[发明专利]具有多级肺泡管结构的多层微流控器官芯片及其制作方法

说明书

本发明公开了一种具有多级肺泡管结构的多层微流控器官芯片及其制作方法。该肺器官芯片主要包括三部分：微流管道芯片层，中间薄膜芯片层和压力腔室芯片层；其中微流管道芯片层和压力腔室芯片层位于中间薄膜芯片层的上下两侧。本发明用于研究人体呼吸道内呼吸道肺泡区的流体流动特性和气溶胶沉积规律，装置运行原理简单，可精确控制进入上层微流管道的入口流体流速，提高研究的准确性。

技术领域

本发明属于微流控器官芯片领域，具体涉及一种具有多级肺泡管结构的多层微流控器官芯片及其制作方法。

背景技术

人类的生存与大气息息相关。近些年来随着经济的发展，大气环境质量逐渐恶化。空气污染引发的雾霾不仅对人体有极大危害，也会危害环境保护和城市的可持续发展。研究发现，大气中的PM_2.5有可能大大增加人患上各种呼吸系统疾病的概率。研究人体肺部深处的复杂流动和微纳米粒子的运输规律，可以帮助我们更好地理解环境中的有害气溶胶对人体的侵害过程以及气溶胶药物在肺部的传输机理。

目前，肺泡实验模型主要有两种：放大肺泡实验模型和真实尺寸实验模型。其中，放大肺泡模型按比例对结构放大，方便显示流动和测量，但放大模型的结构都比较简单，如只研究了单个肺泡或者用环形近似的肺泡，故而无法在真实尺度上重现肺泡呼吸流动重要的特征。真实尺寸实验模型则主要利用微流控芯片加工制成。目前已有研究人员分别设计了单级肺泡管模型和多级肺泡管模型。但上述单级肺泡管模型无法真实地揭示流体和颗粒运输的系统性，而多级肺泡管模型所设计的结构在尺寸上与人体真实情况符合不好，整体研究不准确。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种具有多级肺泡管结构的多层微流控器官芯片及其制作方法。本发明原理简单，操作方便，可反复使用。多级肺泡气管树结构可以重现流体和颗粒运输的系统性，通道尺寸按照人体内肺泡管树状结构设计，有助于提高研究准确性。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种具有多级肺泡管结构的多层微流控器官芯片，包括：

微流管道芯片层，其包括流体主通道、模拟多级肺泡管结构微通道、过渡微通道及肺泡囊结构和微流管道流体出入通道，所述流体主通道、所述模拟多级肺泡管结构微通道和所述过渡微通道及肺泡囊结构内部均连通，所述流体主通道包括流体主通道出入口，所述模拟多级肺泡管结构微通道的侧壁上具有若干尺寸和结构各异的肺泡结构，所述过渡微通道及肺泡囊结构包括末端肺泡囊过渡微通道和末端肺泡囊结构；

压力腔室芯片层；其微流通道包括压力腔室，所述压力腔室上设有压力腔室流体出入通道，所述压力腔室中设有防腔室塌陷支撑结构；

中间薄膜芯片层，其为可变形的单层弹性薄膜且设有中间薄膜流体出入通道，所述中间薄膜流体出入通道与相对应位置的所述微流管道芯片层的微流管道流体出入通道以及所述压力腔室芯片层的压力腔室流体出入通道连通；以及

所述微流管道芯片层、所述中间薄膜芯片层和所述压力腔室芯片层按从上至下顺序依次装配连接。

进一步地，所述微流管道芯片层的流体主通道为长方形截面管道，所述流体主通道长度为10mm且垂直于流体流向的截面尺寸为667μm×400μm。

进一步地，所述微流管道芯片层的模拟多级肺泡管具有五级树状管路结构，各级均为长方形截面管道，其中，第一级肺泡管与所述流体主通道连通；

在各级肺泡管末端按一定角度延伸分叉为对称的两个次级肺泡管，五级整体形成树状结构；

第一级肺泡管至第二级肺泡管的分叉角度为120°；第二级肺泡管至第三级肺泡管的分叉角度为80°；第三级肺泡管至第四级肺泡管的分叉角度为60°；第四级肺泡管至第五级肺泡管的分叉角度为60°；