[发明专利]基于增材制造的多级流道血管芯片

说明书

本发明公开了仿生芯片领域的基于增材制造的多级流道血管芯片，包括基底和位于基底表面的双层血管通道，所述双层血管通道包括用于循环通入静脉内表皮细胞的入口和出口，入口和出口之间带有截流收缩部，所述截流收缩部包括围成矩形矩阵的弹性凸点，所述弹性凸点的半径大于弹性凸点的间距。本技术方案根据颅骨毛细血管的特征设计血管芯片结构，从而实施支架与HUVECs体外培养，分析血管形成机理，降低了器官体外培养的成本，提出具有板障静脉特征的血管嵌入式支架的创新设计理念，并结合动态灌流的体外培养更好地揭示血管形成过程，为骨组织的再生提供新途径。

技术领域

本发明属于仿生芯片领域，具体是基于增材制造的多级流道血管芯片。

背景技术

微流控芯片又称芯片实验室，是一种在微小的体积内以微通道形成网络，在微米、纳米尺度上对流体进行操控为主要特征的科学技术。利用此技术，可以实现化学和生物学等领域中所涉及的样品制备、反应、分离、检测；细胞培养、分选、裂解等基本操作。由于具有微小、灵活、规模集成和成本低等优点，目前己广泛运用于物理、化学、电子工程学、生物、医学、纳米科学等众多领域。

血管系统是由动脉、静脉和毛细血管组成的封闭网络。血液循环是人体进行气体交换和大规模营养输送的的关键要素，在维持人体内环境稳态中起着至关重要的作用。血管芯片的构建常规地有两种思路1、利用常规方法人为的在芯片内设计各种微通道，利用微通道将内皮细胞接种在通道的内壁上，这种方法的好处在于微通道是预先设定的，可根据需求自由的设定；2、通过将内皮细胞等包裹在凝胶等生物材料中，内皮细胞自发的形成和重建网络，这种方法形成的微血管更为接近体内血管的发育状态，但影响因素微流控仿生肝血窦芯片的构建及功能研究。上述两种方法各有优劣，但是在实际应用过程中血管网络构建成固态无法仿真血管的收缩过程。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的是因此本发明拟用现有的3D打印构建体外血管，利用同心管的方法等打印含有细胞的生物墨水，并迅速交联形成管状结构，并通过设计血管通道仿真血管的收缩过程。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：基于增材制造的多级流道血管芯片包括基底和位于基底表面的双层血管通道，所述双层血管通道包括用于循环通入静脉内表皮细胞的入口和出口，入口和出口之间带有截流收缩部，所述截流收缩部包括围成矩形矩阵的弹性凸点，所述弹性凸点的半径大于弹性凸点的间距。

采用上述方案后实现了以下有益效果：1、本技术方案根据颅骨毛细血管的特征设计血管芯片结构，从而实施支架与HUVECs体外培养，分析血管形成机理，降低了器官体外培养的成本，提出具有板障静脉特征的血管嵌入式支架的创新设计理念，并结合动态灌流的体外培养更好地揭示血管形成过程，为骨组织的再生提供新途径。

2、相对于采用体外培养的现有技术，本技术方案中利用灌流中液体的流动液压和剪应力调控血管渗透性，促进血管内皮细胞增殖、迁移，抑制细胞凋亡，同时流剪应力会引起HUVECs伸长，且随着灌流时间的增长而增大，利于生成顺应性更好的血管结构。

3、相对于采用血管结构生成的现有技术，本技术方案中通过弹性凸点实现培养基质和培养细胞的截获，截获原理如下，当流体经过弹性凸点时，外侧的弹性凸点受到流体(培养基或细胞液)的压力时进行产生偏折和挤压，此时由于弹性凸点围成矩形矩阵，因此弹性凸点的最少数量为4，外侧的弹性凸点受液压作用向内侧弹性凸点靠拢，因此产生收缩效果，同时弹性凸点的设计压缩了当前位置的空间，当空间降低(容积降低)此处的液压升高，从而液体流速加快，并且矩阵的中心处产生负压吸引力，容易捕获HUVECs和培养基质加快血管的生成，降低血管生成时间，同时在后续灌流操作中可以添加药物，以矩阵处为靶细胞，观测芯片中不同靶点对药物的吸收作用及药物浓度变化情况。

4、相对于便于捕获细胞的现有技术，本技术方案中通过设计双层血管通道，并且不同层的血管通道液体流向不同，促使不同层面矩阵中心变化情况相反，模拟血管的扩张与收束同时扩张过程中便于捕获细胞的延展(血管延展)。