CN113373052B - 一种基于微流控技术的类器官成型芯片及其工作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种基于微流控技术的类器官成型芯片。一种基于微流控技术的类器官成型芯片，其中，包括底层流道和盖设于底层流道顶部的顶层盖板，底层流道上依次设有液流入口，与液流入口连通的培养池阵列，以及供通过培养池阵列后的液流排出的培养液出口，培养池阵列与底层流道的底面成一定夹角倾斜设置，培养池阵列靠近培养液出口的一端高于培养池阵列靠近液流入口的一端。本发明还提供一种基于微流控技术的类器官成型芯片的工作方法。本发明能够提高类器官成型芯片中培养池阵列的各培养池中留存的细胞初始数量的一致性，成型后的类器官具有良好的统一性。

Description

一种基于微流控技术的类器官成型芯片及其工作方法
技术领域
本发明涉及生物微流控技术领域，更具体地，涉及一种基于微流控技术的类器官成型芯片及其工作方法。
背景技术
类器官是一种基于3D体外细胞培养系统，建立的与体内的来源组织或器官高度相似的一种模型。这些3D体外培养系统可复制出已分化组织的复杂空间形态，并能够表现出细胞与细胞之间，细胞与其周围基质之间的相互作用和空间位置形态。其特征必须包含一种以上与来源器官相同的细胞类型；应该表现出来源器官所特有的一些功能；细胞的组织方式应当与来源器官相似。类器官技术应用领域广泛，包括发育生物学、疾病病理学、细胞生物学、再生机制、精准医疗以及药物毒性和药效试验。
类器官制备的典型方法首先要分离出相应的种子细胞，例如肿瘤中的肿瘤干细胞或者是正常组织来源的多能干细胞，然后将它们培养在一个生物相容性良好的材料上如基质胶。培养的同时培养基中需要添加生长因子和小分子等，以激活或者抑制参与类器官形成所依赖的特定信号通路，制备不同的类器官需使用不同的添加物组合，经过一段时间的培养形成球形细胞团簇。但是传统方法是采用培养皿进行培养，这样细胞是自发组成团簇的，形成团簇的细胞初始数量是不受控制的，所以形成的类器官大小也是不一致的，且位置随机；更麻烦的是细胞成型团簇后是悬浮培养与生长，这就很难进行针对性的分析，或者是进行统一、批量化的药物筛选工作。为解决上述问题，目前已逐步开始采用基于微流控技术的成型芯片来进行类器官的培养，如中国专利CN112226363A公开了一种利用微阵列深井培养高通量类器官的装置和方法，该装置包括细胞培养基底、聚二甲基硅氧烷微阵列深井微流控芯片和微流体控制系统，聚二甲基硅氧烷微阵列深井微流控芯片中存在一定数量的均一微孔阵列，这样相对于培养皿来说，每个微孔中能够存留的细胞数量就基本是一致的，因此培养形成的类器官的大小就比较均一，位置也比较固定。但是采用这种方法，由于微孔阵列是水平设置在微流控芯片中的，所以细胞在微孔阵列区域的沉降是靠自身重力沉降，原代组织在经切分、酶解预处理形成微组织块悬液时，微组织块悬液中微组织块的尺寸大小是不统一的，所以在重力作用下沉降时，沉降不均匀的问题还是比较明显的，并不能严格保证培养形成的类器官的大小均一。
发明内容
为克服现有微流控成型芯片中微孔阵列是水平设置，尺寸大小不一的细胞组织块在重力作用下沉降时，沉降不均匀的问题还是比较明显，并不能严格保证培养形成的类器官的大小均一的缺陷，本发明提供一种基于微流控技术的类器官成型芯片及其工作方法。本发明能够提高类器官成型芯片中培养池阵列的各培养池中留存的细胞初始数量的一致性，成型后的类器官具有良好的统一性。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种基于微流控技术的类器官成型芯片，其中，包括底层流道和盖设于所述底层流道顶部的顶层盖板，所述底层流道上依次设有液流入口，与所述液流入口连通的培养池阵列，以及供通过所述培养池阵列后的液流排出的培养液出口，所述培养池阵列与所述底层流道的底面成一定夹角倾斜设置，所述培养池阵列靠近所述培养液出口的一端高于所述培养池阵列靠近所述液流入口的一端。类器官成型芯片水平放置时，培养池阵列倾斜设置可以让微组织块悬液中的微组织块沿着微组织块悬液流动的方向被阻拦依次填满各培养池，也即只有前面的培养池填满后，微组织块悬液中的微组织块才会去到后面的培养池中，这样可以保证培养池阵列的各培养池中留存的细胞初始数量的一致性。
进一步的，所述顶层盖板上与所述液流入口及培养液出口对应的位置均设有通孔。
进一步的，所述顶层盖板靠近所述底层流道的侧面上，在与所述培养池阵列对应的位置设有阶梯结构，所述阶梯结构的坡度与所述培养池阵列的倾斜度相适配，也即阶梯结构每一阶台阶的踏面与踢面交界处的连线与所述培养池阵列所在的倾斜平面平行。微组织块悬液在流过倾斜设置的培养池阵列时，会被各培养池位于液流流动方向上的后壁阻挡，微组织块悬液中的部分微组织块在阻挡作用下就会落入对应的培养池，同时由于阻挡租用微组织块悬液会在对应的培养池上方产生一个微湍流，这个微湍流极易将已经落入培养池的微组织块再次卷起，所以在培养池阵列上方设置一个阶梯结构，该阶梯结构能够在一定程度上破坏各培养池上方形成的微湍流，以避免已经落入培养池的微组织块再次被卷起。
进一步的，所述阶梯结构的每一阶台阶与所述培养池阵列在底层流道的液流流动方向上的每一排培养池一一对应，每一排培养池均位于所述阶梯结构相邻的两个踢面之间。
进一步的，所述阶梯结构的每一阶台阶的踏面不高于在底层流道的液流流动方向上紧邻在与该台阶对应的培养池后方的一排培养池的后壁最高点，所述培养池后方和后壁均是指靠近培养液出口相对位置较高的一端，如此，顺着液流流动方向，微组织块悬液必然会被位置较高的后壁阻拦，进而掉落到相应的培养池中。优选地，所述阶梯结构在底层流道的液流流动方向上紧邻在每一排培养池前方的踢面与该排培养池后壁之间的距离L1为培养池在底层流道的液流流动方向上的宽度L2的1.5～2.5倍，相邻两排培养池之间的距离L3为培养池在底层流道的液流流动方向上的宽度L2的2～4倍。满足上述这些条件的台阶结构才能在最大程度上将各培养池上方形成的微湍流破坏掉。
进一步的，所述培养池阵列的各培养池靠近所述培养液出口这一侧侧壁顶端均设有阻挡结构。阻挡结构可以允许微组织块悬液流过培养池阵列时速度更快，微组织块被阻挡结构阻挡，能够更精准的掉落在对应的培养池中。
进一步的，所述底层流道上在所述液流入口和培养池阵列之间沿液流流动方向依次设有初筛结构，以及用于承接通过所述初筛结构筛选后的液流的二次筛选结构，所述二次筛选结构上方设有使不能通过二次筛选结构筛选的液流流向所述培养池阵列的流道，所述底层流道上还设有供不能通过所述初筛结构筛选的液流排出的初筛液流出口，以及供通过所述二次筛选结构筛选后的液流排出的二次筛选液流出口，所述顶层盖板上与所述初筛液流出口及二次筛选液流出口对应的位置均设有通孔。由于在培养池阵列之前设置了初筛结构和二次筛选结构，这就可以在微组织块悬液进入培养池阵列之前先进行两道筛选，去除大尺寸和小尺寸的微组织块，只留下大小适当的微组织块进入到培养池阵列，以达到最佳的培养效果；并且，初筛结构筛选出的大尺寸的微组织块可以通过初筛液流出口进行收集，然后再返回预处理进行二次处理，所以预处理酶解时，酶的浓度和单次处理时间都可以大大降低，最大程度的减少对细胞的伤害，维持细胞的活性，并且不会造成微组织块的浪费。
进一步的，所述初筛结构和二次筛选结构均与所述底层流道的底面成一定夹角倾斜设置，所述初筛结构和二次筛选结构的倾斜方向与所述培养池阵列的倾斜方向一致。初筛结构和二次筛选结构倾斜设置可以让不能通过它们的筛孔的微组织块更容易越过初筛结构和二次筛选结构，以免在它们前方堆积。
进一步的，所述初筛结构和二次筛选结构均与所述底层流道的底面成15°～45°夹角设置，优选为45°设置；所述底层流道上与所述培养池阵列对应的位置设有一个与所述底层流道的底面成15°～45°夹角设置的斜坡，优选为30°设置，所述培养池阵列设于所述斜坡上。
进一步的，所述初筛结构的筛孔直径为600～1000μm，优选为800μm；所述二次筛选结构的筛孔直径为80～150μm，优选为100μm。大于600～1000μm的微组织块由于尺寸过大不利于细胞培养，所以通过初筛结构进行筛除；小于80～150μm的微组织块大概率是单细胞或者是外基质碎片，也不利于细胞培养所以通过二次筛选结构进行筛除，这样，尺寸过大和尺寸过小的微组织块都不会影响细胞培养的效果。
进一步的，所述初筛液流出口和二次筛选液流出口分别设置于所述培养液出口的两侧，所述初筛液流出口和二次筛选液流出口通过流道分别与所述初筛结构和二次筛选结构的对应侧连通。
进一步的，所述顶层盖板由PDMS材质制成，所述底层流道由光固化材料通过高精度3D打印机打印成型，所述顶层盖板与所述底层流道通过键合工艺结合。所述底层流道上由所述液流入口、初筛结构、二次筛选结构、培养池阵列、培养液出口、初筛液流出口和二次筛选液流出口形成的流道表面均经过超疏水处理，将芯片内部通道的表面形成超疏水特性，提高液体流动并降低细胞粘附的概率。
本发明还提供一种基于微流控技术的类器官成型芯片的工作方法，其中，包括如下步骤：
S1.原代组织在实验室经过切分、酶解处理后，形成微组织块悬液；
S2.将微组织块悬液注入液流入口，然后微组织块悬液在驱动力的推动下依次经过液流入口、初筛结构、二次筛选结构，向培养池阵列移动，其中，不能通过初筛结构(8)的微组织片段经流道引流至初筛液流出口(10)处收集，能通过二次筛选结构(9)的微组织片段经流道引流至二次筛选液流出口(11)处收集；
S3.能通过初筛结构且不能通过二次筛选结构的微组织块悬液在流过培养池阵列区域时，微组织块悬液中的部分微组织掉落在各培养池内，流过培养池阵列区域后的微组织块悬液则流至培养液出口处收集；
S4.待各培养池内收集到设定量值的微组织，将初筛液流出口、二次筛选液流出口封闭，并将含有类器官诱导剂的水凝胶溶液通过液流入口注入芯片内，水凝胶会均匀覆盖芯片内部通道；然后再通过液流入口注入培养基，将多余的水凝胶排出，因为培养池是凹陷的，所以此处覆盖微组织的水凝胶将会被保留，而其余各处的水凝胶就会被排出芯片，经过培养以后芯片内部形成均匀、稳定的类器官体。
进一步的，在所述步骤S3和步骤S4之间还包括如下步骤：
S5.将初筛液流出口处收集的尺寸过大组织经消化处理后，再和培养液出口处收集的微组织块悬液再次混合注入液流入口，重复步骤S2至S3，这样反复多次，以实现每个培养池都收集到等量的微组织。
进一步的，所述步骤S2中，初筛结构和二次筛选结构筛选的具体过程包括如下步骤：
S21.微组织块悬液到达初筛结构时，尺寸大于初筛结构的筛孔直径的微组织片段被初筛结构阻挡，并翻过初筛结构通过流道引流至初筛液流出口处收集；尺寸小于初筛结构的筛孔直径的微组织片段穿过初筛结构的筛孔到达二次筛选结构处；
S22.到达二次筛选结构处的微组织块悬液中，尺寸小于二次筛选结构的筛孔直径的微组织片段穿过二次筛选结构的筛孔，并通过流道引流至二次筛选液流出口处收集；尺寸大于二次筛选结构的筛孔直径的微组织片段被二次筛选结构阻挡，并翻过二次筛选结构到达培养池阵列区域；
进一步的，所述步骤S2中，推动微组织块悬液的驱动力由如下方式产生：
微组织块悬液注入液流入口后，将整个芯片固定在低速离心机上旋转，通过离心力的作用促使微组织块悬液顺着液流通道向前移动；
或者，在液流入口处介入恒流泵，在后续液体的推动下顺着液流通道向前移动。
进一步的，所述步骤S4中，水凝胶为甲基丙烯酸化明胶(1％～6％)，或明胶(1％～10％)、胶原(0.1％～26％)、纤维蛋白原(0.2％～3％)、海藻酸钠(0.5％～5％)等。这些水凝胶的加入既是为了初期维持细胞组织团簇的形状，更为细胞的粘附生长提供了一个良好的三维微环境。类器官诱导剂包含多种生长因子、或小分子物质，不同的类器官种类使用的诱导剂也是不一样。以小肠类器官的培养为例，需添加EGF(表皮生长因子)，R～spondin～1、Wnt～3A和Noggin等生长因子。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
本发明将培养池阵列均与底层流道的底面成一定夹角并朝向培养液出口所在这一侧倾斜设置，可以让微组织块悬液中的微组织块沿着微组织块悬液流动的方向依次填满各培养池，这样可以提高培养池阵列的各培养池中留存的细胞初始数量的一致性，成型后的类器官具有良好的统一性，在此基础之上才能进行大规模的高通量药物筛选。
本发明在培养池阵列前面设置初筛结构和二次筛选结构，并且对应设置了初筛液流出口和二次筛选液流出口，这样就可以在微组织块悬液进入培养池阵列之前先进行两道筛选，去除大尺寸和小尺寸的微组织块，只留下大小适当的微组织块进入到培养池阵列，以达到最佳的培养效果；并且，初筛结构筛选出的大尺寸的微组织块可以通过初筛液流出口进行收集，然后再返回预处理进行二次处理，所以预处理酶解时，酶的浓度和单次处理时间都可以大大降低，最大程度的减少对细胞的伤害，维持细胞的活性，并且不会造成微组织块的浪费。
附图说明
图1是本发明的爆炸结构示意图。
图2是本发明中底层流道的结构示意图。
图3是本发明中底层流道的内部结构示意图。
图4是本发明中培养池阵列培养出类器官体的示意图。
具体实施方式
附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。附图中描述位置关系仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制。
实施例1
如图1到图3所示，一种基于微流控技术的类器官成型芯片，其中，包括底层流道1和盖设于所述底层流道1顶部的顶层盖板2，所述底层流道1上依次设有液流入口3，与所述液流入口3连通的培养池阵列4，以及供通过所述培养池阵列4后的液流排出的培养液出口5，所述培养池阵列4与所述底层流道1的底面成一定夹角倾斜设置，所述培养池阵列4靠近所述培养液出口5的一端高于所述培养池阵列4靠近所述液流入口3的一端，培养池阵列4倾斜设置可以让微组织块悬液中的微组织块沿着微组织块悬液流动的方向被阻拦依次填满各培养池41，也即只有前面的培养池41填满后，微组织块悬液中的微组织块才会去到后面的培养池41中，这样可以保证培养池阵列4的各培养池41中留存的细胞初始数量的一致性。所述顶层盖板2上与所述液流入口3及培养液出口5对应的位置均设有通孔6。
如图4所示，所述顶层盖板2靠近所述底层流道1的侧面上，在与所述培养池阵列4对应的位置设有阶梯结构7，所述阶梯结构7的坡度与所述培养池阵列4的倾斜度相适配，也即阶梯结构7每一阶台阶的踏面与踢面交界处的连线与所述培养池阵列4所在的倾斜平面平行。微组织块悬液在流过倾斜设置的培养池阵列4时，会被各培养池41位于液流流动方向上的后壁阻挡，微组织块悬液中的部分微组织块在阻挡作用下就会落入对应的培养池41，同时由于阻挡租用微组织块悬液会在对应的培养池41上方产生一个微湍流，这个微湍流极易将已经落入培养池41的微组织块再次卷起，所以在培养池阵列4上方设置一个阶梯结构7，该阶梯结构7能够在一定程度上破坏各培养池41上方形成的微湍流，以避免已经落入培养池41的微组织块再次被卷起。
如图4所示，所述阶梯结构7的每一阶台阶与所述培养池阵列4在底层流道1的液流流动方向上的每一排培养池41一一对应，每一排培养池41均位于所述阶梯结构7相邻的两个踢面之间。
如图4所示，所述阶梯结构7的每一阶台阶的踏面与在底层流道1的液流流动方向上紧邻不高于与该台阶对应的培养池41后方的一排培养池41的后壁最高点，所述阶梯结构7在底层流道1的液流流动方向上紧邻在每一排培养池41前方的踢面与该排培养池41后壁之间的距离L1为培养池41在底层流道1的液流流动方向上的宽度L2的1.5～2.5倍，相邻两排培养池41之间的距离L3为培养池41在底层流道1的液流流动方向上的宽度L2的2～4倍。满足上述这些条件的台阶结构才能在最大程度上将各培养池41上方形成的微湍流破坏掉，并促使流经培养池阵列4区域的微组织块悬液沿着图4中箭头方向所示的流动路线流动，以保证微组织块悬液中的微组织块能够更有效地被阻拦落入培养池41。
如图1到图4所示，所述培养池阵列4的各培养池41靠近所述培养液出口5这一侧侧壁顶端均设有阻挡结构42。微组织块悬液流过培养池阵列4时，阻挡结构42能够更进一步的保证微组织块被阻挡，能够流速更快速时也能实现微组织块精准地掉落在对应的培养池41中。
如图1到图3所示，所述底层流道1上在所述液流入口3和培养池阵列4之间沿液流流动方向依次设有初筛结构8，以及用于承接通过所述初筛结构8筛选后的液流的二次筛选结构9，所述二次筛选结构9上方设有使不能通过二次筛选结构9筛选的液流流向所述培养池阵列4的流道，所述底层流道1上还设有供不能通过所述初筛结构8筛选的液流排出的初筛液流出口10，以及供通过所述二次筛选结构9筛选后的液流排出的二次筛选液流出口11，所述顶层盖板2上与所述初筛液流出口10及二次筛选液流出口11对应的位置均设有通孔6。由于在培养池阵列4之前设置了初筛结构8和二次筛选结构9，这就可以在微组织块悬液进入培养池阵列4之前先进行两道筛选，去除大尺寸和小尺寸的微组织块，只留下大小适当的微组织块进入到培养池阵列4，以达到最佳的培养效果；并且，初筛结构8筛选出的大尺寸的微组织块可以通过初筛液流出口10进行收集，然后再返回预处理进行二次处理，所以预处理酶解时，酶的浓度和单次处理时间都可以大大降低，最大程度的减少对细胞的伤害，维持细胞的活性，并且不会造成微组织块的浪费。
如图1到图3所示，所述初筛结构8和二次筛选结构9均与所述底层流道1的底面成一定夹角倾斜设置，所述初筛结构8和二次筛选结构9的倾斜方向与所述培养池阵列4的倾斜方向一致。初筛结构8和二次筛选结构9倾斜设置可以让不能通过它们的筛孔的微组织块更容易越过初筛结构8和二次筛选结构9，以免在它们前方堆积。
如图1到图3所示，所述初筛结构8和二次筛选结构9均与所述底层流道1的底面成45°夹角设置；所述底层流道1上与所述培养池阵列4对应的位置设有一个与所述底层流道1的底面成30°夹角设置的斜坡12，所述培养池阵列4设于所述斜坡12上。
本实施例中，所述初筛结构8的筛孔直径为800μm；所述二次筛选结构9的筛孔直径为100μm。大于800μm的微组织块由于尺寸过大不利于细胞培养，所以通过初筛结构8进行筛除；小于100μm的微组织块大概率是单细胞或者是外基质碎片，也不利于细胞培养所以通过二次筛选结构9进行筛除，这样，尺寸过大和尺寸过小的微组织块都不会影响细胞培养的效果。
如图1和图2所示，所述初筛液流出口10和二次筛选液流出口11分别设置于所述培养液出口5的两侧，所述初筛液流出口10和二次筛选液流出口11通过流道分别与所述初筛结构8和二次筛选结构9的对应侧连通。
本实施例中，所述顶层盖板2由PDMS材质制成，所述底层流道1由光固化材料通过高精度3D打印机打印成型，所述顶层盖板2与所述底层流道1通过键合工艺结合。所述底层流道1上由所述液流入口3、初筛结构8、二次筛选结构9、培养池阵列4、培养液出口5、初筛液流出口10和二次筛选液流出口11形成的流道表面均经过超疏水处理，将芯片内部通道的表面形成超疏水特性，提高液体流动并降低细胞粘附的概率。
实施例2
一种基于微流控技术的类器官成型芯片的工作方法，其中，包括如下步骤：
S1.原代组织在实验室经过切分、酶解处理后，形成微组织块悬液；
S2.将微组织块悬液注入液流入口3，然后微组织块悬液在驱动力的推动下依次经过初筛结构8、二次筛选结构9，向培养池阵列4移动，其中，不能通过初筛结构(8)的微组织片段经流道引流至初筛液流出口(10)处收集，能通过二次筛选结构(9)的微组织片段经流道引流至二次筛选液流出口(11)处收集；
S3.能通过初筛结构8且不能通过二次筛选结构9的微组织块悬液在流过培养池阵列4区域时，微组织块悬液中的部分微组织掉落在各培养池41内，流过培养池阵列4区域后的微组织块悬液则流至培养液出口5处收集；
S4.待各培养池41内收集到设定量值的微组织，将初筛液流出口10、二次筛选液流出口11封闭，并将含有类器官诱导剂的水凝胶溶液通过液流入口3注入芯片内，水凝胶会均匀覆盖芯片内部通道；然后再通过液流入口3注入培养基，将多余的水凝胶排出，因为培养池41是凹陷的，所以此处覆盖微组织的水凝胶将会被保留，而其余各处的水凝胶就会被排出芯片，经过培养以后芯片内部形成均匀、稳定的类器官体13，如图4所示。
本实施例中，所述步骤S2中，初筛结构8和二次筛选结构9筛选的具体过程包括如下步骤：
S21.微组织块悬液到达初筛结构8时，尺寸大于初筛结构8的筛孔直径的微组织片段被初筛结构8阻挡，并翻过初筛结构8通过流道引流至初筛液流出口10处收集；尺寸小于初筛结构8的筛孔直径的微组织片段穿过初筛结构8的筛孔到达二次筛选结构9处；
S22.到达二次筛选结构9处的微组织块悬液中，尺寸小于二次筛选结构9的筛孔直径的微组织片段穿过二次筛选结构9的筛孔，并通过流道引流至二次筛选液流出口11处收集；尺寸大于二次筛选结构9的筛孔直径的微组织片段被二次筛选结构9阻挡，并翻过二次筛选结构9到达培养池阵列4区域；
本实施例中，所述步骤S2中，推动微组织块悬液的驱动力由如下方式产生：
微组织块悬液注入液流入口3后，将整个芯片固定在低速离心机上旋转，通过离心力的作用促使微组织块悬液顺着液流通道向前移动；
或者，在液流入口3处介入恒流泵，在后续液体的推动下顺着液流通道向前移动。
本实施例中，所述步骤S4中，水凝胶为甲基丙烯酸化明胶(1％～6％)，或明胶(1％～10％)、胶原(0.1％～26％)、纤维蛋白原(0.2％～3％)、海藻酸钠(0.5％～5％)等。这些水凝胶的加入既是为了初期维持细胞组织团簇的形状，更为细胞的粘附生长提供了一个良好的三维微环境。类器官诱导剂包含多种生长因子、或小分子物质，不同的类器官种类使用的诱导剂也是不一样。以小肠类器官的培养为例，需添加EGF(表皮生长因子)，R～spondin～1、Wnt～3A和Noggin等生长因子。
实施例3
本实施例与实施例2类似，其区别在于，在所述步骤S3和步骤S4之间还包括如下步骤：
S5.将初筛液流出口10处收集的尺寸过大组织经消化处理后，再和培养液出口5处收集的微组织块悬液再次混合注入液流入口3，重复步骤S2至S3，这样反复多次，以实现每个培养池41都收集到等量的微组织。
本实施例的其他步骤与实施例2相同。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为了清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (14)

1.一种基于微流控技术的类器官成型芯片，其特征在于，包括底层流道(1)和盖设于所述底层流道(1)顶部的顶层盖板(2)，所述底层流道(1)上依次设有液流入口(3)，与所述液流入口(3)连通的培养池阵列(4)，以及供通过所述培养池阵列(4)后的液流排出的培养液出口(5)，所述培养池阵列(4)与所述底层流道(1)的底面成倾斜设置，所述培养池阵列(4)靠近所述培养液出口(5)的一端高于所述培养池阵列(4)靠近所述液流入口(3)的一端；所述培养池阵列(4)包含多个培养池(41)，且所述培养池(41)的后壁最高点高于所述培养池(41)的液流入口端所在的斜面；
所述培养池阵列(4)的各培养池(41)靠近所述培养液出口(5)这一侧侧壁顶端均设有阻挡结构(42)。
2.根据权利要求1所述的基于微流控技术的类器官成型芯片，其特征在于，所述顶层盖板(2)上与所述液流入口(3)及培养液出口(5)对应的位置均设有通孔(6)。
3.根据权利要求2所述的基于微流控技术的类器官成型芯片，其特征在于，所述顶层盖板(2)靠近所述底层流道(1)的侧面上，在与所述培养池阵列(4)对应的位置设有阶梯结构(7)，所述阶梯结构(7)的坡度与所述培养池阵列(4)的倾斜度相适配，和/或，所述阶梯结构(7)的每一阶台阶与所述培养池阵列(4)在底层流道(1)的液流流动方向上的每一排培养池(41)一一对应，每一排培养池(41)均位于所述阶梯结构(7)相邻的两个踢面之间。
4.根据权利要求3所述的基于微流控技术的类器官成型芯片，其特征在于，所述阶梯结构(7)的每一阶台阶的踏面不高于在底层流道(1)的液流流动方向上紧邻在与该台阶正对的培养池(41)后方的一排培养池(41)的后壁最高点。
5.根据权利要求4所述的基于微流控技术的类器官成型芯片，其特征在于，所述阶梯结构(7)在底层流道(1)的液流流动方向上紧邻在每一排培养池(41)前方的踢面与该排培养池(41)后壁之间的距离L1为培养池(41)在底层流道(1)的液流流动方向上的宽度L2的1.5～2.5倍，相邻两排培养池(41)之间的距离L3为培养池(41)在底层流道(1)的液流流动方向上的宽度L2的2～4倍。
6.根据权利要求1至5任一所述的基于微流控技术的类器官成型芯片，其特征在于，所述底层流道(1)上在所述液流入口(3)和培养池阵列(4)之间沿液流流动方向依次设有初筛结构(8)，以及用于承接通过所述初筛结构(8)筛选后的液流的二次筛选结构(9)，所述二次筛选结构(9)上方设有使不能通过二次筛选结构(9)筛选的液流流向所述培养池阵列(4)的流道，所述底层流道(1)上还设有供不能通过所述初筛结构(8)筛选的液流排出的初筛液流出口(10)，以及供通过所述二次筛选结构(9)筛选后的液流排出的二次筛选液流出口(11)，所述顶层盖板(2)上与所述初筛液流出口(10)及二次筛选液流出口(11)对应的位置均设有通孔(6)。
7.根据权利要求6所述的基于微流控技术的类器官成型芯片，其特征在于，所述初筛结构(8)和二次筛选结构(9)均与所述底层流道(1)的底面成倾斜设置，所述初筛结构(8)和二次筛选结构(9)的倾斜方向与所述培养池阵列(4)的倾斜方向一致。
8.根据权利要求7所述的基于微流控技术的类器官成型芯片，其特征在于，所述初筛结构(8)和二次筛选结构(9)均与所述底层流道(1)的底面成15°～45°夹角设置，所述底层流道(1)上与所述培养池阵列(4)对应的位置设有一个与所述底层流道(1)的底面成15°～45°夹角设置的斜坡(12)，所述培养池阵列(4)设于所述斜坡(12)上。
9.根据权利要求6所述的基于微流控技术的类器官成型芯片，其特征在于，所述初筛结构(8)的筛孔直径为600～1000μm，所述二次筛选结构(9)的筛孔直径为80～150μm。
10.根据权利要求6所述的基于微流控技术的类器官成型芯片，其特征在于，所述初筛液流出口(10)和二次筛选液流出口(11)分别设置于所述培养液出口(5)的两侧，所述初筛液流出口(10)和二次筛选液流出口(11)通过流道分别与所述初筛结构(8)和二次筛选结构(9)的对应侧连通。
11.一种基于微流控技术的类器官成型芯片的工作方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1.原代组织在实验室经过切分、酶解处理后，形成微组织块悬液；
S2.将微组织块悬液注入液流入口(3)，然后微组织块悬液在驱动力的推动下依次经过初筛结构(8)、二次筛选结构(9)，向培养池阵列(4)移动，其中，不能通过初筛结构(8)的微组织片段经流道引流至初筛液流出口(10)处收集，能通过二次筛选结构(9)的微组织片段经流道引流至二次筛选液流出口(11)处收集；
S3.能通过初筛结构(8)且不能通过二次筛选结构(9)的微组织块悬液在流过培养池阵列(4)区域时，微组织块悬液中的部分微组织掉落在各培养池(41)内，流过培养池阵列(4)区域后的微组织块悬液则流至培养液出口(5)处收集；
S4.待各培养池(41)内收集到设定量值的微组织，将初筛液流出口(10)、二次筛选液流出口(11)封闭，并将含有类器官诱导剂的水凝胶溶液通过液流入口(3)注入芯片内，水凝胶会均匀覆盖芯片内部通道；然后再通过液流入口(3)注入培养基，将多余的水凝胶排出，经过培养以后芯片内部形成均匀、稳定的类器官体。
12.根据权利要求11所述的基于微流控技术的类器官成型芯片的工作方法，其特征在于，在所述步骤S3和步骤S4之间还包括如下步骤：
S5.将初筛液流出口(10)处收集的尺寸过大组织经消化处理后，再和培养液出口(5)处收集的微组织块悬液再次混合注入液流入口(3)，重复步骤S2至S3，这样反复多次，以实现每个培养池都收集到等量的微组织。
13.根据权利要求11所述的基于微流控技术的类器官成型芯片的工作方法，其特征在于，所述步骤S2中，初筛结构(8)和二次筛选结构(9)筛选的具体过程包括如下步骤：
S21.微组织块悬液到达初筛结构(8)时，尺寸大于初筛结构(8)的筛孔直径的微组织片段被初筛结构(8)阻挡，并翻过初筛结构(8)通过流道引流至初筛液流出口(10)处收集；尺寸小于初筛结构(8)的筛孔直径的微组织片段穿过初筛结构(8)的筛孔到达二次筛选结构(9)处；
S22.到达二次筛选结构(9)处的微组织块悬液中，尺寸小于二次筛选结构(9)的筛孔直径的微组织片段穿过二次筛选结构(9)的筛孔，并通过流道引流至二次筛选液流出口(11)处收集；尺寸大于二次筛选结构(9)的筛孔直径的微组织片段被二次筛选结构(9)阻挡，并翻过二次筛选结构(9)到达培养池阵列(4)区域。
14.根据权利要求11所述的基于微流控技术的类器官成型芯片的工作方法，其特征在于，所述步骤S2中，推动微组织块悬液的驱动力由如下方式产生：
微组织块悬液注入液流入口(3)后，将整个芯片固定在低速离心机上旋转，通过离心力的作用促使微组织块悬液顺着液流通道向前移动；
或者，在液流入口(3)处介入恒流泵，在后续液体的推动下顺着液流通道向前移动。
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