[发明专利]一种高通量肿瘤靶向药物浓度筛选微流控器件

说明书

本发明提供了一种高通量肿瘤靶向药物浓度筛选微流控器件，该微器件由细胞进样层、气动薄膜层和细胞操控层组成。其中细胞进样层包括多细胞进样通道和阀控制通道，可以实现多种细胞的同时进样。细胞操控层具有“两级并联”结构，第一级并联结构为浓度梯度发生器模块，第二级并联结构为细胞培养模块。其中，浓度梯度发生器模块可实现颗粒型肿瘤靶向药物的均匀混合、生成多种比例药物浓度；多细胞培养模块可以为细胞培养提供动态、均一、稳定的流体流动微环境，实现在相同微环境下多种细胞的独立培养，以用于靶向药物作用。该微流控器件为高通量细胞培养、肿瘤靶向药物筛选和细胞‑药物实验提供了一个新的技术平台。

技术领域

本发明属于微流控芯片及其生物医学、药物筛选等应用领域，尤其涉及一种高通量肿瘤靶向药物浓度筛选微流控器件。

技术背景

细胞是生物体结构、功能及生命活动的基础，细胞研究对于认识生物体、揭示生命活动、药物筛选、诊断疾病等具有重要意义。细胞培养是细胞研究的前提，细胞培养的微环境对于细胞增值、分化与表达有关键性的影响。在生物体中大多数的组织细胞所处的流体环境为间隙流动，具有流动稳定且流速和剪切力较小的特点。因此，在细胞体外培养时构建细胞近体微环境具有重要意义，一方面要为细胞培养提供动态、稳定、均一、低剪切力的流体流动微环境；另一方面要控制和传导这些信号分子的浓度梯度。传统的细胞体外培养方法很难模拟细胞的在体生存微环境，从而影响了细胞的正常生长及表达，进一步导致接下来的细胞研究结果的可信度大大降低。而近些年发展起来的微流控芯片技术，其通道网络与细胞在体时所处的脉管系统非常相似，既可实现各种模块的集成，又可进行动态灌注式培养，使细胞微环境的体外模拟和控制成为可能。

现有的微流控浓度梯度发生器最为常见的就是并流型浓度梯度发生器，利用层流原理在并行的相邻液流间通过扩散作用传质，形成梯度的特征只与物质种类、流速和接触时间有关。其中，最为典型的就是“圣诞树”构型的浓度梯度发生器，其可形成的梯度线性范围宽，但其浓度梯度比例固定为线性，不能根据需求调控。现有的基于微流控的细胞培养单元，在细胞培养区域内，有大量流体与细胞直接接触，形成较大的剪切力，从而影响甚至是破坏细胞。此外，如何在同一芯片上，各自不同的浓度梯度下实现多种细胞的独立培养，是微流控技术在靶向药物筛选方向上的关键和难点。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术难点，设计了一种用于高通量肿瘤靶向药物浓度筛选的新型微流控器件，该微流控器件既可以实现颗粒型肿瘤靶向药物的均匀混合、生成多种比例药物浓度，又可以构建动态、均一、稳定的流体流动微环境，实现在相同微环境下多种细胞的独立培养，以用于靶向药物作用。采用微加工工艺制作该微流控器件，并用其进行细胞体外培养。

本发明的技术方案：

一种高通量肿瘤靶向药物浓度筛选微流控器件，所述的微流控器件由三层结构组成，自上而下依次是细胞进样层1、气动薄膜层2和细胞操控层3；

所述的细胞进样层1包括用于细胞悬液灌注进样的多细胞进样通道27、用于控制气动薄膜23的阀控制通道28、培养液进样口29、药液进样口30、废液口31、气体入口32和细胞进样口33；其中，多细胞进样通道27和阀控制通道28交替布置，相互独立；多细胞进样通道27由第一直线通道34和与细胞培养池15大小形状完全相同的多个培养池对准腔35连接而成，其端部设有细胞进样口33；阀控制通道28由第二直线通道36和与气动薄膜23大小形状完全相同的多个气体填充腔37组成，多条水平、相互平行的阀控制通道28与一条竖直的阀控制通道28汇聚，垂直的阀控制通道28端部设有气体入口32；细胞悬液从细胞进样口33注入，流经多细胞进样通道27，在培养池对准腔35的作用下，透过细胞进样过渡孔22，准确进入与之对应的细胞培养池15中；气体从气体入口32进入，充满阀控制通道28，作用于气动薄膜23，控制气动微阀；细胞进样层1上还开有培养液进样口29、药液进样口30和多个废液口31，分别与气动薄膜层2的培养液进样孔24、药液进样孔25和废液孔26相对应；