[发明专利]一种高通量器官芯片及其应用

说明书

本申请涉及一种高通量器官芯片及其应用。芯片包括：多个培养模块；单个培养模块包括：第一培养层、第二培养层、多孔隔膜层和电极层；第一培养层为开放式培养层；第二培养层为封闭式培养层；第一培养层设置有细胞培养孔和至少两个流体孔；细胞培养孔和流体孔相邻设置；第二培养层设置有细胞培养流道；细胞培养流道与流体孔相连通；多孔隔膜层设置于细胞培养流道和细胞培养孔之间；电极层设置于所述第二培养层远离所述第一培养层的一侧。本申请的器官芯片便于实施自动化操作；也可通过将可插入式电极棒浸入细胞培养孔，然后和电极层分别与电化学工作站相连，进而能够进行屏障结构跨膜电阻测量，为生理病理模型研究和药物评价提供有效的实验数据。

技术领域

本申请涉及微流控器官芯片技术领域，特别涉及一种高通量器官芯片及其应用。

背景技术

器官芯片为微流控器官芯片的简称，是一种三维细胞培养装置，包括相应器官周边的细胞，分泌物和物理力组成的微环境。与传统的药物筛选模型相比，器官芯片更能模拟真实器官的功能，而且避免了动物模型存在的种属差异问题。

目前，尽管很多器官芯片能实现具有多个培养单元的高通量结构，但实验时还是依靠手工进样和采样，因为封闭的芯片结构只有出入口和外界相通，难以与现有的自动化装置兼容。此外，对于上皮或内皮屏障功能的研究，跨膜电阻是一个重要功能指标，但是现在的测量方法都存在一定的问题。对于没有集成电极结构的芯片，测量电极在芯片出入口施加，远离上皮或内皮屏障所在的位置，造成测量精确度不高。而集成电极结构的芯片，芯片结构是封闭的，无法进行自动化加样和采样。因此，需要提供一种新型的器官芯片，以解决现有技术中存在的技术问题。

发明内容

为了解决现有技术的问题，本申请提供了一种高通量器官芯片及其应用。技术方案如下：

一方面，提供了一种高通量器官芯片，所述芯片包括：多个培养模块；

单个培养模块包括：第一培养层、第二培养层、多孔隔膜层和电极层；

所述第一培养层为开放式培养层；

所述第二培养层为封闭式培养层；

所述第一培养层设置有细胞培养孔和至少两个流体孔；所述细胞培养孔和所述流体孔相邻设置；

所述第二培养层设置有细胞培养流道；

所述细胞培养流道与所述流体孔相连通；

所述多孔隔膜层设置于所述细胞培养流道和所述细胞培养孔之间；

所述电极层设置于所述第二培养层远离所述第一培养层的一侧。

进一步地，所述多孔隔膜层的材料包括聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚二甲基硅氧烷、聚碳酸酯和玻璃中的至少一种；

所述多孔隔膜层的孔径为0.4um～3um。

进一步地，所述电极层上设置有电极结构；所述电极结构为两圈环形结构；所述电极结构的一端设置于所述细胞培养流道处；所述电极结构与所述细胞培养流道内的液体相接触；在进行跨膜电阻的测量的情况下，所述电极结构与所述细胞培养孔内插入的电极配合。

进一步地，所述细胞培养孔用于培养类器官、细胞球状体或单层贴壁细胞中的至少一种，以及储存细胞培养基或药物稀释液。

进一步地，所述细胞培养流道用于静态培养或动态培养上皮或内皮屏障细胞构成的生物屏障细胞层；

所述动态培养为基于目标对象的血液流动的参数设置所述细胞培养流道内流体的参数；在动态培养时，所述流体孔与蠕动泵或注射泵连接，所述蠕动泵或所述注射泵控制细胞培养流道中溶液的流速。

进一步地，所述器官芯片中包括多个阵列排布的培养模块。

进一步地，所述细胞培养孔的孔径为5～20mm；