[发明专利]一种仿真肺芯片模型

说明书

本发明公开了一种可进行模拟实验的仿真肺芯片模型，属于生物医学工程技术领域。包括基底层，其特征是在所述的基座层上面，依次设置相连接的气动层、培养液微腔层、微孔阵列薄膜层和气体循环微腔层：所述的气动层由气动微腔体以及气动微腔体内相连通的气动腔室构成；所述的培养液微腔层由柔性培养液微腔体及其内部相连通的培养液微腔室构成；所述的气体循环微腔层由气体循环微腔体及其内部向联通的气体循环微腔室构成；所述的微孔阵列薄膜层置于培养液微腔室和气体循环微腔室之间。具有方便操作使用，低成本高仿真度。

技术领域

本发明公开了一种可进行模拟实验的仿真肺芯片模型，属于生物医学工程技术领域。

背景技术

现有的肺部疾病模型大多为细胞模型或者动物模型，存在明显缺陷：肺部为气液双相交界状态，细胞模型均建立在液相之中，与肺部环境相差甚远；动物模型采用啮齿类动物，呼吸系统结构比人类复杂，吸入各种刺激因素多沉积在鼻甲及上呼吸道，不能进入肺部，无法有效模拟人类肺部感染后的病变。

在生物医学工程领域，已经有的肺芯片模型存在以下不足：不能模拟肺的呼吸运动节律对细胞周期性牵拉造成的影响；现有一维微流通道模型上细胞数量少，不能完全满足生物学实验要求，无法合理验证模型功能，不具备进一步研究肺炎、肺纤维化、肺癌等疾病的条件。

总之，目前的肺芯片模型尚不能满足在医学和生物医学工程领域的需要，急需一种低成本高仿真度的肺芯片模型。

发明内容

本发明的目的在于提供一种方便操作使用，低成本高仿真度的肺芯片模型。

本发明的技术方案表现为模拟呼吸运动的同时增加细胞量，满足生物学实验需要。

肺换气单元主要由四部分结构组成，上层为气体通道，中层为多孔结构薄膜，下层结构为液体通道。底层为气动层。

其特征主要在于：在二维网格设置用于气液双相共培养细胞的微流通道。单一通道的高度为10-300μm，宽100-1000μm，模拟体内的肺泡尺寸；

选用弹性多孔膜作为模拟呼吸膜的结构。例如聚二甲基硅氧烷(PDMS)；

立体式气动结构，将气动结构置于共培养通道的下方，增加单位面积内的有效的气液双相共培养面积。规律抽吸(16-18次/min)气动结构，带动中间多孔膜运动，模拟平静呼吸时的呼吸动作对肺泡的牵张；

配套可调控供气装置，提供不同气养比(通气/血流比值0.2～0.8)，不同气体成分(.5％CO₂，20％O₂，75％N₂)，以模拟不同环境、条件下的致病机理或药物影响；

利用芯片立体结构，可实现在微流通道内金属薄膜电极的集成，从而实现例如TEER等生化测试。

一种仿真肺芯片模型，包括基底层，其特征是在所述的基座层上面，依次设置相连接的气动层、培养液微腔层、微孔阵列薄膜层和气体循环微腔层：

所述的气动层由气动微腔体以及气动微腔体内相连通的气动腔室构成；

所述的培养液微腔层由柔性培养液微腔体及其内部相连通的培养液微腔室构成；

所述的气体循环微腔层由气体循环微腔体及其内部向联通的气体循环微腔室构成；

所述的微孔阵列薄膜层置于培养液微腔室和气体循环微腔室之间。

本发明的仿真工作过程是：

1、在多孔薄膜结构与气体通道结合一侧进行肺上皮细胞的培养；在多孔薄膜与液体通道结合一次进行血管内皮细胞的培养。待两种细胞长满通道底面后，上层通入无菌空气，下层通入完全培养基；通过给予底层空心层规律抽吸，模拟呼吸运动引起的肺泡牵张，完成气液双相共培养，模拟正常肺组织的生物功能。