[發明專利]一種能同時施加力學刺激和化學刺激的微流控裝置

有效

• 申請號: 201310109627.6
• 申請日: 2013-03-29
• 公開（公告）號: CN103215185A
• 公開（公告）日: 2013-07-24
• 發明（設計）人: 蔣興宇;姜博;鄭文富;張偉
• 申請（專利權）人: 國家納米科學中心
• 主分類號: C12M3/00
• 分類號: C12M3/00
• 代理公司: 北京品源專利代理有限公司 11332
• 代理人: 胡彬

技術領域

本發明涉及一種用于能同時施加力學刺激和化學刺激的微流控芯片和具有該芯片的微流控裝置，具體用于體外模擬動脈粥樣硬化。

背景技術

現有微流控技術是在微管道中控制氣體和流體的技術。這種技術操作簡單并且能夠很容易地與常用的各種生物化學分析方法結合，因而被廣泛地應用到生物化學分析中。動脈粥樣硬化，是最常見的和最具有危害性的疾病，是動脈硬化的一種，大、中動脈內膜出現含膽固醇、類脂肪等的黃色物質，多由脂肪代謝紊亂、神經血管功能失調引起。常導致血栓形成、供血障礙等。動脈粥樣硬化多見于40歲以上的男性和絕經期后的女性。本病常伴有高血壓、高膽固醇血癥或糖尿病等。這種病是發生于血管中的一種由血管內皮細胞功能失調而引起的疾病。血管內皮細胞在體內所處的微環境主要包括物理刺激和化學刺激兩方面，物理刺激主要是由血液流動引起的流體剪切力和由心臟跳動引起的周期性的拉伸；化學刺激主要是血液中的葡萄糖、膽固醇等以及各種細胞因子。這些因素共同作用導致血管內皮細胞產生各種病理變化。因此要研究動脈粥樣硬化這種由血管內皮細胞功能失調引起的疾病、需要建立一個簡單有效的能夠結合上述所有因素的模型。現有的研究模型可以概括為三類，分別專注于拉伸、流體剪切力和化學刺激條件的控制。目前并沒有簡單而有效地將三種條件結合于一體的研究模型。

中國專利申請(申請號為201110404504.6和201110404620.8)涉及一種動脈血管模擬微流控裝置及其應用，主要是在微流控芯片上實現了對細胞的長期力學刺激，但沒有涉及到將化學刺激引入芯片中，從而模擬例如動脈粥樣硬化這種化學和力學刺激共同作用在血管內皮細胞上從而引發的疾病。另外，在芯片的設計上，上述兩項申請中芯片中薄膜的拉伸表現為單方向的拉伸，在拉伸的同時垂直拉伸方向的薄膜仍會有3%的輕微形變。

本發明除了在芯片中同時引入化學刺激和物理刺激以外，與上述現有技術相比有一下三個方面的明顯不同之處：1.負壓發生模塊凹槽F部分沒有形成聯通的回路，如此設計可以確保通道中接種的細胞所承受的拉伸為單軸拉伸；2.氣動室在與兩條窄溝槽F1平行的中軸線上，并通過兩條通道分別與兩條窄溝槽F2聯通，如此設計可以確保細胞受到的來自管道F2兩側的拉伸力相等；3，微流通道模塊的管道更窄，如此設計可以減少管道中細胞的數量，減少管道中間的細胞與管道兩側的距離，使每個細胞承受的拉伸力更均一。

發明內容

本發明的目的在于提出本發明目的在于構建體外模擬動脈粥樣硬化的微流控裝置，可以模擬血管中物理刺激和化學刺激對血管內皮細胞的影響，從而對動脈粥樣硬化發生發展進行研究，并可進一步進行藥物篩選和探索治療方法。

為達此目的，本發明采用以下技術方案：

一種微流控芯片，用于同時施加力學刺激和化學刺激，優選用于體外模擬動脈粥樣硬化，其特征在于：所述微流控芯片包括透明的微流通道模塊和與其相適配的透明的負壓產生模塊，所述微流通道模塊底部和負壓產生模塊頂部通過彈性膜相粘合，所述微流控芯片是所述微流通道模塊、所述彈性膜、所述負壓產生模塊的整合體，所述微流通道模塊用于流體流動，所述負壓產生模塊用于產生使彈性膜發生形變的負壓。

進一步的，所述微流通道模塊頂部設有流體出口和流體入口以及貫通孔，所述流體出口和流體入口分別連接于所述微流通道，所述微流通道設于所述微流通道模塊底部。

進一步的，所述負壓產生模塊頂部設有負壓凹槽和氣動室，所述氣動室和所述微流通道模塊上的所述貫通孔對準，并且所述氣動室與所述負壓凹槽相連。

進一步的，所述微流通道模塊、負壓產生模塊和彈性膜均由聚二甲基硅氧烷（PDMS）材料制成。

進一步的，所述負壓產生模塊和所述彈性膜之間填充有液體潤滑劑。

進一步的，所述流體出口和流體入口以及貫通孔均為圓形孔。

進一步的，所述負壓產生模塊的氣動室呈圓柱形空腔狀。

進一步的，所述彈性膜在與所述微流通道模塊的所述貫通孔和所述負壓產生模塊的所述氣動室相對的對應位置打孔，以使所述負壓產生模塊的所述負壓凹槽和所述氣動室通過所述貫通孔與外界相通。

進一步的，所述負壓凹槽包括對稱設置的兩個彎折形狀的管道和兩條平行的窄溝槽，氣動室E在與兩條窄溝槽平行的中軸線上，其中每條所述管道一端連接所述氣動室，另一端連接一條所述窄溝槽的中部。