[发明专利]仿生肺癌脑转移模型构建的微流控芯片及模型构建方法

权利要求书

1.一种仿生肺癌脑转移模型构建的微流控芯片，其包括仿生肺部分(01)与仿生脑部分(04)，其特征在于，所述仿生肺部分(01)设置在芯片的上游，其包括3层结构，分别为上层基片层(1)，中间多孔膜层(2)及下层基片层(3)；上层基片层(1)上设有供空气流通的气体通道(11)、供气液体进出的入口(53)和出口(54)、真空通道的上半部分(12)；下层基片上设有供液体流通的液体通道(31)、供液体进出的入口(53)和出口(54)、真空通道的下半部分(32)；气体通道(11)与液体通道(31)在上层基片层(1)与下层基片层(3)的位置对应；仿生脑部分(04)设置在芯片的下游，其包括2层结构，分别为上层基片层(1)与下层基片层(3)，上层基片层(1)为覆盖层，下层基片层(3)包括设置在中心的圆形的脑实质室(41)，在脑实质室(41)外侧设置血脑屏障环(44)；血脑屏障环(44)外侧设置血管腔室(42)；血管腔室(42)与仿生肺部分(01)下层基片的液体流通通道通过设置在下层基片层(3)的连接通道(43)连接；所述血脑屏障环(44)上设置连通脑实质室(41)与血管腔室(42)的微缝结构(45)；血管腔室(42)与脑实质室(41)上设置液体进出的入口(53)与出口(54)；血管腔室(42)分为分离的两部分，且每一部分都分别设置供液体进出的入口(53)与出口(54)；一部分为通过连接通道(43)与仿生肺部分(01)连接的仿生肺侧(421)，另一部分为设置在另一侧的对照侧(422)。

2.根据权利要求1所述的仿生肺癌脑转移模型构建的微流控芯片，其特征在于，仿生肺侧(421)与对照侧(422)均分的围绕脑实质室(41)设置。

3.根据权利要求1所述的仿生肺癌脑转移模型构建的微流控芯片，其特征在于，所有入口(53)与出口(54)通过细通道(55)与对应的气体通道(11)，液体通道(31)，血管腔室(42)及脑实质室(41)连接。

4.根据权利要求3所述的仿生肺癌脑转移模型构建的微流控芯片，其特征在于，仿生肺侧(421)与对照侧(422)之间的空隙大于脑实质与脑实质出口及入口(53)间细通道(55)的宽度。

5.根据权利要求1所述的仿生肺癌脑转移模型构建的微流控芯片，其特征在于，所有入口(53)与出口(54)的上方开口(51)都设置在上层基片层的对应位置处；上层基片层(1)的入口(53)与出口(54)在基片层的开口(51)设置在上层基片层(1)上，下层基片层(3)的入口(53)与出口(54)在基片层的开口(51)设置在下层基片层(3)上。

6.根据权利要求1所述的仿生肺癌脑转移模型构建的微流控芯片，其特征在于，所述气体通道(11)与液体通道(31)的入口(53)与出口(54)总共的4个口，设置在长方形结构的4个角上，其中2个入口(53)设置在上游侧，两个出口(54)设置在下游侧。

7.根据权利要求1所述的仿生肺癌脑转移模型构建的微流控芯片，其特征在于，真空通道的上下两部分的深度相同，上半部分与下半部分的深度与对应层上的气体通道(11)与液体通道(31)相同。

8.根据权利要求1所述的仿生肺癌脑转移模型构建的微流控芯片，其特征在于，真空通道设置为方形或椭圆形结构。

9.一种仿生肺癌脑转移模型构建方法，其特征在于，

上游仿生肺的构建：

1)对芯片进行预处埋，以利细胞更好的附着在芯片多孔膜表面；按1:10比例稀释BME，充分混合后用微量加样器注入微流控芯片的样本入口(53)，孵箱过夜等待胶凝固；

2)巨噬细胞的培养，将单核细胞TIP-1重悬于佛波酯PMA，用微量加样器通过下层通道入口(53)注入；将芯片倾斜向一侧30度，以使单核细胞沉降到中央培养通道的一侧，置于孵箱培养；48h后的单核细胞被刺激为巨噬细胞；将芯片倾斜向一侧30度，以使混合细胞沉降到中央培养通道的一侧，置于孵箱培养，48h后的单核细胞被刺激为巨噬细胞；

3)成纤维细胞的培养:将肺成纤维细胞W138接种到巨噬细胞的同侧，使其附着到多孔膜表面，置于孵箱静态培养；

4)血管内皮细胞的培养:将脐静脉血管内皮细胞HUVEC经由下层入口(53)注入芯片，使其静态 附着在膜表面4小时后，通过微泵连续泵入新鲜培养基；

5)支气管上皮细胞的培养:待芯片多孔膜下侧细胞均贴壁生长后，翻转芯片从上侧通过入ロ将支气管上皮细胞16HBE注入芯片，静态使其附着在膜表面4小时后，小心从对应出口(54)将培养基轻轻地从上部通道抽吸，继续通过入口(53)1连续泵入混合培养基，置于孵箱培养；

6)肺癌细胞的培养:待多孔膜上下两侧细胞均生长至紧密连接后，从肺癌细胞接种到芯片上层支气管上皮细胞区，置于孵箱培养；

下游关键结构血脑屏障的构建：

1)为了模拟生理细胞外基质ECM，将胶原蛋白I和纤连蛋白混合注入血管，置于孵箱培养，待其凝固；

2)将人脑微血管内皮细胞hBMVEC通过血管腔室(42)入口(53)接种到两侧血管通道中，在孵箱中静态条件下培养，使其附着于通道的底部表面；培养4小时后再次在血管通道中接种人脑微血管内皮细胞hBMVEC，将芯片垂直侧置静置4小时，使内皮细胞附着于血管腔室(42)微缝结构(45)侧面；

3)待血管腔形成完整内皮细胞层后，将人星形胶质细胞HA-1800接种到圆形脑实质室(41)中以构建共培养微环境，使其在孵箱中附着4小时，以形成仿生血脑屏障生理结构；

4)最后使用Pump 11Elite Series Pumps来驱动细胞培养基持续流过微血管通道，模拟生理下血液对微血管通道的血管剪切力。