[发明专利]一种基于微流控技术构建的骨组织仿生芯片及其应用

说明书

本发明公开了一种基于微流控芯片技术构建的骨组织仿生芯片及其应用，属于微流控芯片领域。该微流控芯片主要由上下八个细胞培养腔室，进出样口和微流控液体通道构成。该方法主要有以下步骤：1)芯片键合；2)芯片基质胶包被；3)芯片细胞接种及培养；4)芯片血管屏障及骨组织的功能评价。本发明的一种微流控芯片有八个腔室，上、下流体可在分隔的八个腔室的多孔膜上发生物质交换，从而模拟骨组织中血管屏障的破坏及细胞迁移，同时还可以模拟骨组织的形成和吸收，应用于细胞共培养、构建细胞屏障、细胞迁移等研究。

技术领域

本发明涉及一种仿生芯片，具体涉及一种基于微流控芯片技术构建的骨组织仿生芯片及其应用。

背景技术

骨是一种具有多种功能的复杂组织，可以在运动过程中提供机械稳定性，支持和保护软组织，储存钙磷维持体内矿物质的平衡，并为骨髓和造血细胞的发育提供微环境，在生物化学或机械信号作用下，不断进行骨重塑，更新损伤或老旧的骨组织，以维持骨骼的健康。骨吸收与骨形成的平衡一旦破坏，就会导致骨疾病的发生，例如，代谢性骨病、炎性骨病和癌症骨转移等骨组织疾病会造成骨组织微结构破坏，以及骨质量和骨密度变化。骨也是高度血管化的组织，血液微循环不仅可以提供营养和氧气、废物清除、输送矿化过程中必不可少的钙和磷酸盐，在炎症刺激后白细胞迁移和癌症骨转移中也发挥着重要作用。目前，体外建立骨组织生理或病理模型是相关机制研究的前提和基础，然而，现有研究手段主要依赖于孔板和动物实验，这种方式与体内细胞所处的三维微环境完全不同，也难以反映体内骨组织的多细胞空间排列以及血液流动等复杂的三维组织结构与周围微环境。

微流控芯片具有体积小、高通量、低消耗的特点，已经在生物医学研究领域得到广泛的应用。三维细胞培养微流控平台可以在体外调控化学物质的浓度梯度、模拟机械微环境以及血液灌流、建立组织-组织界面研究细胞间的相互作用，从而构建组织和器官水平的整合功能单位，这些都是传统二维或三维细胞培养系统所无法实现的。与此同时，微流控技术还能实现高分辨率的实时成像，并在体外进行功能性组织和器官环境中细胞的生化、遗传和代谢活动的体外分析，该技术在促进组织发育、器官生理学和疾病病因学的研究方面亦具有巨大潜力。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于微流控芯片技术构建的骨组织仿生芯片及其应用，该芯片具有接近体内骨组织细胞和基质组成和排布的特点。该芯片可以实现多种细胞的体外共培养，对免疫细胞释放细胞因子及进一步影响血管内皮细胞和成骨细胞生物学行为和机制进行动态监测及研究，并用于筛选药物和分析药效，为骨相关疾病提供了体外研究平台。

为了实现上述发明目的，解决已有技术中所存在的问题，本发明提供了一种基于微流控芯片技术构建的骨组织仿生芯片，从上到下依次包括上层基片、多孔膜和下层基片，所述上层基板上设有进液口a、出液口a、进液口c和出液口c，所述进液口a与所述出液口a之间设有培养模块a，所述培养模块a包括进液微通道a、培养腔室a和出液微通道a，所述进液微通道a一端与所述进液口a相连，所述进液微通道a的另一端与所述培养腔室a的一侧相连，所述培养腔室a的另一侧与所述出液微通道a的一端相连，所述出液微通道a的另一端与出液口a相连；

所述下层基板上设有培养模块b，所述培养模块b包括：进液口b、进液微通道b、培养腔室b、出液微通道b和出液口b；所述进液微通道b的一端与所述进液口b相连，所述进液微通道b的另一端与所述培养腔室b的一侧相连，所述培养腔室b的另一侧与所述出液微通道b的一端相连，所述出液微通道b的另一端与所述出液口b相连；

所述培养模块a的数量为(2+2N)个，N为自然数，所述进液口a和所述出液口a相连形成直线A，所述直线A两侧的所述培养模块a的数量相同且以直线A为对称轴对称分布。

进一步地，上述技术方案中，所述培养模块b的数量与所述培养模块a的数量相同，所述培养模块b的位置与所述培养模块a的位置在竖直方向相对应设置。