着很大影响，研究颗粒物在肺部的运输与沉积可以让人理解颗粒物对肺健康的影响程度、影响方式、影响区域，还可以指药物的研究，以提高向病变输送药物的效率；由此，可借助以上微流控肺泡芯片，通过释放各类颗粒物，在更真实的情况下揭示颗粒物在不受力情况和受力方式的条件下的运输与沉积机理，以及所吸入芯片内的颗粒物可进入肺泡的百分比，从而研究微纳米颗粒物(PM2.5)和药物颗粒在肺泡管和肺泡内的运输与沉积特性。再有，可在以上微流控肺泡芯片内种植肺泡上皮与内皮细胞，研究肺泡细胞的生理病理特性，以及进行药物的药理与毒性筛选。
参阅图2，示出了本发明一实施例肺泡呼吸模拟装置的结构示意图。该肺泡呼吸模拟装置包括进料压力控制装置和微流控肺泡芯片。
其中，微流控肺泡芯片的结构与图1所示微流控肺泡芯片的结构相似，不再赘述。
进料压力控制装置用于向微流控肺泡芯片中的微流通道11输送和抽吸工作流体，以及控制微流控肺泡芯片上气体空腔12内的气压。在本实施例中，进料压力控制装置具体为双通道可编程注射泵20，该双通道可编程注射泵20包括第一通道21和第二通道22；第一通道21与微流控肺泡芯片上微流通道11的进液口118连通，用于向微流通道11输送和抽吸工作流体；第二通道22与气体空腔12的气体出入口121连通，用于控制气体空腔12内的气压。
可采用以上肺泡呼吸模拟装置模拟肺泡呼吸过程。具体地，请参照图2和图3；图3示出了图2所示肺泡呼吸模拟装置模拟肺泡呼吸运动的原理图。图3中(a)表示肺泡呼吸运动原理图；图3中(b)表示呼吸过程(周期为T)模拟肺泡管道中工作流体的流量控制；图3中(c)表示呼吸过程(周期为T)气体空腔的压力控制。在吸气阶段(t＝0～T/2),利用双通道可编程注射泵20的第一通道21将工作流体(模拟吸入肺内的空气)通过辅助进液通道112从模拟肺泡管道111的流体入口进入模拟肺泡管道111，流量为Qd(是时间t的正弦函数)，同时，通过双通道可编程注射泵20的第二通道22通过气体出入口121从气体空腔12抽取气体，模拟肺泡13的弹性侧壁131受力(P)膨胀；在呼气阶段(t＝T/2～T),利用双通道可编程注射泵20的第一通道21将工作流体从辅助储液通道113抽吸进入模拟肺泡管道111，同时，通过利用双通道可编程注射泵20的第二通道22往气体腔室12内注入气体，模拟肺泡13的弹性侧壁131受力收缩。工作流体在模拟肺泡管道111内的流动和气体空腔12内压强的变化利用双通道可编程注射泵20同步控制，流量按照时间的正弦函数运行。另外，为了便于观察肺泡呼吸运动，可在工作流体中添加荧光粒子，通过激发器激发出激光，照射工作流体中的荧光粒子，荧光粒子受激发发出荧光；再采用显微镜观察，并采用高速相机拍照记录工作流体的呼吸运动。
在以上过程中，利用双通道可编程注射泵20精密控制微流控肺泡芯片中模拟肺泡管道111内的非稳态流动，通过匹配芯片中与真实人体肺泡管中的无量纲数(如Reynoldsnumber和Womersely number)，来实现芯片中工作流体与真实肺泡管中流体的运动相似、动力相似；通过改变流动参数(如模拟肺泡管道内流量、模拟肺泡膨胀大小和呼吸周期)，可以系统地模拟呼吸过程中肺泡内的不同流态和混沌流。
在其他实施例中，进料压力控制装置也可包括进料装置和压力控制装置，进料装置与微流控肺泡芯片上微流通道11的进液口118连通，用于向微流通道11输送和抽吸工作流体；压力控制装置与气体空腔12的气体出入口121连通，用于控制气体空腔12内的气压。
另外，为了进一步便于肺泡呼吸模拟装置对工作流体在微流通道11中的流动控制和气体空腔12中的气压控制，肺泡呼吸模拟装置还包括控制系统，控制系统用于控制所述进料压力控制装置的工作运行。
上面结合附图对本发明实施例作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在所述技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。此外，在不冲突的情况下，本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

Claims (10)

1.一种微流控肺泡芯片，其特征在于，包括：
微流通道；所述微流通道包括模拟肺泡管道、辅助进液通道和辅助储液通道；所述模拟肺泡管道的两端具有流体入口和流体出口，所述流体入口连通所述辅助进液通道，所述流体出口连通所述辅助储液通道；所述辅助进液通道上设有进液口；
气体空腔；所述气体空腔上具有气体出入口；
模拟肺泡；所述模拟肺泡包括内腔和弹性侧壁，所述内腔与所述模拟肺泡管道连通；所述模拟肺泡设于所述气体空腔内。
2.根据权利要求1所述的微流控肺泡芯片，其特征在于，所述辅助进液通道包括辅助进液主通道和收缩通道，所述辅助进液主通道上垂直于流体流向的截面尺寸大于所述模拟肺泡管道上垂直于流体流向的截面尺寸；所述辅助进液主通道通过所述收缩通道与所述模拟肺泡管道的流体入口连接；所述进液口设于所述辅助进液主通道上。
3.根据权利要求1所述的微流控肺泡芯片，其特征在于，所述辅助储液通道包括辅助储液主通道和扩展通道，所述辅助储液主通道上垂直于流体流向的截面尺寸大于所述模拟肺泡管道上垂直于流体流向的截面尺寸；所述辅助储液主通道通过所述扩展通道与所述模拟肺泡管道的流体出口连接。
4.根据权利要求1所述的微流控肺泡芯片，其特征在于，所述气体空腔设于所述模拟肺泡管道的一侧，所述气体空腔靠近所述模拟肺泡管道的端面与侧壁面之间具有倒角。
5.根据权利要求1所述的微流控肺泡芯片，其特征在于，所述模拟肺泡管道为圆形管道或方形管道。
6.根据权利要求5所述的微流控肺泡芯片，其特征在于，所述模拟肺泡管道为方形管道，所述模拟肺泡管道垂直于流体流向的截面尺寸为(240～300μm)×(240～300μm)。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的微流控肺泡芯片，其特征在于，所述模拟肺泡的直径为200～225μm，半开角为45～60°。
8.一种肺泡呼吸模拟装置，其特征在于，包括进料压力控制装置和权利要求1至7任一项所述的微流控肺泡芯片；所述进料压力控制装置用于向所述微流通道输送和抽吸工作流体，以及控制所述气体空腔内的气压。
9.根据权利要求8所述的肺泡呼吸模拟装置，其特征在于,所述进料压力控制装置为双通道可编程注射泵；所述双通道可编程注射泵包括第一通道和第二通道；所述第一通道与所述微流控肺泡芯片上微流通道的进液口连通，用于向所述微流通道输送和抽吸工作流体；所述第二通道与所述气体空腔的气体出入口连通，用于控制所述气体空腔内的气压；
或者，所述进料压力控制装置包括进料装置和压力控制装置，所述进料装置与所述微流控肺泡芯片上微流通道的进液口连通，用于向所述微流通道输送和抽吸工作流体；所述压力控制装置与所述气体空腔的气体出入口连通，用于控制所述气体空腔内的气压。
10.根据权利要求9所述的肺泡呼吸模拟装置，其特征在于，还包括控制系统，所述控制系统用于控制所述进料压力控制装置的工作运行。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111489624B (zh) * 2020-04-30 2022-03-22 哈尔滨工业大学(深圳)(哈尔滨工业大学深圳科技创新研究院) 肺泡呼吸模拟装置
CN113223388B (zh) * 2021-05-11 2023-01-10 中国人民解放军陆军军医大学第二附属医院 用于感染播散研究的咳嗽和呕吐模拟装置
CN114534802B (zh) * 2022-01-06 2023-07-14 北京大学 一种微流控芯片及其制备方法
CN114526373A (zh) * 2022-01-06 2022-05-24 北京大学 一种单层微流控气动微阀门及微流控芯片

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102728422A (zh) * 2012-06-11 2012-10-17 清华大学 微流控芯片装置及其应用
CN103356196A (zh) * 2013-08-08 2013-10-23 中国人民解放军军事医学科学院卫生装备研究所 一种真实人体上呼吸道模型流场压力测量实验装置
CN109865540A (zh) * 2019-03-04 2019-06-11 中国科学院微电子研究所 基于化学改性的微流控肺泡芯片

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4692200B2 (ja) * 2005-10-06 2011-06-01 横河電機株式会社 化学処理用カートリッジおよびその使用方法
CN104977390B (zh) * 2015-07-08 2017-05-03 天津大学 一种模拟真实人体呼吸装置及方法
CN106338544B (zh) * 2015-07-09 2019-05-28 南京大学 一种模拟人肺呼吸运动系统的烟气分析装置
GB2556270B (en) * 2015-07-27 2021-05-12 Univ Pennsylvania Lung disease models on a chip
CN107271337B (zh) * 2017-04-24 2023-09-15 中国人民解放军军事医学科学院卫生装备研究所 一种人体肺泡气溶胶沉积测量实验系统

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102728422A (zh) * 2012-06-11 2012-10-17 清华大学 微流控芯片装置及其应用
CN103356196A (zh) * 2013-08-08 2013-10-23 中国人民解放军军事医学科学院卫生装备研究所 一种真实人体上呼吸道模型流场压力测量实验装置
CN109865540A (zh) * 2019-03-04 2019-06-11 中国科学院微电子研究所 基于化学改性的微流控肺泡芯片

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