[发明专利]一种能同时施加力学刺激和化学刺激的微流控装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于能同时施加力学刺激和化学刺激的微流控芯片和具有该芯片的微流控装置，具体用于体外模拟动脉粥样硬化。

背景技术

现有微流控技术是在微管道中控制气体和流体的技术。这种技术操作简单并且能够很容易地与常用的各种生物化学分析方法结合，因而被广泛地应用到生物化学分析中。动脉粥样硬化，是最常见的和最具有危害性的疾病，是动脉硬化的一种，大、中动脉内膜出现含胆固醇、类脂肪等的黄色物质，多由脂肪代谢紊乱、神经血管功能失调引起。常导致血栓形成、供血障碍等。动脉粥样硬化多见于40岁以上的男性和绝经期后的女性。本病常伴有高血压、高胆固醇血症或糖尿病等。这种病是发生于血管中的一种由血管内皮细胞功能失调而引起的疾病。血管内皮细胞在体内所处的微环境主要包括物理刺激和化学刺激两方面，物理刺激主要是由血液流动引起的流体剪切力和由心脏跳动引起的周期性的拉伸；化学刺激主要是血液中的葡萄糖、胆固醇等以及各种细胞因子。这些因素共同作用导致血管内皮细胞产生各种病理变化。因此要研究动脉粥样硬化这种由血管内皮细胞功能失调引起的疾病、需要建立一个简单有效的能够结合上述所有因素的模型。现有的研究模型可以概括为三类，分别专注于拉伸、流体剪切力和化学刺激条件的控制。目前并没有简单而有效地将三种条件结合于一体的研究模型。

中国专利申请(申请号为201110404504.6和201110404620.8)涉及一种动脉血管模拟微流控装置及其应用，主要是在微流控芯片上实现了对细胞的长期力学刺激，但没有涉及到将化学刺激引入芯片中，从而模拟例如动脉粥样硬化这种化学和力学刺激共同作用在血管内皮细胞上从而引发的疾病。另外，在芯片的设计上，上述两项申请中芯片中薄膜的拉伸表现为单方向的拉伸，在拉伸的同时垂直拉伸方向的薄膜仍会有3%的轻微形变。

本发明除了在芯片中同时引入化学刺激和物理刺激以外，与上述现有技术相比有一下三个方面的明显不同之处：1.负压发生模块凹槽F部分没有形成联通的回路，如此设计可以确保通道中接种的细胞所承受的拉伸为单轴拉伸；2.气动室在与两条窄沟槽F1平行的中轴线上，并通过两条通道分别与两条窄沟槽F2联通，如此设计可以确保细胞受到的来自管道F2两侧的拉伸力相等；3，微流通道模块的管道更窄，如此设计可以减少管道中细胞的数量，减少管道中间的细胞与管道两侧的距离，使每个细胞承受的拉伸力更均一。

发明内容

本发明的目的在于提出本发明目的在于构建体外模拟动脉粥样硬化的微流控装置，可以模拟血管中物理刺激和化学刺激对血管内皮细胞的影响，从而对动脉粥样硬化发生发展进行研究，并可进一步进行药物筛选和探索治疗方法。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种微流控芯片，用于同时施加力学刺激和化学刺激，优选用于体外模拟动脉粥样硬化，其特征在于：所述微流控芯片包括透明的微流通道模块和与其相适配的透明的负压产生模块，所述微流通道模块底部和负压产生模块顶部通过弹性膜相粘合，所述微流控芯片是所述微流通道模块、所述弹性膜、所述负压产生模块的整合体，所述微流通道模块用于流体流动，所述负压产生模块用于产生使弹性膜发生形变的负压。

进一步的，所述微流通道模块顶部设有流体出口和流体入口以及贯通孔，所述流体出口和流体入口分别连接于所述微流通道，所述微流通道设于所述微流通道模块底部。

进一步的，所述负压产生模块顶部设有负压凹槽和气动室，所述气动室和所述微流通道模块上的所述贯通孔对准，并且所述气动室与所述负压凹槽相连。

进一步的，所述微流通道模块、负压产生模块和弹性膜均由聚二甲基硅氧烷（PDMS）材料制成。

进一步的，所述负压产生模块和所述弹性膜之间填充有液体润滑剂。

进一步的，所述流体出口和流体入口以及贯通孔均为圆形孔。

进一步的，所述负压产生模块的气动室呈圆柱形空腔状。

进一步的，所述弹性膜在与所述微流通道模块的所述贯通孔和所述负压产生模块的所述气动室相对的对应位置打孔，以使所述负压产生模块的所述负压凹槽和所述气动室通过所述贯通孔与外界相通。

进一步的，所述负压凹槽包括对称设置的两个弯折形状的管道和两条平行的窄沟槽，气动室E在与两条窄沟槽平行的中轴线上，其中每条所述管道一端连接所述气动室，另一端连接一条所述窄沟槽的中部。