集成肠道多模态运动三维腔体肠器官芯片及方法

本公开提供了一种集成肠道多模态运动三维腔体肠器官芯片及方法,包括用于培养分化肠上皮细胞的腔体多孔薄膜,腔体多孔薄膜外侧设置有支撑薄膜,所述支撑薄膜与气体通道连接,通过气体通道的进/排气,带动支撑薄膜运动,进而使所述腔体多孔薄膜发生形变,以模拟紧张性收缩动作;腔体多孔薄膜外侧设置有一设置有容纳区域的腔体,能够为所述腔体多孔薄膜提供培养液灌流区域,形成具有轴向与环向剪应力的微机械环境;腔体多孔薄膜上圆周嵌有多个闭合磁带,闭合磁带能够随着腔体外可移动设置的螺线管通电产生磁场,从而使所述腔体多孔薄膜对应位置发生径向收缩动作。

专利类型: 发明专利
申请(专利)号: CN201910713193.8
申请日期: 2019年8月2日
公开(公告)日: 2019年10月15日
公开(公告)号: CN110331097A
主分类号: C12M3/04,C12M3/00,C,C12,C12M,C12M3
分类号: C12M3/04,C12M3/00,C,C12,C12M,C12M3
申请(专利权)人: 齐鲁工业大学
发明(设计)人: 王力,吴健,陈俊,杜健,许崇海,史岩彬
主申请人地址: 250353 山东省济南市长清区大学路3501号
专利代理机构: 济南圣达知识产权代理有限公司
代理人: 李琳
国别省市代码: 山东;37
主权项: 1.一种集成肠道多模态运动三维腔体肠器官芯片,其特征是:包括: 用于培养分化肠上皮细胞的腔体多孔薄膜,所述腔体多孔薄膜外侧设置有支撑薄膜,所述支撑薄膜与气体通道连接,通过所述气体通道的进/排气,带动支撑薄膜运动,进而使所述腔体多孔薄膜发生形变,以模拟紧张性收缩动作; 所述腔体多孔薄膜外侧设置有一设置有容纳区域的腔体,能够为所述腔体多孔薄膜提供培养液灌流区域,形成具有轴向与环向剪应力的微机械环境; 所述腔体多孔薄膜上圆周嵌有多个闭合磁带,所述闭合磁带能够随着腔体外可移动设置的螺线管通电产生磁场,从而使所述腔体多孔薄膜对应位置发生径向收缩动作。 2.如权利要求1所述的一种集成肠道多模态运动三维腔体肠器官芯片,其特征是:所述腔体多孔薄膜外侧还设置有代谢液收集通道,以收集肠上皮细胞的代谢液体。 3.如权利要求1所述的一种集成肠道多模态运动三维腔体肠器官芯片,其特征是:所述腔体多孔薄膜为柔性聚二甲基硅氧烷材料制备得到,厚度3μm~5μm。 4.如权利要求1所述的一种集成肠道多模态运动三维腔体肠器官芯片,其特征是:所述闭合磁带为环形磁带,由磁性颗粒与腔体多孔薄膜充分混合后固化形成,均匀间隔分布于腔体多孔薄膜表面上。 5.如权利要求1所述的一种集成肠道多模态运动三维腔体肠器官芯片,其特征是:所述螺线管的通电电压可调整,通过调整电压的强弱,改变磁场强度,实现磁性环带不同幅度的径向收缩,通过控制所述螺线管的轴向移动位置和移动速度,实现肠道不同位置、不同状态的模拟。 6.如权利要求1所述的一种集成肠道多模态运动三维腔体肠器官芯片,其特征是:所述气体通道包括两个,且设置于所述腔体多孔薄膜的两侧,与所述腔体多孔薄膜同材质,由等离子体处理键合封装,长度和厚度与所述腔体多孔薄膜一致。 7.如权利要求1所述的一种集成肠道多模态运动三维腔体肠器官芯片,其特征是:所述腔体多孔薄膜内、外侧均可培养肠上皮细胞,利用肠器官芯片标记指定蛋白,进行共聚焦显微镜的形貌表征,比较小肠绒毛的形成状态;通过记录跨膜电阻技术分析内侧的肠上皮屏障功能,间接反映肠细胞缝隙连接的程度。 8.权利要求1-7中任一项所述的三维腔体肠器官芯片的制备方法,其特征和是:包括以下步骤: 制备腔体多孔薄膜:在硅片上旋涂一层SU-8负性光刻胶,真空干燥后冷却至室温,将光掩模与涂覆硅片接触并曝光,加热曝光晶片,并进行热处理,或曝光后烘烤,微柱阵列随后通过将硅片在显影液中浸渍一段时间,随后用水漂洗和在空气中干燥而显影,将柔性聚二甲基硅氧烷材料旋涂在微柱阵列上,待固化后剥离,将薄膜围特氟龙软管贴附一圈,通过半固化柔性聚二甲基硅氧烷材料实现密缝; 制备微气通道:将柔性聚二甲基硅氧烷材料灌入模具后固化,所述模具包括结构相同的两个部分,每个部分带有至少两个凸起,两个部分相对设置,通过等离子处理,实现契合封装; 制备闭合磁带,将Fe3O4颗粒与柔性聚二甲基硅氧烷材料充分混合,随后将其以旋涂至表面均匀的亚克力板,等待固化后,剥离,用Plasma活化腔体柔性聚二甲基硅氧烷材料薄膜表面,将剥离后的Fe3O4磁性薄膜,等间隔均匀黏附其表面; 将制备得到的三部分通过键和工艺完成组装。 9.权利要求1-7中任一项所述的三维腔体肠器官芯片的工作方法,其特征是:包括以下步骤: 通过所述气体通道的进/排气,带动支撑薄膜运动,进而使所述腔体多孔薄膜发生形变,以模拟并分析紧张性收缩; 或/和,通过改变所述营养液的流动速率,形成具有轴向与环向剪应力的微机械环境,模拟并分析液体流速和剪应力的关系; 或/和,通过改变螺线管通电的电压以及螺线管的移动速度,模拟并分析肠道发生径向收缩和蠕动波。 10.如权利要求9所述的工作方法,其特征是:所述模拟并分析紧张性收缩径向收缩时,在制备出与活体肠组织相同刚度与厚度的腔体膜的条件下,利用仿真软件建立磁场强度与PDMS薄膜形变的标定关系,改变螺线管的电压寻找与形变对应的腔体薄膜的形变,通过螺线管对腔体薄膜按照设定的频率实现分节径向收缩; 或, 所述模拟并分析蠕动波时,对闭合磁带进行交替吸引与释放,蠕动波的速度用磁性环带间隙与两两波峰的时间差计算,确定螺线管的不同速度与腔体蠕动波速之间的关系; 或, 所述模拟并分析紧张性收缩时,利用两侧通道实现气压拉伸薄膜形变,确定不同气压与形变的关系; 或, 所述模拟并分析液体流速和剪应力的关系时,根据活体肠道内的液体流动速率,计算理想状态下内部轴剪应力,将该数值导入仿真软件,逆向仿真出腔体肠器官芯片所需的培养液的流动速度。
法律状态: 公开,公开,公开