CN212207391U - 一种器官药物测试芯片 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开一种器官药物测试芯片，涉及器官芯片技术领域，本实用新型包括上层芯片和下层芯片；上层芯片的底面设有至少三个凹陷的特斯拉微混合器、第一进口通道和第一主通道，特斯拉微混合器并联设置，特斯拉微混合器的通道入口均与第一主通道连接，第一进口通道均位于相邻特斯拉微混合器的中部，第一进口通道的一端与第一主通道连通；下层芯片的上表面设有凹陷的细胞培养室和第一出口通道，第一出口通道与细胞培养室连通，特斯拉微混合器的通道出口与细胞培养室重合。本实用新型的优点为：本实用新型的器官药物测试芯片可自动化形成多个药物浓度梯度，从而直接研究该药物不同浓度梯度下的器官毒性，或者多种混合药物不同浓度下的器官毒性。
Description
技术领域
本实用新型涉及器官芯片技术领域，具体涉及一种器官药物测试芯片。
背景技术
早期药物研发或候选药物筛选的一个关键因素是确定其毒副作用，药物的毒副作用是药物退出临床试验或市场的主要原因。据统计，成功研发一种新型药物一般需要投入30-50亿美元的研发资金，历时12-15年，而绝大部分(约90％)的药物会在临床试验阶段惨遭失败。失败的药物中1/3 是因为其对人体器官具有毒性。目前，药物研发主要是基于动物模型，由于物种差异以及药物代谢途径的不同，动物模型不能很好预测人类的药物作用，例如，细胞色素P450对肝脏中的多数外源性解毒至关重要，代谢酶的诱导、抑制机制及其清除、排泄率因物种而异，因此很难从动物推断相关参数。此外，遗传多样性也对药物代谢的预测提出挑战。据此，迫切需要更可靠的、能代表人体条件的药物测试模型。
尽管2D单层细胞培养模式为药物研究提供了重要贡献，但该模式过于简单，不足以体现体内复杂的组织相互作用。近些年来，微加工和微流控技术的发展为设计适合细胞培养应用的小型精密系统提供了选择，这些系统可以提供类似于人体内的微环境(三维组织培养环境，养分的供给，废弃物的及时清除以及合适的剪切速率)，以体外模拟人体器官，从而弥补临床前与2D细胞培养之间的差距。
与单器官特异性功能相比，新型基于微流控技术的平台更广泛地用于表征多个器官之间的相互作用，例如：肝-肠、肝-肺、肝-肾模型等。其中，肝毒性和肾毒性是导致药物退出市场的两个主要原因。专利CN110628566A 公开一种器官芯片，但现有的器官芯片无法对不同浓度梯度的药物进行测试。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题在于提供一种能够对不同浓度药物进行测试的器官药物测试芯片。
本实用新型通过以下技术手段实现解决上述技术问题的：
一种器官药物测试芯片，包括从上到下依次设置的上层芯片和下层芯片；
所述上层芯片的底面设有至少三个凹陷的特斯拉微混合器、第一进口通道和第一主通道，所述特斯拉微混合器并联设置，所述特斯拉微混合器的通道入口均与第一主通道连接，所述第一进口通道均位于相邻特斯拉微混合器的中部，所述第一进口通道的一端与第一主通道连通；
所述下层芯片的上表面设有凹陷的细胞培养室和第一出口通道，所述第一出口通道与细胞培养室连通，所述特斯拉微混合器的通道出口与细胞培养室重合。
工作原理：将制作好的器官组织放入细胞培养室内，将上层芯片安装到下层芯片上，不同浓度的药物从不同的第一进口通道进入第一主通道，由于凹陷的特斯拉微混合器并联设置，且第一进口通道均位于相邻特斯拉微混合器的中部，相邻第一进口通道内的药物在经混合后，可以同时进入相邻第一进口通道之间的特斯拉微混合器凹陷的通道内，当特斯拉微混合器的个数为两个时，特斯拉微混合器中只含有一种浓度的药物，当特斯拉微混合器的个数至少为三个时，非两侧的特斯拉微混合器中有不同浓度的药物同时流入，经特斯拉微混合器进行快速高效混合，形成稳定的浓度梯度药物，由于特斯拉微混合器的通道出口与细胞培养室重合，药物可以从多个特斯拉微混合器的通道出口进入细胞培养室，最后流入与细胞培养室连通的第一出口通道内。有益效果：本实用新型提供的器官药物测试芯片可以通过上层芯片底面凹陷的特斯拉微混合器自动化形成多个药物浓度梯度，从而直接研究该药物不同浓度梯度下的器官损伤，或者多种混合药物不同浓度下的器官损伤。
现有的药物测试芯片的混合通道为简单的混合通道，混合效率不高，难以形成稳定的药物浓度梯度，本实用新型提供的药物测试芯片采用特斯拉微混合器，能够快速高效的混合，产生稳定的药物浓度梯度，提高药物测试的效率及可靠性。
本实用新型直接在器官药物芯片上刻蚀凹陷的通道，可以减少器官药物芯片的体积。
优选地，所述特斯拉微混合器包括多级特斯拉微混合器，所述多级特斯拉微混合器之间依次串联连接，前一级任一特斯拉微混合器的出口通道位于后一级相邻特斯拉微混合器的进口通道的中部，所述后一级特斯拉微混合器的个数比前一级特斯拉微混合器的个数多一个。
优选地，所述多级特斯拉微混合器包括第一级特斯拉微混合器和第二级特斯拉微混合器；所述第一级特斯拉微混合器的通道入口均与第一主通道连接，所述第一进口通道均位于相邻第一级特斯拉微混合器的中部；
所述第二级特斯拉微混合器的通道入口设有第二主通道，所述第二级特斯拉微混合器的通道入口均与第二主通道连通，所述第一级特斯拉微混合器的通道出口均位于相邻第二级特斯拉微混合器的中部，所述第二级特斯拉微混合器的通道出口与细胞培养室重合。
优选地，所述第一级特斯拉微混合器的个数为三个，所述第二级特斯拉微混合器的个数为四个，所述细胞培养室的个数为四个。
优选地，所述细胞培养室包括第一细胞培养室和第二细胞培养室，所述第一细胞培养室与第二细胞培养室连通，所述特斯拉微混合器的通道出口与第一细胞培养室重合，所述第二细胞培养室与第一出口通道的一端连通。
工作原理：将制作好的肝、肾器官组织分别放入第一细胞培养室和第二细胞培养室内，研究药物在不同浓度梯度下的肝毒性及其肝相关的肾毒性，或混合药物不同浓度下的肝毒性及其肝相关的肾毒性。
有益效果：本实用新型中的芯片能够形成多种药物浓度梯度，并且同时含有肝细胞腔室和肾细胞腔室，使之能够直接研究不同药物浓度下的肝毒性及其肝相关的肾毒性，以提高药物测试的效率及其可靠性。
优选地，所述第一细胞培养室的个数与第二级特斯拉微混合器的个数相同，所述第二细胞培养室的个数与第一细胞培养室的个数相同。
优选地，所述第一出口通道的另一端与下层芯片的外壁连通。
有益效果：可以通过第一出口通道收集细胞代谢物，通过细胞代谢物实时监测细胞状态。
优选地，所述上层芯片的一侧设有第一通道，所述第一通道的截面呈L 形，所述第一通道的一端穿过上层芯片的侧壁，所述第一通道的另一端贯穿上层芯片的下表面，所述第一通道的另一端与第一进口通道连通。
优选地，所述特斯拉微混合器的通道深度小于上层芯片的厚度。
优选地，所述细胞培养室的深度、第一出口通道的深度小于下层芯片的厚度。
优选地，所述上层芯片通过螺丝与下层芯片固定。
本实用新型的工作原理：将制作好的器官组织放入细胞培养室内，将上层芯片安装到下层芯片上，不同浓度的药物从不同的第一进口通道进入第一主通道，相邻第一进口通道内的药物在经混合后，进入相邻第一进口通道之间的特斯拉微混合器，经特斯拉微混合器进行快速高效混合，形成稳定的梯度浓度药物，然后通过多个特斯拉微混合器的通道出口进入细胞培养室，最后从第一出口通道流出。
本实用新型的优点在于：本实用新型提供的器官药物测试芯片可以自动化形成多个药物浓度梯度，从而直接研究该药物不同浓度梯度下的器官毒性，或者多种混合药物不同浓度下的器官损伤。
现有的药物测试芯片的混合通道为简单的混合通道，混合效率不高，难以形成稳定的药物浓度梯度，本实用新型提供的药物测试芯片采用特斯拉微混合器，能够快速高效的混合，产生稳定的药物浓度梯度，提高药物测试的效率及可靠性。
附图说明
图1为本实用新型实施例1中器官药物测试芯片的爆炸图；
图2为本实用新型实施例1中器官药物测试芯片的爆炸透视图；
图3为本实用新型实施例1中上层芯片的结构示意图；
图4为本实用新型实施例1中上层芯片的仰视图；
图5为本实用新型实施例1中下层芯片的结构示意图；
图6为本实用新型实施例1中下层芯片的俯视图；
图7为本实用新型实施例2中第一细胞培养室的肝细胞存活率；
图中：上层芯片11；第一通道12；第一进口通道13；第一主通道14；第一级特斯拉微混合器15；第二主通道16；第二级特斯拉微混合器17；第二通道18；下层芯片21；第一细胞培养室22；第二细胞培养室23；第一出口通道24。
具体实施方式
为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。
需要说明的是，在本文中，如若存在第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
实施例1
一种器官药物测试芯片，如图1和图2所示，包括从上到下依次设置的上层芯片11和下层芯片21，为方便安装，上层芯片11上表面设有贯穿的螺纹孔，下层芯片21上表面设有对应的螺纹孔，上层芯片11和下层芯片21通过螺丝连接。
如图3和图4所示，上层芯片11的底面设置有向上凹陷的特斯拉微混合器、向上凹陷的第一进口通道13和向上凹陷的第一主通道14，特斯拉微混合器是由特斯拉(Tesla)结构构成，特斯拉微混合器为现有技术，利用 Coanda效应让流体产生回流，可以大大加强混沌对流，改善混合效果，特斯拉微混合器、向上凹陷的第一进口通道13和向上凹陷的第一主通道14 的深度均小于上层芯片11的厚度。
为形成更多的物质浓度梯度，特斯拉微混合器由多级构成，多级特斯拉微混合器之间依次串联连接，前一级任一特斯拉微混合器的出口通道位于后一级相邻特斯拉微混合器的进口通道的中部，后一级特斯拉微混合器的个数比前一级特斯拉微混合器的个数多一个，每级特斯拉微混合器的尺寸相同。
本实施例中特斯拉微混合器由两级构成，包括第一级特斯拉微混合器 15和第二级特斯拉微混合器17，本实施例中第一级特斯拉微混合器15的个数为三个，第二级特斯拉微混合器17的个数为四个，第一进口通道13 的个数为两个。
三个第一级特斯拉微混合器15的通道入口均与第一主通道14的侧壁连通，其中两个第一级特斯拉微混合器15的通道入口分别与第一主通道14 的侧壁两端连通，另一个第一级特斯拉微混合器15的通道入口位于第一主通道14侧壁的中部，第一进口通道13分别位于相邻第一级特斯拉微混合器15的中部，且第一进口通道13的一端与第一主通道14的侧壁连通，本实施例中第一级特斯拉微混合器15的轴线与第一主通道14的轴线垂直。
四个第二级特斯拉微混合器17的通道入口均与第二主通道16的侧壁连通，四个第二级特斯拉微混合器17的通道入口平均分布在第二主通道16 上，其中两个第二级特斯拉微混合器17的通道入口分别与第二主通道16 的侧壁连通，三个第一级特斯拉微混合器15的通道出口分别位于相邻第二级特斯拉微混合器17的通道入口之间，第一级特斯拉微混合器15的通道出口与第二主通道16的侧壁连通。
如图2-图4所示，为方便药物进入第一进口通道13内，上层芯片11 的一侧设置第一通道12，本实施例中第一通道12的截面呈L形，第一通道 12的一端穿过上层芯片11的侧壁，第一通道12的另一端贯穿上层芯片11 的下表面，第一通道12的另一端与第一进口通道13连通。
如图5和图6所示，下层芯片21的上表面设置向下凹陷的细胞培养室和第一出口通道24，细胞培养室的个数根据第二级特斯拉微混合器17的个数设置，第一出口通道24与细胞培养室连通，第二级特斯拉微混合器17 的通道出口与细胞培养室重合，细胞培养室的深度、第一出口通道24的深度小于下层芯片21的厚度。
为研究药物不同浓度梯度下的肝毒性及其肝相关的肾毒性，或者两种或者药物不同浓度下的肝毒性及其肝相关的肾毒性，本实施例中细胞培养室包括第一细胞培养室22和第二细胞培养室23，第一细胞培养室22与第二细胞培养室23连通，第一细胞培养室22的个数为四个，第二细胞培养室23的个数为四个，第二级特斯拉微混合器17的通道出口分别与第一细胞培养室22重合，使药物从第二级特斯拉微混合器17的通道出口进入第一细胞培养室22，第一出口通道24的一端与第二细胞培养室23连通，第一出口通道24的另一端与下层芯片21的外壁连通。
如图3和图4所示，为方便第二级特斯拉微混合器17的通道出口的药物流入第一细胞培养室22，第二级特斯拉微混合器17的通道出口均设置第二通道18，第二通道18向上凹陷，第二通道18的深度小于第一芯片的厚度。
本实施例的工作原理：在运行过程中，将制作好的肝、肾器官组织分别放入第一细胞培养室22和第二细胞培养室23内，然后通过螺丝将上层芯片11固定在下层芯片21上，运行时，不同浓度的药物分别从两个第一通道12的入口进入第一进口通道13，经过第一主通道14，由于第一进口通道13位于相邻两个第一级特斯拉微混合器15的中间、且并联设置，相同浓度的药物进入相邻两个第一级特斯拉微混合器15内，中间的第一级特斯拉微混合器15有两种不同浓度的药物流入混合，两侧的第一级特斯拉微混合器15中的药物浓度不变，第一级特斯拉微混合器15中的药物进入第二主通道16内，从第二主通道16流入第二级特斯拉微混合器17内，经第二级特斯拉微混合器17混合后，形成四种药物浓度梯度，由于特斯拉微混合器的通道出口与细胞培养室重合，不同浓度的药物分别从第二级特斯拉微混合器17的通道出口进入第一细胞培养室22内，然后流经与第一细胞培养室22连通的第二细胞培养室23后，最后流入与细胞培养室连通的第一出口通道24内。
如从第一通道12的入口分别通入浓度为0和2mol/L的药物，经过三个第一级特斯拉微混合器混合后，第一级特斯拉微混合器通道出口的药物浓度分别为0、1mol/L、2mol/L，经过第二级特斯拉微混合器混合后，第二级特斯拉微混合器通道出口的药物浓度分别为0、0.5mol/L、1.5mol/L、 2mol/L，形成四种不同浓度梯度的药物。
本实施例中第一通道12、第一进口通道13、第一主通道14、第一级特斯拉微混合器15、第二主通道16、第二级特斯拉微混合器17、第二通道 18、第一出口通道24的宽度尺寸在微尺度范围内(毫米级以内)，使流体形成层流。
本实施例有益效果：本实施例中的芯片能够形成多种药物浓度梯度，并且同时含有肝细胞腔室和肾细胞腔室，使之能够直接研究不同药物浓度下的肝毒性及其肝相关的肾毒性，以提高药物测试的效率及其可靠性。
本实用新型提供的器官药物测试芯片采用了特斯拉混合通道，能够快速高效地进行混合，产生稳定的药物浓度梯度。
实施例2
采用实施例1中的器官药物测试芯片检测药物(对乙酰氨基酚)对肝组织的损伤，将肝组织放置在第一细胞培养室内，第一通道12的入口分别通入浓度为0和0.6g/L的对乙酰氨基酚，经过24小时给药后，检测第一细胞培养室22中的细胞存活率如图7所示，结果说明药物形成了浓度梯度，而细胞存活率随着药物浓度的增加而降低，这里所显示的对乙酰氨基酚对肝细胞的半致死量为0.15g/L。
以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种器官药物测试芯片，其特征在于：包括从上到下依次设置的上层芯片和下层芯片；
所述上层芯片的底面设有至少三个凹陷的特斯拉微混合器、第一进口通道和第一主通道，所述特斯拉微混合器并联设置，所述特斯拉微混合器的通道入口均与第一主通道连接，所述第一进口通道均位于相邻特斯拉微混合器的中部，所述第一进口通道的一端与第一主通道连通；
所述下层芯片的上表面设有凹陷的细胞培养室和第一出口通道，所述第一出口通道与细胞培养室连通，所述特斯拉微混合器的通道出口与细胞培养室重合。
2.根据权利要求1所述的器官药物测试芯片，其特征在于：所述特斯拉微混合器包括多级特斯拉微混合器，所述多级特斯拉微混合器之间依次串联连接，前一级任一特斯拉微混合器的出口通道位于后一级相邻特斯拉微混合器的进口通道的中部，所述后一级特斯拉微混合器的个数比前一级特斯拉微混合器的个数多一个。
3.根据权利要求2所述的器官药物测试芯片，其特征在于：所述多级特斯拉微混合器包括第一级特斯拉微混合器和第二级特斯拉微混合器；所述第一级特斯拉微混合器的通道入口均与第一主通道连接，所述第一进口通道均位于相邻第一级特斯拉微混合器的中部；
所述第二级特斯拉微混合器的通道入口设有第二主通道，所述第二级特斯拉微混合器的通道入口均与第二主通道连通，所述第一级特斯拉微混合器的通道出口均位于相邻第二级特斯拉微混合器的中部，所述第二级特斯拉微混合器的通道出口与细胞培养室重合。
4.根据权利要求3所述的器官药物测试芯片，其特征在于：所述上层芯片的一侧设有第一通道，所述第一通道的截面呈L形，所述第一通道的一端穿过上层芯片的侧壁，所述第一通道的另一端贯穿上层芯片的下表面，所述第一通道的另一端与第一进口通道连通。
5.根据权利要求3所述的器官药物测试芯片，其特征在于：所述第一级特斯拉微混合器的个数为三个，所述第二级特斯拉微混合器的个数为四个，所述细胞培养室的个数为四个。
6.根据权利要求1所述的器官药物测试芯片，其特征在于：所述细胞培养室包括第一细胞培养室和第二细胞培养室，所述第一细胞培养室与第二细胞培养室连通，所述特斯拉微混合器的通道出口与第一细胞培养室重合，所述第二细胞培养室与第一出口通道的一端连通。
7.根据权利要求6所述的器官药物测试芯片，其特征在于：所述第一细胞培养室的个数与第二级特斯拉微混合器的个数相同，所述第二细胞培养室的个数与第一细胞培养室的个数相同。
8.根据权利要求6所述的器官药物测试芯片，其特征在于：所述第一出口通道的另一端与下层芯片的外壁连通。
9.根据权利要求1所述的器官药物测试芯片，其特征在于：所述特斯拉微混合器的通道深度小于上层芯片的厚度。
10.根据权利要求1所述的器官药物测试芯片，其特征在于：所述细胞培养室的深度、第一出口通道的深度小于下层芯片的厚度。
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|---|---|---|---|
| CN202020676123.8U CN212207391U (zh) | 2020-04-28 | 2020-04-28 | 一种器官药物测试芯片 |
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| CN212207391U true CN212207391U (zh) | 2020-12-22 |
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| CN (1) | CN212207391U (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111458491A (zh) * | 2020-04-28 | 2020-07-28 | 德州学院 | 一种器官药物测试芯片 |
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2020
- 2020-04-28 CN CN202020676123.8U patent/CN212207391U/zh active Active
Cited By (1)
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| CN111458491A (zh) * | 2020-04-28 | 2020-07-28 | 德州学院 | 一种器官药物测试芯片 |
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