CN209584263U - 双器官偶联三维层状一体化芯片 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种双器官偶联三维层状一体化芯片，包括由上至下依次设置的第一聚甲基丙烯酸甲酯层、第一聚二甲基硅氧烷层、第二聚二甲基硅氧烷层和第二聚甲基丙烯酸甲酯层，所述第一聚二甲基硅氧烷层和第二聚二甲基硅氧烷层的贴合面上间隔开设有两个微型培养池，每个培养池均设置有由第一聚甲基丙烯酸甲酯层上表面延伸至培养池内的进口管和出口管。本实用新型在第一聚二甲基硅氧烷层和第二聚二甲基硅氧烷层的贴合面上间隔开设有两个培养池培养两种不同器官的细胞，根据微器官的质量设计培养液种类及流速，可直接观察微器官细胞形貌及存活率，并定量分析各组器官生物标记物的含量。

Description

双器官偶联三维层状一体化芯片

技术领域

本实用新型属于培养器官芯片领域，特别是涉及一种双器官偶联三维层状一体化芯片。

背景技术

近年来以哈佛大学WYSS研究所为首的科学家提出了器官芯片的概念，希望能够用微芯片复制人体器官的功能，从而在药物研发过程中减少甚至取代备受争议的动物实验，使临床转化应用变得更为简便还可实现疾病的理想化离体诊断。器官芯片是由计算机内存条大小的透明柔性聚合物构成，内部是中空的微流体通道，通道内衬活的人类细胞。研究人员通过设计模拟出人体器官的生理与机械功能，在药物测试中实时观察细胞的反应情况。已开发出的芯片包括肺、心脏、肝脏、肾脏、血管以及骨髓等。

科学家对于临床精准诊断和精准治疗过程中使用更具可预测性、更有效的手段来进行疾病预警和有效安全用药的探索从未停止过。目前主要利用实验动物和细胞模型开展上述科学问题的研究。然而，人体与动物表观遗传的非一致性，以及孤立细胞模型微环境无法模拟靶向器官的在体状态，同时伦理学的限制，这些都是当下疾病诊断与治疗研究难以回避的现实问题和挑战，严重制约了我们对人类疾病的科学认识，急需新的模型的出现。

为解决此问题，目前开发出的单个器官芯片中大多只能植入单一类型的器官细胞，而真正的生命过程是多个器官协同作用的结果，因此，理想的做法是将各种器官芯片组合拼接构建一个微型化的人体模型，帮助我们理解和认识人体的生理与病理过程。人体内具有生理代谢活性的功能微器官生化参数各不相同。而在人体代谢及药物测试过程中，常常需要同时监测作为整体相互联系的双器官代谢情况。因此，如何根据反映人体生理解剖结构的生理药代动力学模型(physiologically based pharmacokinetics,PBPK)建立多器官偶联芯片，更好地模拟人体受外部刺激或内部基因改变时所产生的代谢产物的动态变化，成为本领域人员研究的重点。

实用新型内容

本实用新型的目的就是提供一种双器官偶联三维层状一体化芯片，能完全解决上述现有技术的不足之处。

本实用新型的目的通过下述技术方案来实现：

一种双器官偶联三维层状一体化芯片，包括由上至下依次设置的第一聚甲基丙烯酸甲酯层、第一聚二甲基硅氧烷层、第二聚二甲基硅氧烷层和第二聚甲基丙烯酸甲酯层，所述第一聚二甲基硅氧烷层和第二聚二甲基硅氧烷层的贴合面上间隔开设有两个培养池，每个培养池均设置有由第一聚甲基丙烯酸甲酯层上表面延伸至培养池内的进口管和出口管。

作为优选，所述进口管延伸至培养池的左侧底部，所述出口管延伸至培养池的右侧顶部。

作为优选，第二聚甲基丙烯酸甲酯层上设置有两个直径为16mm-18mm的圆孔，每个圆孔正对一个培养池，通过圆孔便于使用显微镜观察两个培养池。

作为优选，所述每个培养池包括开设于第一聚二甲基硅氧烷层下表面的第一培养槽和开设于第二聚二甲基硅氧烷层上表面的第二培养槽，所述第一培养槽重叠于第二培养槽上表面。

作为优选，所述第一培养槽和第二培养槽为圆柱形结构，高度为1mm-2mm，直径为10mm-12mm。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于：

本实用新型结构简单，设计合理，在第一聚二甲基硅氧烷层和第二聚二甲基硅氧烷层的贴合面上间隔开设有两个培养池培养两种不同器官的细胞，根据微器官的质量设计培养液流速，可直接观察微器官细胞形貌及存活率，定量分析各组器官生物标记物的含量。

附图说明

图1是本实用新型的纵剖视图；

图2是本实用新型的分解图。

附图标记：1-第一聚甲基丙烯酸甲酯层，2-第一聚二甲基硅氧烷层，3-第二聚二甲基硅氧烷层，4-第二聚甲基丙烯酸甲酯层，5-第一螺钉，6-第一锁紧螺帽，7-第二螺钉，8-第二锁紧螺帽，9-第一培养槽，10-第二培养槽，11-进口管，12-出口管，13-圆孔，14-第三螺钉，15-第三锁紧螺帽。

具体实施方式

下面结合具体实施例和附图对本实用新型作进一步的说明。

如图1至图2所示，一种双器官偶联三维层状一体化芯片，包括由上至下依次贴合的第一聚甲基丙烯酸甲酯层1、第一聚二甲基硅氧烷层2、第二聚二甲基硅氧烷层3和第二聚甲基丙烯酸甲酯层4，第一聚二甲基硅氧烷层2和第二聚二甲基硅氧烷层3的长度均为75mm-80mm，宽度均为25mm-30mm，高度均为4mm-6mm，第一聚甲基丙烯酸甲酯层1和第二聚甲基丙烯酸甲酯层4的长度均为86mm-90mm，宽度均为35mm-40mm，高度均为3mm-5mm，第一聚甲基丙烯酸甲酯层1的左右两端和第二聚甲基丙烯酸甲酯层4的左右两端均开设有螺纹孔，使用第一螺钉5螺纹连接第一聚甲基丙烯酸甲酯层1的左端和第二聚甲基丙烯酸甲酯层4的左端，并用第一锁紧螺帽6锁紧，使用第二螺钉7螺纹连接第一聚甲基丙烯酸甲酯层1的右端和第二聚甲基丙烯酸甲酯层4的右端，并用第二锁紧螺帽8锁紧，同理，在第一聚甲基丙烯酸甲酯层1和第二聚甲基丙烯酸甲酯层4的正面和后面通过第三螺钉14和第三锁紧螺帽15锁紧固定第一聚甲基丙烯酸甲酯层1和第二聚甲基丙烯酸甲酯层4，这样芯片的四层材料通过螺钉紧合固定在一起，形成密闭的双器官芯片支架，类似于夹心三明治结构，第一聚二甲基硅氧烷层2和第二聚二甲基硅氧烷层3的贴合面上间隔开设有两个培养池，第二聚甲基丙烯酸甲酯层4上设置有直径为16mm-18mm的圆孔13，每个圆孔13正对一个个培养池，这样可在不打开微型反应池的情况下显微镜直接观察微器官生长状况，每个培养池包括开设于第一聚二甲基硅氧烷层2下表面的第一培养槽9和开设于第二聚二甲基硅氧烷层3上表面的第二培养槽10，第一培养槽9重叠于第二培养槽10上表面，第一培养槽9和第二培养槽10为圆柱形结构，高度为1mm-2mm，直径为10mm-12mm，第一培养槽9的右端连通设置有用于放置出口管12的缺口，第二培养槽10的左端连通设置有用于放置进口管11的缺口，每个培养池均设置有由第一聚甲基丙烯酸甲酯层1上表面延伸至培养池内的进口管11和出口管12，进口管11延伸至培养池左侧缺口的底部，出口管12延伸至培养池右侧缺口的顶部。

本实用新型使用聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)外壳材料是由于这种材料的稳定性、坚固性和透明性，而聚二甲基硅氧烷(PDMS)材料被用作器官芯片的内部材料则是由于材料本身的生物相容性、弹性及密封性，芯内部设置有两个微型培养池，培养池和外界微流控系统相连可循环泵出不同类别的细胞培养液以支持包埋在GelMA水凝胶中的细胞生长并且由于整体芯片的透明性可以对三维微器官(肝脏微器官和肾脏微器官)的生长情况进行实时观察。

本实用新型双器官微芯片在包含水凝胶细胞培养支架的同时具有一定的液体抗压性，其中特殊的细节设置也使得后继即将进行的生物学观察和生物标记物分析更为简便。同样，以微流控系统为主要支架的培养液循环系统也能够及时供给两种微器官所需要的营养并通过输出管及时带走细胞代谢所产生的生物标记物及废物。因此，整个肝脏-肾脏双器官微芯片即可模拟人体内细胞代谢及营养物质交换过程。

随着本实用新型的不断研究，本实用新型具有广阔潜在应用前景，除了药物筛选之外，器官芯片在化学品、毒素以及化妆品等的人体测试方面也具有革命性的潜力。WYSS研究所的研究人员已经利用肺芯片进行了毒素及污染物测试。

同时，器官芯片也是科学家模仿人类疾病的新方法。目前许多人类疾病是没有动物模型的，比如克罗恩病。它的发病原因至今不明，也缺乏有效的治疗手段，最大的原因就是无法找到同样患有这种疾病的动物来进行药物测试。而利用人体芯片技术来建立人体模型，这个问题就迎刃而解了。

在个性化医疗方面，目前可使用基因组编辑技术成功制备个体病变组织芯片，考察提供基因产物纠正其缺陷的效果。或是将患者诱导多能干细胞(iPS)做特定细胞诱导分化后植入人体芯片，从而构建个性化的药物毒性评估平台。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种双器官偶联三维层状一体化芯片，其特征在于：包括由上至下依次设置的第一聚甲基丙烯酸甲酯层(1)、第一聚二甲基硅氧烷层(2)、第二聚二甲基硅氧烷层(3)和第二聚甲基丙烯酸甲酯层(4)，所述第一聚二甲基硅氧烷层(2)和第二聚二甲基硅氧烷层(3)的贴合面上间隔开设有两个培养池，每个培养池均设置有由第一聚甲基丙烯酸甲酯层(1)上表面延伸至培养池内的进口管(11)和出口管(12)。

2.根据权利要求1所述的一种双器官偶联三维层状一体化芯片，其特征在于：所述进口管(11)延伸至培养池的左侧底部，所述出口管(12)延伸至培养池的右侧顶部。

3.根据权利要求1所述的一种双器官偶联三维层状一体化芯片，其特征在于：第二聚甲基丙烯酸甲酯层(4)上设置有两个直径为16mm-18mm的圆孔(13)，每个圆孔(13)正对一个培养池，通过圆孔(13)便于使用显微镜观察两个培养池。

4.根据权利要求1所述的一种双器官偶联三维层状一体化芯片，其特征在于：所述每个培养池包括开设于第一聚二甲基硅氧烷层(2)下表面的第一培养槽(9)和开设于第二聚二甲基硅氧烷层(3)上表面的第二培养槽(10)，所述第一培养槽(9)重叠于第二培养槽(10)上表面。

5.根据权利要求4所述的一种双器官偶联三维层状一体化芯片，其特征在于：所述第一培养槽(9)和第二培养槽(10)为圆柱形结构，高度为1mm-2mm，直径为10mm-12mm。