CN111971384B - 一种仿生肠-肝器官芯片及其制备方法和应用 - Google Patents

一种仿生肠-肝器官芯片及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

一种基于微流控技术的仿生肠‑肝器官芯片及其制备方法和应用，该仿生肠‑肝器官芯片具有流体通道，在流体通道内设有多孔膜(130)，多孔膜(130)将流体通道分隔成上层流体通道(111)和下层流体通道(121)，下层流体通道(121)的底部设有若干个凹槽结构(122)。肠细胞接种于上层通道(111)内，并在多孔膜(130)上形成具有代谢与吸收功能的肠道上皮组织。肝细胞接种于下层通道(121)内，由于在下层流体通道(121)的底部设有若干个凹槽结构(122)，接种肝细胞后，肝细胞会聚集在凹槽结构(122)内形成肝细胞球，通过三维动态培育出的肝细胞与人体肝细胞更为接近，具有更完善的肝功能。利用该芯片可更准确的模拟肠道与肝脏的循环体系，有利于药代动力学、药物筛选、食品安全等研究领域的研究工作。

Description

一种仿生肠-肝器官芯片及其制备方法和应用
技术领域
本申请涉及器官仿生技术领域，具体涉及一种基于微流控技术的仿生肠-肝器官芯片及其应用。
背景技术
微流控芯片技术(Microfluidics)作为21世纪重要前沿科学技术之一，为体外模拟人体代谢模型提供了一种重要平台。它主要以微纳加工技术为基础，由微米级通道形成网络，以可控流体贯穿整个系统，可实现生物学与化学实验室的常规功能。因其具有与细胞大小相匹配的微米尺寸构件，可在芯片微通道内进行多种细胞培养与流体刺激，构建与生理环境接近并具有时空分辨特点的三维微环境，已成为组织器官构建、药物筛选、毒理学以及生物医学研究的重要技术。现阶段微流控技术已成功应用于三维细胞共培养、细胞迁移、细胞分选、组织微环境与类器官构建等。其中，人体器官芯片(Organs-on-a-chip)是近几年发展起来的一种新兴前沿交叉学科技术，是一种利用微加工技术，在微流控芯片上制造出能够模拟人类器官的主要功能的仿生系统。与传统二维静态细胞培养技术相比，芯片内培养的细胞具有三维结构以及多种细胞的空间分布结构，更重要的是器官芯片可以为细胞提供动态的微环境，这是传统手段无法比拟的。此外，芯片内的细胞大部分都是基于人源的细胞，可以极大的降低动物模型所产生的种间差异。器官芯片的发展将有助于药物研发、疾病研究等。
目前，已有一些研究组和公司已经开发出多器官芯片，现有的肠-肝芯片流通通道在下层，将不同细胞接种在商品化的transwell里，并结合下层的流体形成多器官连用。
现有多器官芯片只是将不同组织细胞接种在不同区域内，没有考虑到不同组织的三维结构，会造成一些组织细胞功能的弱化或缺失，如TISSUSE公司的2-organ-chip，是二维细胞培养，并且培养在transwell中的细胞处于相对静态环境中。
发明内容
本申请提供一种通过三维结构动态培育功能完善肠-肝细胞的仿生肠-肝器官芯片及其制备方法和应用。
根据第一方面，一种实施例中提供一种基于微流控技术的仿生肠-肝器官芯片，具有流体通道，在流体通道内设有多孔膜，多孔膜将流体通道分隔成上层流体通道和下层流体通道，下层流体通道的底部设有若干个凹槽结构。
根据第二方面，一种实施例中提供一种仿生肠-肝器官芯片的制备方法，包括如下步骤：
制备上层芯片；
制备下层芯片；
封接组装：将多孔膜封接在上层芯片和下层芯片之间，形成仿生肠-肝器官芯片；
其中，上层芯片的下表面具有开放的上层流体通道，上层芯片的上表面具有开放的下层流体通道，下层流体通道的底部设有若干个凹槽结构。
根据第三方面，一种实施例中提供了一种制备仿生肠-肝消化系统的方法，利用上述的仿生肠-肝器官芯片进行仿生肠-肝器官芯片。
依据上述实施例的仿生肠-肝器官芯片及其制备方法和应用，肠细胞接种于上层通道内，并在多孔膜上形成具有代谢与吸收功能的肠道上皮组织。肝细胞接种于下层通道内，由于在下层流体通道的底部设有若干个凹槽结构，接种肝细胞后，肝细胞会聚集在凹槽结构内形成肝细胞球，通过三维结构动态培育出的肝细胞与人体肝细胞更为接近，具有更完善的肝功能。利用该芯片可更准确的模拟肠道与肝脏的循环体系，有利于药代动力学、药物筛选、食品安全等研究领域的研究工作。
附图说明
图1为实施例一中仿生肠-肝器官芯片的结构示意图；
图2为实施例二中仿生肠-肝器官芯片制备方法的流程图；
图3为实施例二中制备上层芯片的流程图；
图4为实施例二中制备下层芯片的流程图；
图5为实施例二中封接组装的流程图；
图6为实施例三中制备仿生肠-肝消化系统的流程图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。
实施例一：
本实施例提供了一种仿生肠-肝器官芯片，本仿生肠-肝器官芯片用于培育肠细胞和肝细胞，并模拟肠细胞和肝细胞的相互作用以及肠肝循环体系，有利于药代动力学、药物筛选、食品安全等研究领域的研究工作。
如图1所示，本实施例的仿生肠-肝器官芯片内设有流体通道，并在流体通道之间设有多孔膜，将流体通道分为上下两层通道。仿生肠-肝器官芯片包括上层芯片110和下层芯片120，上层芯片110的下表面具有开放的上层流体通道，下层芯片120的上表面具有开放的下层流体通道；多孔膜130封接在上层芯片110和下层芯片120之间，多孔膜130和上层芯片110围合成上层流体通道111，多孔膜130和下层芯片120围合成下层流体通道121。
在下层流体通道121的底部设有若干个凹槽结构122，若干个凹槽结构122阵列分布设置，凹槽结构122为梯台形凹槽结构，凹槽结构122用于接种肝细胞，使得肝细胞会聚集在凹槽结构122内形成肝细胞球，与人体肝更接近，具有更完善的肝功能。
下层流体通道121和上层流体通道111之间的体积比约为3∶4，与肠和肝的真实体积比相似，使得模拟的肠细胞和肝细胞的相互作用更准确。
本实施例中，上层芯片110和下层芯片120为PDMS、SEBS、PMMA、PC或PE等材质。多孔膜130上布满有0.22-10微米孔径的通孔，多孔膜130上的通孔用于导通上层流体通道111和下层流体通道121，肠细胞接种在上层流体通道111内的多孔膜130上。多孔膜130为高分子材料膜或生物材料膜，分子材料膜至少包括PDMS膜、PC膜、硝酸纤维膜和PET膜，生物材料膜至少包括海藻酸膜、壳聚糖膜、胶原膜和明胶膜。
具体的，上层流体通道111和下层流体通道121的长度为10-15毫米，宽度为0.5-1.5毫米；上层流体通道111的高度为0.1-0.5毫米，下层流体通道121的高度为0.1-0.2毫米。凹槽结构122的深度为0.2-0.5毫米，凹槽结构122的上口径边长为0.4-0.6毫米，凹槽结构122的下口径边长为0.15-0.2毫米。
本实施例提供的仿生肠-肝器官芯片，由于在上层流体通道111中的肠细胞培养在多孔膜上，同时灌流培养会模拟肠道动态的微环境，使芯片内形成的肠组织具有代谢与吸收的功能；由于在下层流体通道121的底部设有若干个凹槽结构122，接种肝细胞后，肝细胞会聚集在凹槽结构122内形成肝细胞球，通过三维结构动态培育出的肝细胞与人体肝细胞更为接近，具有更完善的肝功能；利用该仿生肠-肝器官芯片可更准确的模拟肠道与肝脏的相互作用以及肠肝循环体系，有利于药代动力学、药物筛选、食品安全等研究领域的研究工作。
实施例二：
本实施例提供了一种仿生肠-肝器官芯片的制备方法，本制备方法主要采用软光刻技术制备上述实施例一中的仿生肠-肝器官芯片。
如图2所示，本实施例的仿生肠-肝器官芯片的制备方法主要包括如下步骤：
S100：制备上层芯片；
S200：制备下层芯片；
S300：封接组装。
步骤300中，将多孔膜封接在上层芯片和下层芯片之间，形成仿生肠-肝器官芯片。生产的多孔膜上分布有阵列的通孔，多孔膜与上层芯片围合成上层流体通道，多孔膜与下层芯片围合成下层流体通道，下层流体通道的底部还分布有阵列的梯台形凹槽。其中，步骤S100和S200无先后顺序，可先后制备，也可同时制备。
本制备方法，将仿生肠-肝器官芯片分开成上层芯片和下层芯片两个单体制备，再将多孔膜封接在上层芯片和下层芯片之间，形成具有上下层流通通道的三层结构芯片。
具体的，如图3所示，步骤S100(制备上层芯片)包括如下步骤：
S101：在玻璃或硅片的基底表面旋涂光刻胶，并进行前烘；
本实施例中优选SU-8光刻胶，SU-8光刻胶是一种环氧型的、近紫外光负光刻胶，SU-8光刻胶在近紫外光范围内光吸收率低，使得在光刻胶厚度上都具有较好的曝光均匀性，能够得到图形边缘近乎垂直的结构。
SU-8光刻胶光刻的机理如下：光刻胶中的光引发剂吸收光子发生了化学反应，生产一种强酸，其作用是前烘过程中作为酸催化剂促进交联反应。只有在曝光区域的光刻胶中才会产生强酸，故只有在曝光区域内才发生交联反应，未曝光的区域不发生交联反应，而光刻胶发生交联反应后不溶于显影液，而光刻胶未发生交联反应的溶于显影液，因此显影后的光刻胶形成与掩膜图案相反的图形。
本步骤中，旋涂SU-8光刻胶的厚度为300微米，与上层流体通道的高度对应。前烘的温度为95℃，时间为4小时。
S102：将具有上层流体通道结构图案的掩膜固定于附有光刻胶的基底表面；
掩膜具有上层流体通道结构的图案，掩膜用于隔档紫外光，从而将掩膜上图案复制到SU-8光刻胶上。
S103：光源垂直照射掩膜进行曝光，并进行后烘；
紫外光穿过掩膜上的图案照射到SU-8光刻胶上，SU-8光刻胶被曝光的区域将发生交联，交联后的区域不溶于显影液。本实施例中的光源均为紫外光光源，用于发射紫外光进行曝光。
本步骤中，后烘的温度为95℃，时间为10-30分钟。
S104：自然冷却后，采用显影液去除未曝光的光刻胶，形成具有上层流体通道结构的模板，并进行坚膜；
本步骤中，通过乳酸乙酯显影液去除未曝光的SU-8光刻胶，显影后的SU-8光刻胶形成与掩膜相反的图形结构，再坚膜加固，坚膜的温度为180℃，时间为2小时。
S105：通过具有上层流体通道结构的模板制备上层芯片。
本步骤中，通过具有上层流体通道结构的模板制备出PDMS材质的上层芯片，并在上层流体通道两端位置与下层流体通道两端对应位置分别打出入口。
上层芯片也可为其他材质，例如SEBS、PMMA、PC或PE等。制成的上层芯片的下表面具有开放的上层流体通道结构。
如图4所示，步骤S200(下层芯片的制备方法)包括如下步骤：
S201：在玻璃或硅片的基底表面旋涂光刻胶，并进行第一次前烘；
本步骤中，在玻璃或硅片上旋涂厚度为100微米的SU-8光刻胶，此厚度与下层流体通道的高度对应，第一前烘的温度为95℃，时间为2小时。
S202：将具有下层流体通道图案的掩膜固定于附有光刻胶的基底表面；
S203：光源垂直照射掩膜进行第一次曝光；
第一次曝光后，曝光区域内SU-8光刻胶发生交联反应，不溶于显影液。
S204：去除掩膜，在经过曝光的光刻胶上再旋涂光刻胶，并进行第二次前烘；
第一曝光后，在SU-8光刻胶上旋涂SU-8光刻胶，SU-8光刻胶的厚度为200-500微米，例如厚度为300微米，SU-8光刻胶的厚度与下层流体通道底部的凹槽深度对应。第二次前烘的温度为95℃，时间为4-8小时，例如时间为8小时。
S205：将具有与下层流体通道内凹槽对应的圆形图案的掩膜固定于附有两层光刻胶的基底表面，并且圆形图案位于第一次曝光的曝光区域内；
掩膜上方形图案为阵列分布与下层流体通道底部的凹槽底面对应，用于制备下层流体通道底部的凹槽的模板。
S206：光源倾斜旋转照射吃进行第二次曝光，并进行后烘；
首先将固定有掩膜与两层光刻胶的基底置于可倾斜旋转的平台上，平台的倾斜角度为30-60度，第二次曝光分为8次，每次保管后平台旋转45度。
S207：自然冷却后，采用显影液去除未曝光的光刻胶，形成具有下层流体通道结构的模板，并进行坚膜；
采用乳酸乙酯显影液去除未曝光的SU-8光刻胶，形成具有下层流体通道结构的SU-8光刻胶模板。
S208：通过具有下层流体通道结构的模板制备下层芯片。
本步骤中，通过具有下层流体通道结构的模板制备出PDMS材质的下层芯片，下层芯片也可为其他材质，例如SEBS、PMMA、PC或PE等。制备成的下层芯片的上表面具有开放的下层流体通道结构，并且，下层芯片的下层流体通道结构与上层芯片的上层流体通道结构的体积比为3∶4。
如图5所示，步骤S300(封接组装)包括如下步骤：
S301：将多孔膜封接在上层芯片上；
通过热压或键合等方式将多孔膜固定在上层芯片上。
S302：将下层芯片对准封接在多孔膜的另一侧，形成仿生肠-肝器官芯片。
将下层芯片与附有多孔膜的上层芯片对准，通过热压或键合等方式固定，下层芯片封接在多孔膜的另一侧。多孔膜为PC膜，也可为高分材料或生物材料膜。
在本实施例中，PC多孔膜与上层芯片的封接可在上层芯片的制备过程中完成，即当模板制得的上层芯片侧壁粘在玻璃的未固化PDMS上后，将多孔膜粘在上层芯片侧壁上，以80℃的温度烘烤2小时，使PDMS固化，同时完成上层芯片的制备和封接多孔膜，再利用等离子处理，将上层芯片与下层芯片通过键合的方式封接到一起。
本实施例提供的仿生肠-肝器官芯片的制备方法，主要采用软光刻技术制备仿生肠-肝器官芯片，制备效率高，并选用SU-8光刻胶进行模板制备，能够制备出结构精度高的芯片。
实施例三：
本实施例提供了一种制备仿生肠-肝消化系统的方法，利用实施例一中所述的仿生肠-肝器官芯片进行，本方法为对仿生肠-肝器官芯片的应用。
本实施例在芯片上下通道内分别构建肠与肝组织，如图6所示，具体包括如下步骤：
S401：对仿生肠-肝器官芯片进行灭菌处理；
分别利用70％的酒精和紫外线射线对实施例一中所述的仿生肠-肝器官芯片进行灭菌处理。
S402：将细胞外基质溶液注入到上层流体通道内，对多孔膜进行修饰，修饰后清洗流体通道；
将细胞外基质(I型胶原、基质胶matrigel等)溶液从上层芯片入口注入到通道内对多孔膜进行修饰，修饰后用无血清的培养基或PBS清洗通道；
S403：将PF-127溶液注入到下层流体通道内，对凹槽结构进行修饰，修饰后清洗流体通道；
将2％的PF-127溶液从下层芯片入口注入到通道内对凹槽结构进行修饰，修饰后用无血清的培养基或PBS清洗通道；
S404：将肠细胞悬液注入到上层流体通道内，静止一定时间，以使肠细胞黏附在修饰后的多孔膜上；
将肠细胞(Caco-2)按照106个/ml的浓度接种到芯片内的上层流体通道内，静止2小时以上使细胞黏附与修饰后的多孔膜上生长；
S405：将培养基按照一定的流速连续注入到上层和下层流体通道内，培育若干个天后，肠细胞分化成熟，形成三维肠道微组织；
对肠细胞(Caco-2)进行灌流培养，5-7天后肠细胞(Caco-2)将分化成熟，在芯片内的上层流体通道形成肠道微组织；
S406：待肠组织分化成熟后，再将肝细胞悬液注入到下层流体通道内，静止一定时间，使肝细胞聚集在凹槽结构中；
S407：将培养基按照一定的流速分别连续注入上层和下层流体通道内，培养若干天后，聚集在凹槽结构中的肝细胞将自发形成肝细胞球。
培养若干天后，聚集的肝细胞自发形成肝细胞球。
将肝细胞(HepG2)按照106个/ml的浓度接种到芯片下层流体通道内，静止12小时，以使HepG2细胞聚集在凹槽结构中，再将培养基按照一定的流速分别连续注入上层和下层流体通道内，培养若3-5天后，聚集在凹槽结构中的肝细胞将自发形成肝细胞球。在芯片内同时形成功能化的肠道微组织与肝微组织，形成一个仿生肠-肝消化系统，可以应用于相关研究工作。
以上应用了具体个例对本发明进行阐述，只是用于帮助理解本发明，并不用以限制本发明。对于本发明所属技术领域的技术人员，依据本发明的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。

Claims (40)

1.一种仿生肠-肝器官芯片，具有流体通道，在所述流体通道内设有多孔膜，所述多孔膜将所述流体通道分隔成上层流体通道和下层流体通道，其特征在于，所述上层流体通道用于构建肠组织，下层流体通道用于构建肝组织，并且下层流体通道的底部设有若干个凹槽结构，若干个所述凹槽阵列分布在所述下层流体通道的底部。
2.如权利要求1所述的仿生肠-肝器官芯片，其特征在于，所述凹槽为梯台形凹槽。
3.如权利要求2所述的仿生肠-肝器官芯片，其特征在于，所述下层流体通道与上层流体通道的体积比为3:4。
4.如权利要求3所述的仿生肠-肝器官芯片，其特征在于，包括上层芯片和下层芯片，所述上层芯片的下表面具有开放的上层流体通道，所述下层芯片的上表面具有开放的下层流体通道；所述多孔膜封接在所述上层芯片和下层芯片之间，围合成所述上层流体通道和下层流体通道。
5.如权利要求4所述的仿生肠-肝器官芯片，其特征在于，所述上层芯片和下层芯片为PDMS、SEBS、PMMA、PC或PE材质。
6.如权利要求4所述的仿生肠-肝器官芯片，其特征在于，所述多孔膜为高分子材料膜或生物材料膜。
7.如权利要求6所述的仿生肠-肝器官芯片，其特征在于，所述高分子材料膜至少包括PDMS 膜、PC膜、硝酸纤维膜和PET膜，所述生物材料膜至少包括海藻酸膜、壳聚糖膜、胶原膜和明胶膜。
8.如权利要求5所述的仿生肠-肝器官芯片，其特征在于，所述上层流体通道和下层流体通道的长度为10-15毫米，宽度为0.5-1.5毫米；上层流体通道的高度为0.1-0.5毫米，所述下层流体通道的高度为0.1-0.2毫米。
9.如权利要求5所述的仿生肠-肝器官芯片，其特征在于，所述凹槽的深度为0.2-0.5毫米，所述凹槽结构的上口径边长为0.4-0.6毫米，所述凹槽结构的下口径边长为0.15-0.2毫米。
10.如权利要求5所述的仿生肠-肝器官芯片，其特征在于，所述多孔膜上通孔的孔径为0.22-10微米。
11.一种仿生肠-肝器官芯片的制备方法，用于制备如权利要求1至10中任一项所述的仿生肠-肝器官芯片，其特征在于，包括如下步骤：
制备上层芯片；
制备下层芯片；
封接组装：将多孔膜封接在所述上层芯片和下层芯片之间，形成仿生肠-肝器官芯片;
其中，所述上层芯片的下表面具有开放的上层流体通道，所述上层芯片的上表面具有开放的下层流体通道，所述下层流体通道的底部设有若干个凹槽结构。
12.如权利要求11所述的制备方法，其特征在于，所述制备上层芯片包括如下步骤：
在玻璃或硅片的基底表面旋涂光刻胶，并进行前烘；
将具有上层流体通道结构图案的掩膜固定于附有光刻胶的基底表面；
光源垂直照射掩膜进行曝光，并进行后烘；
自然冷却后，采用显影液去除未曝光的光刻胶，形成具有上层流体通道结构的模板，并进行坚膜；
通过具有上层流体通道结构的模板制备上层芯片，并在上层流体通道两端位置与下层流体通道两端对应位置分别打出入口。
13.如权利要求12所述的制备方法，其特征在于，所述光刻胶的厚度为300微米。
14.如权利要求12所述的制备方法，其特征在于，所述前烘的温度为95℃，时间为4小时。
15.如权利要求12所述的制备方法，其特征在于，所述后烘的温度为95℃，时间为10-30分钟。
16.如权利要求12所述的制备方法，其特征在于，所述坚膜的温度为180℃，时间为2小时。
17.如权利要求11所述的制备方法，其特征在于，所述制备下层芯片包括如下步骤：
在玻璃或硅片的基底表面旋涂光刻胶，并进行第一次前烘；
将具有下层流体通道图案的掩膜固定于附有光刻胶的基底表面；
光源垂直照射掩膜进行第一次曝光；
去除掩膜，在经过曝光的光刻胶上再旋涂光刻胶，并进行第二次前烘；
将具有与下层流体通道内凹槽对应的方形图案的掩膜固定于附有两层光刻胶的基底表面，并且所述方形图案位于第一次曝光的曝光区域内；
将固定有掩膜与两层光刻胶的基底置于可倾斜旋转的平台上进行第二次曝光，并进行后烘；
自然冷却后，采用显影液去除未曝光的光刻胶，形成具有下层流体通道结构的模板，并进行坚膜；
通过具有下层流体通道与凹槽结构的模板制备下层芯片。
18.如权利要求12或17所述的制备方法，其特征在于，所述光刻胶为SU-8光刻胶，所述显影液为乳酸乙酯。
19.如权利要求12或17所述的制备方法，其特征在于，所述光源为紫外光光源。
20.如权利要求17所述的制备方法，其特征在于，所述光刻胶为SU-8光刻胶，所述上层芯片和下层芯片均为PDMS材质。
21.如权利要求17所述的制备方法，其特征在于，所述下层芯片上的下层流体通道与上层芯片上的上层流体通道的体积比为3:4。
22.如权利要求17所述的制备方法，其特征在于，所述光刻胶的厚度为100微米。
23.如权利要求17所述的制备方法，其特征在于，所述第一次前烘的温度为95℃，时间为2小时。
24.如权利要求17所述的制备方法，其特征在于，再次旋涂的所述光刻胶的厚度为200-500微米。
25.如权利要求17所述的制备方法，其特征在于，所述第二次前烘的温度为95℃，时间为4-8小时。
26.如权利要求17所述的制备方法，其特征在于，所述后烘的温度为95℃，时间为10-30分钟。
27.如权利要求17所述的制备方法，其特征在于，所述坚膜的温度为180℃，时间为2小时。
28.如权利要求11所述的制备方法，其特征在于，所述封接组装包括如下步骤：
将多孔膜封接在上层芯片上；
将下层芯片对准封接在多孔膜的另一侧，形成仿生肠-肝器官芯片。
29.如权利要求28所述的制备方法，其特征在于，所述多孔膜与上层芯片和下层芯片通过热压或键合的方式封接在一起。
30.一种制备仿生肠-肝消化系统的方法，其特征在于，利用权利要求1至9中任一项所述的仿生肠-肝器官芯片进行。
31.如权利要求30所述的方法，其特征在于，包括如下步骤：
对如权利要求1至10中任一项所述的仿生肠-肝器官芯片进行灭菌处理；
将细胞外基质溶液注入到上层流体通道内，对多孔膜进行修饰，修饰后清洗流体通道；
将PF-127溶液注入到下层流体通道内，对凹槽结构进行修饰，修饰后清洗流体通道；
将肠细胞悬液注入到上层流体通道内，静止一定时间，以使肠细胞黏附在修饰后的多孔膜上；
将培养基按照一定的流速连续注入到上层和下层流体通道内，培育若干天后，肠细胞分化成熟，形成三维肠道微组织；
待肠组织分化成熟后，再将肝细胞悬液注入到下层流体通道内，静止一定时间，使肝细胞在凹槽结构内聚集；
将培养基按照一定的流速分别连续注入上层和下层流体通道内，培养若干天后，聚集在凹槽结构中的肝细胞将自发形成肝细胞球。
32.如权利要求31所述的方法，其特征在于，采用浓度为70%的酒精和紫外线对仿生肠-肝器官芯片进行灭菌处理。
33.如权利要求31所述的方法，其特征在于，所述细胞外基质溶液为I型胶原或基质胶matrigel溶液。
34.如权利要求31所述的方法，其特征在于，修饰后采用无血清的培养基或PBS清洗上层流体通道和下层流体通道。
35.如权利要求31所述的方法，其特征在于，所述PF-127溶液的浓度为2%。
36.如权利要求31所述的方法，其特征在于，所述肠细胞悬液和肝细胞悬液的浓度均为106个/ml。
37.如权利要求31所述的方法，其特征在于，所述肠细胞悬液注入到流体通道内后，静止两小时以上。
38.如权利要求31所述的方法，其特征在于，将培养基按照一定的流速连续注入到上层和下层流体通道内，培育5-7天。
39.如权利要求31所述的方法，其特征在于，所述肝细胞悬液注入下层流体通道后，先静止12小时培育，此时上层流体通道继续进行灌流培养，或者静止培养。
40.如权利要求31所述的方法，其特征在于，再将培养基按照一定的流速分别连续注入上层和下层流体通道内，培养若干天后，聚集在凹槽结构中的肝细胞将自发形成肝细胞球。
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Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110951676A (zh) * 2019-12-24 2020-04-03 江苏信安佳医疗科技有限公司 仿生肝类器官培养模型及其应用
CN113637580A (zh) * 2020-04-27 2021-11-12 复旦大学 一种多力场耦合的细胞组织培养芯片
CN113447548A (zh) * 2021-06-09 2021-09-28 华东师范大学 一种检测器官芯片生理病理参数的生物传感系统的构建方法
CN114317272B (zh) * 2021-12-07 2024-01-12 上海前瞻创新研究院有限公司 一种多细胞共培养的培养装置及细胞培养方法
CN114350594B (zh) * 2022-01-07 2023-09-01 中国疾病预防控制中心营养与健康所 一种模拟人体组织代谢流程的细胞仿生共培养方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105176816A (zh) * 2015-10-30 2015-12-23 东南大学 一种基于细胞聚集体的微脉管肝脏芯片及其制备和使用方法
CN105925480A (zh) * 2016-05-12 2016-09-07 大连理工大学 用于血脑屏障药物通透性高通量筛选的微流控芯片及制备方法
CN106811413A (zh) * 2015-11-30 2017-06-09 中国科学院大连化学物理研究所 基于微流控技术的多器官芯片及其制备方法
CN107955790A (zh) * 2016-10-14 2018-04-24 中国科学院大连化学物理研究所 基于微流控芯片的模拟药物体内吸收过程的肠-肾体系

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20070048727A1 (en) * 2001-04-25 2007-03-01 Michael Shuler Biliary barrier
DK2313487T3 (en) * 2008-07-16 2018-06-18 Childrens Medical Center ORGANIZING DEVICE WITH MICRO-CHANNELS AND METHODS OF APPLICATION
PT2712918E (pt) * 2012-09-28 2015-02-17 Tissuse Gmbh Chip-multi-órgãos com melhor tempo de vida e homeostase
CN103981094A (zh) * 2014-05-07 2014-08-13 大连理工大学 一种实现肝肠循环药物筛选的微流控芯片
CN107955781B (zh) * 2016-10-14 2021-03-09 中国科学院大连化学物理研究所 基于微流控芯片的模拟药物体内代谢过程的肝-肾体系
CN107312713A (zh) * 2017-07-28 2017-11-03 中科芯瑞(苏州)生物科技有限公司 一种微流控芯片及其应用
CN107502547A (zh) * 2017-09-25 2017-12-22 中科芯瑞(苏州)生物科技有限公司 一种实现多种细胞共培养的微流控芯片及其应用

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105176816A (zh) * 2015-10-30 2015-12-23 东南大学 一种基于细胞聚集体的微脉管肝脏芯片及其制备和使用方法
CN106811413A (zh) * 2015-11-30 2017-06-09 中国科学院大连化学物理研究所 基于微流控技术的多器官芯片及其制备方法
CN105925480A (zh) * 2016-05-12 2016-09-07 大连理工大学 用于血脑屏障药物通透性高通量筛选的微流控芯片及制备方法
CN107955790A (zh) * 2016-10-14 2018-04-24 中国科学院大连化学物理研究所 基于微流控芯片的模拟药物体内吸收过程的肠-肾体系

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
An On-Chip Small Intestine–Liver Model for Pharmacokinetic Studies;Hiroshi Kimura等;《Journal of Laboratory Automation》;20151231;第20卷(第3期);第265–273页 *

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