[发明专利]一种可实现氧气浓度梯度的细胞共培养微流控芯片及其应用

说明书

本发明公开了一种能够实现氧气浓度梯度的细胞共培养微流控芯片，包括产生氧气梯度的缺氧通道和五个平行通道构成的细胞培养单元；缺氧通道有两个液体入口，一个液体出口，通过液体混合产生的化学反应吸收通道中的氧气，在细胞培养单元产生氧气梯度；细胞培养通道之间设有由六边形的微柱阵列，流经的液体将产生表面张力而不会泄漏至相邻通道，因此可在芯片内的不同通道培养多种细胞。本发明还提供了该微流控芯片的应用。本发明可以在体外构建快速稳定的氧气浓度梯度，并在芯片内将不同的细胞共培养于平行的通道中，用于体外肿瘤缺氧微环境的模拟。

技术领域

本发明涉及微流控装置领域，具体涉及于一种实现氧气浓度梯度以及细胞共培养的微流控芯片。

背景技术

肿瘤在复杂的组织环境中生长。包括肿瘤细胞、基质细胞、浸润在其中的多种生长因子以及复杂的理化因素，如缺氧、低pH等。肿瘤复杂的微环境在其发展、侵袭、转移中起到了至关重要的作用。肿瘤细胞的快速增殖将导致其组织内部缺血，进而导致缺氧，而这种缺氧的程度又与肿瘤细胞离血管的距离相关，因此，肿瘤内部的氧气浓度往往呈线性梯度。然而，大多数体外的肿瘤培养模型忽略了这种缺氧微环境，而部分模型如通过设计缺氧小室、厌氧培养箱，或在细胞培养基中加入能够吸收氧气的物质如连二亚硫酸钠、氯化钴亚硫酸钠等，虽然可以使肿瘤细胞保持在缺氧状态，但是并不能形成稳定的氧气梯度，因此建立的体外模型并不准确。

微流控技术具有集成化、设计灵活、高通量、样品消耗低等特点，同时，常用于制造芯片的PDMS材料具有良好的透气性，高透明度以及良好的生物兼容性，因此被广泛应用于细胞生物学以及医学领域。此外，微流控技术能够地精确控制外界理化参数，并通过设计对细胞进行图案化培养，更加接近体内肿瘤的真实空间排布，从而建立更加精确的体外肿瘤模型。目前，已有基于微流控技术而产生氧气浓度梯度从而模拟体外肿瘤缺氧微环境的报道。但目前多数微流控芯片需要使用笨重的气体钢瓶产生氧气梯度，或者制造复杂的多层芯片进行操作；并且大多数缺氧芯片在芯片中仅培养肿瘤细胞，而忽略了在肿瘤微环境中起到关键作用的基质细胞。

因此，有必要在微流控芯片中将氧气梯度与细胞共培养技术相结合，建立更为贴近肿瘤微环境的体外培养模型。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题是，提供一种可实现氧气浓度梯度及细胞共培养微流控芯片。本发明要解决的另一个技术问题是，提供该微流控芯片的应用。

本发明的技术方案是，一种可实现氧气梯度的细胞共培养微流控芯片，所述微流控芯片包括产生氧气梯度的缺氧通道1和设置在所述缺氧通道1一侧的细胞培养单元2；

所述缺氧通道1包括两个液体入口3和一个液体出口4，两个液体入口汇成一条管道与缺氧通道的主管道连通；

所述细胞培养单元2包括若干条平行设置的平行通道，平行通道由若干条微柱阵列间隔形成；所述平行通道两端通过必要的管道各连有一个储液池6。

缺氧通道有两个液体入口3，一个液体出口4，通过液体混合产生的化学反应吸收通道中的氧气；即一个平行通道带有两个储液池。平行通道与储液池连通的管道，相对于平行通道，呈一定角度折叠设置。

根据本发明的一种可实现氧气梯度的细胞共培养微流控芯片，优选的是，所述细胞培养单元2的平行通道为4-6个；所述微柱阵列中的微柱，其横截面为多边形。

进一步地，微柱阵列的横截面为正多边形。更进一步的，为正六边形。

根据本发明的一种可实现氧气梯度的细胞共培养微流控芯片，优选的是，所述芯片的材料为PDMS，芯片高度为80-120μm。

根据本发明的一种可实现氧气梯度的细胞共培养微流控芯片，优选的是，所述缺氧通道中，液体入口与缺氧通道的主管道间设有S型折叠缓冲管道区域。其作用是促进液体充分混合。