本發(fā)明涉及將微流控芯片技術(shù)應(yīng)用到體外多組織和器官的模擬與應(yīng)用領(lǐng)域，具體涉及一種基于微流控技術(shù)的多器官芯片及其制備方法。

背景技術(shù)：

在醫(yī)學(xué)研究和新藥研發(fā)的過程中，合適的模型是進行研究的重要方面。就產(chǎn)生了動物實驗?zāi)Ｐ?，同時，為了研究新藥對人體的影響，科學(xué)家開始在培養(yǎng)皿里培養(yǎng)人體細胞，看看這些新藥對人體細胞是不是有毒副作用。但是動物和人類離體細胞并不能替人類把好試藥的大門。據(jù)統(tǒng)計，能夠順利通過三期臨床試驗的藥物僅有10.8％，主要原因是因為療效不好，甚至是對人體有毒副作用，這是巨大的浪費。為了解決這一難題，2012年美國國立衛(wèi)生研究中心(NIH)、美國食品和藥物管理局(FDA)和美國國防部高級研究計劃局(DARPA)聯(lián)合發(fā)起“organs-on-chips”(人體器官芯片)的研發(fā)工作。

微流控芯片技術(shù)作為一門迅速發(fā)展起來的技術(shù)，在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，且因其與細胞尺寸相匹配、近生理的微環(huán)境以及時空可控性，易于通過靈活的結(jié)構(gòu)設(shè)計和多樣的制作方法實現(xiàn)細胞水平的應(yīng)用而逐漸成為新型的細胞學(xué)研究的重要技術(shù)手段和平臺。目前，應(yīng)用微流控芯片技術(shù)進行單一組織或器官的模擬工作已經(jīng)展開，但是將多種組織或器官在同一塊芯片上進行組裝和模擬的相關(guān)工作還處于空白階段。因此，利用微流控芯片技術(shù)進行多器官的模擬和仿生在生物學(xué)研究及醫(yī)藥研發(fā)中具有極大的應(yīng)用前景。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供了一種基于微流控技術(shù)的多器官芯片及其制備方法，特別針對具有體內(nèi)具有功能連貫性的兩個以上器官聯(lián)用的芯片模擬。

一種基于微流控技術(shù)的多器官芯片，該芯片主要包括三層結(jié)構(gòu)：上層芯片、中層碳酸脂膜和下層芯片；中層碳酸脂膜上具有微孔，上層芯片中培養(yǎng)的細胞所產(chǎn)生的代謝產(chǎn)物可透過微孔滲透到下層芯片中，進而刺激下層芯片中培養(yǎng)的細胞或組織模型，從而模擬體內(nèi)多器官之間的功能連貫性；

所述上層芯片包括上層細胞入口、上層細胞通道和上層細胞出口；上層細胞入口和上層細胞出口通過上層細胞通道連接；

所述下層芯片包括下層膠原入口、下層膠原通道、下層細胞入口、下層細胞出口和下層細胞通道，下層膠原入口和下層膠原通道連接，下層膠原通道和下層細胞通道直接連通，下層細胞入口和下層細胞出口通過下層細胞通道連接；

在芯片整體封接之后，上層細胞通道和下層細胞通道在位置上相互對應(yīng)重合。

本發(fā)明提供的微流控芯片，整個芯片設(shè)計可并排封接在足夠大的潔凈玻璃底面以增加通量，個數(shù)可在1-100個之間。

一種基于微流控技術(shù)的多器官芯片的制備方法，上層芯片的下表面和碳酸脂膜經(jīng)過紫外活化1小時，硅烷化處理30分鐘，氧等離子進行封接；用于粘合上下層芯片的PDMS為單體與引發(fā)劑比例為20:1的PDMS聚合物，下層芯片上表面蘸取PDMS后，與已不可逆封接有碳酸脂膜的上層芯片進行對齊粘合。

所述上層芯片和下層芯片均為透光透氣的PDMS聚合物，PDMS單體與引發(fā)劑比例為6:1。

一種基于微流控技術(shù)的多器官芯片的應(yīng)用，上層芯片用于培養(yǎng)肝細胞，所用藥物為體內(nèi)需要經(jīng)過肝代謝進行活化的前體藥物；下層芯片用于構(gòu)建體外血腦屏障模型，用于評價經(jīng)過肝代謝的藥物是否能夠通過血腦屏障，以及是否對 血腦屏障的功能具有破壞性或者保護作用；下層芯片的膠原入口處同時可用于對下層芯片中透過血腦屏障的液體的收集。

本發(fā)明的優(yōu)點為：利用多層微流控芯片集成的方法，將多種細胞的培養(yǎng)單元結(jié)合，根據(jù)體內(nèi)器官之間運行的先后順序，將多種器官的模型組裝和構(gòu)建在同一塊芯片上，簡便快捷的實現(xiàn)了多器官聯(lián)合的芯片構(gòu)建方法，且器官之間可進行有效分割，便于各個器官之間的分別控制和觀察。

附圖說明

圖1本發(fā)明所提供的微流控芯片整體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2本發(fā)明所提供的微流控芯片的制備方法的流程圖；

其中，1上層芯片，2上層細胞入口、3上層通道，4上層細胞出口，5中層碳酸脂膜；6下層芯片，7下層膠原入口、8下層膠原通道，9下層細胞入口，10下層細胞出口，11下層細胞通道；12潔凈玻璃。

具體實施方式

下面的實施例將對本發(fā)明予以進一步的說明，但并不因此而限制本發(fā)明。

實施例1

一種基于微流控技術(shù)的多器官芯片，如圖1所示：一種基于微流控技術(shù)的多器官芯片芯片主要包括三層結(jié)構(gòu)，上層芯片1、中層碳酸脂膜5和下層芯片6；中層碳酸脂膜5上具有微孔，上層芯片1中培養(yǎng)的細胞所產(chǎn)生的代謝產(chǎn)物可透過微孔滲透到下層芯片6中，進而刺激下層芯片6中培養(yǎng)的細胞或組織模型。

所述上層芯片1包括上層細胞入口2、上層細胞通道3和上層細胞出口4；上層細胞入口2和上層細胞出口4通過上層細胞通道3連接；

所述下層芯片6包括下層膠原入口7、下層膠原通道8、下層細胞入口9、 下層細胞出口10和下層細胞通道11，下層膠原入口7和下層膠原通道8連接，下層膠原通道8和下層細胞通道11直接連通，下層細胞入口9和下層細胞出口10通過下層細胞通道11連接；

在芯片整體封接之后，上層細胞通道3和下層細胞通道11在位置上相互對應(yīng)重合。

上層芯片和下層芯片的制作

應(yīng)用SU-8 3035為材料，按照傳統(tǒng)的軟光刻方法分別制作上層芯片1和下層芯片6的模板，其中上層芯片為單層模板，用于培養(yǎng)肝細胞；下層芯片為雙層模板，用于構(gòu)建體外血腦屏障模型。模板制作完成后，利用PDMS聚合物澆筑模板(單體：引發(fā)劑＝6:1)，分別制作上層芯片和下層芯片的PDMS塊并用自制打孔器打孔備用，。

整體芯片的封接

將碳酸脂膜5置于玻片上，放置于超凈臺中紫外活化1小時，再用硅烷化處理30分鐘，隨后上層芯片1一同進行等離子封接，隨后置于80℃烘箱中處理30分鐘。下層芯片6直接等離子體封接在一塊合適大小的潔凈玻璃12上。再配制單體與引發(fā)劑比例為20:1的PDMS聚合物，在下層芯片的上表面涂抹一薄層后，將兩層芯片直接對齊粘合，最后將整體芯片置于80℃烘箱中固化30分鐘，如圖2所示。