一种微流控肺芯片的制作方法

1.本发明属于微流控芯片的技术领域，特别是涉及一种微流控肺芯片。


背景技术：

2.吸烟是肺部疾病的常见原因，也是慢性阻塞性肺疾病(copd)发展的主要风险因素，是全球第三大死亡原因。吸烟引起的疾病恶化是copd患者寻求医疗护理的常见原因之一。此外，电子烟等烟草相关产品正在迅速普及，但其排放物对肺部的生物学影响尚不清楚，这正成为监管机构的一个潜在健康问题。香烟烟雾引起的小气道疾病和copd加重均不能在动物中有效建模，由于常用的实验动物(如小鼠、大鼠)是专性鼻呼吸器，因此它们对传统香烟或电子香烟烟雾暴露研究的适用性也存在争议。
3.已经开发了培养系统来研究烟雾对人类肺上皮的影响；然而，它们无法复制负责向肺上皮输送烟雾的生理呼吸空气运动。此外，这些模型主要关注烟草烟雾暴露的毒性。虽然人类临床研究是研究烟雾暴露对患者影响的最直接方法，但患者之间的特异性是理解疾病生物成因和发现生物标志物的主要挑战，特别是对于copd等异质性疾病，迫切需要一种新颖、通用且与生理相关的实验模型来研究烟草制品的生物学效应，该模型能够真实的再现吸入性烟雾诱导的气道病理学。这种类型的体外模型能够在器官相关的背景下重建经临床验证的患病人肺上皮的分子、细胞和组织水平反应，对于发现潜在的治疗靶点和新的诊断生物标记物也具有重大价值。
4.为了比较吸入烟雾对正常肺或慢性阻塞性肺病患者肺影响，模拟真实吸烟者肺部对于烟雾的病理性研究，本发明旨在提供一种微流控芯片，用于培养人体细胞并通过该培养的细胞，进行研究香烟对体外人类肺分子、遗传、细胞和组织水平反应的影响。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种微流控肺芯片，提供一种微流控芯片，用于培养人体细胞并通过该培养的细胞，进行研究香烟对体外人类肺分子、遗传、细胞和组织水平反应的影响。
6.为解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：
7.一种微流控肺芯片，包括上层基片和下层基片，所述上层基片和下层基片单侧重合、贴靠并通过等离子放电将基片建合，整体呈矩形的芯片状；
8.所述上层基片对应重合侧开设有气体通道，所述下层基片对应重合侧开设有液体通道，所述气体通道和液体通道具有同一竖直段，所述上层基片对应气体通道的两端均开设有气孔，所述上层基片对应液体通道的两端均开设有液孔；
9.所述气体通道和液体通道对应的竖直段之间通过多孔聚酯膜隔开，所述多孔聚酯膜具有孔隙，所述多孔聚酯膜对应液体通道的一侧涂抹有i型胶原蛋白层。
10.进一步地，所述上层基片和下层基片均为聚二甲基硅氧烷聚合物，其对应的气体通道和液体通道均采用机械雕刻形成，所述气体通道的截面高度为1mm，宽度为3mm，液体通
道的截面高度为0.2mm，宽度为3mm。
11.进一步地，所述气体通道和液体通道重合的同一竖直段，其两端对应的液孔和气孔呈叉状分开，呈v形。
12.进一步地，所述多孔聚酯膜10微米厚度，其孔隙的口径为0.4微米。
13.进一步地，所述下层基片设置有用于限位安装多孔聚酯膜的槽体。
14.进一步地，所述上层基片对应的拐角处一体连接有限位柱，限位柱呈圆台状，所述下层基片对应限位柱的位置均开设有限位槽。
15.进一步地，所述液孔和气孔对应上层基片的上侧均连接有用于连接的连接管。
16.本发明具有以下有益效果：
17.本发明的微流控肺芯片，可用于人类肺上皮细胞对于香烟的病理性研究。该芯片主要用于模拟实验，首先构建一种烟雾诱导肺损伤的体外模型，芯片上的气孔连接到一个吸烟仪器，该仪器在动态条件下，在芯片的气流通道中吸入和呼出燃烧香烟产生的全部烟雾，真实再现人类吸烟行为。该平台用于比较吸入烟雾对正常肺或慢性阻塞性肺病患者肺影响，研究香烟对体外人类肺分子、遗传、细胞和组织水平反应的影响。
附图说明
18.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
19.图1：本发明结构展开图。
20.图2：本发明结构整体图。
21.附图中，各标号所代表的部件列表如下：
22.上层基片1、下层基片2、气体通道11、液体通道21、气孔12、液孔22、多孔聚酯膜3、槽体31、限位柱13、限位槽23、连接管4。
具体实施方式
23.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
24.本发明中，需要理解的是：“开孔”、“上”、“下”、“厚度”、“顶”、“中”、“长度”、“内”、“四周”等指示方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的组件必须具有特定的方位。
25.如图1-2所示：一种微流控肺芯片，包括上层基片1和下层基片2，所述上层基片1和下层基片2单侧重合、贴靠并通过等离子放电将基片建合，整体呈矩形的芯片状；
26.所述上层基片1对应重合侧开设有气体通道11，所述下层基片2对应重合侧开设有液体通道21，所述气体通道11和液体通道21具有同一竖直段，所述上层基片1对应气体通道11的两端均开设有气孔12，所述上层基片1对应液体通道21的两端均开设有液孔22；气孔贯穿上层基片，止于下层基片，液孔贯穿上层基片并延伸至下层基片中，在下层基片具有延伸段。
27.所述气体通道11和液体通道21对应的竖直段之间通过多孔聚酯膜3隔开，所述多
孔聚酯膜3具有孔隙，所述多孔聚酯膜3对应液体通道21的一侧涂抹有i型胶原蛋白层。
28.本发明的微流控肺芯片，可用于人类肺上皮细胞对于香烟及其他污染型废气的病理性研究。以香烟作为研究对象举例说明，该芯片主要用于模拟实验，首先构建一种烟雾诱导肺损伤的体外模型，芯片上的气孔连接到一个吸烟仪器，该仪器在动态条件下，在芯片的气流通道中吸入和呼出燃烧香烟产生的全部烟雾，真实再现人类吸烟行为。该平台用于比较吸入烟雾对正常肺或慢性阻塞性肺病患者肺影响，研究香烟对体外人类肺分子、遗传、细胞和组织水平反应的影响。
29.芯片在使用过程中，由四个集成组件组成：分别是本发明的芯片、烟雾发生器、微型呼吸器和一个再现人类吸烟行为的控制软件。芯片上的器官是一种光学透明的微流控培养设备，由聚二甲基硅氧烷pdms聚合物组成，其大小与计算机记忆棒一样。
30.实验过程：从健康供体或copd患者获得的原代人气道上皮细胞注入至液体通道中，细胞在i型胶原蛋白层的膜上培养4周，i型胶原蛋白层作为胶原本身，是构成细胞外基质的骨架，其三股螺旋结构及交联所形成的纤维或网络对细胞起到锚定和支持作用，并为细胞的增值生长提供适当的微环境。与细胞周围的基质有着良好的相互作用，表现出相互影响的协调性，并成为细胞与组织正常生理功能整体的一部分。
31.同时培养基持续流经液体通道，用于供给养分等。在这些条件下形成高度分化的假复层纤毛气道上皮，并完全再现了活体肺小气道的形态和功能。
32.为了模拟人工设计的人肺小气道暴露于芯片上的香烟烟雾，构建了一个微型呼吸器，通过芯片上的气流通道循环吸入和呼出微升体积的带有香烟烟雾的空气，烟雾在流经气流通道中的竖直段的时候，与风化后的假复层纤毛气道上皮充分接触，类似于人体肺部吸入香烟烟雾的设定。为了提高准确性，通过一个可编程的烟雾机来调节吸烟行为参数，模拟吸烟者的吸烟频率。例如，烟支持续时间和数量、烟支间隔、每支烟的烟支数以及吸烟数量。然后将整个装置置于标准培养箱中，并与芯片和控制培养基灌注的蠕动泵连接。
33.如图1所示：所述上层基片1和下层基片2均为聚二甲基硅氧烷聚合物，属于生物质材料，通常用于硅光板光刻后建模浇筑用凝胶，本身具有气体交换作用，用于组织或细胞的的呼吸作用。其对应的气体通道和液体通道均采用机械雕刻形成，所述气体通道11的截面高度为1mm，宽度为3mm，液体通道21的截面高度为0.2mm，宽度为3mm。均为扁平状，用于在竖直段具有更大的接触面积，先通过雕刻，然后上层基板和下层基板重合，通过等离子放电技术，将两层基板合二为一。
34.所述气体通道11和液体通道21重合的同一竖直段，其两端对应的液孔12和气孔22呈叉状分开，呈v形。
35.如图1所示：所述多孔聚酯膜10微米厚度，其孔隙的口径为0.4微米。多孔聚酯膜用于在气体通道和液体通道之间形成隔膜，同时用于i型胶原蛋白层载体，开设的空隙用于细胞和烟雾进行接触。
36.如图1所示：所述下层基片2设置有用于限位安装多孔聚酯膜3的槽体31。
37.如图1所示：所述上层基片1对应的拐角处一体连接有限位柱13，限位柱13呈圆台状，所述下层基片2对应限位柱13的位置均开设有限位槽23。用于准确定位上层基片和下层基片。
38.如图2所示：所述液孔22和气孔12对应上层基片1的上侧均连接有用于连接的连接
管4。连接管用于连接营养液输送管和气体输送管。
39.以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。