[發明專利]可在高倍物鏡下直接觀測的動脈血管模擬微流控裝置

有效

• 申請號: 201410054147.9
• 申請日: 2014-02-18
• 公開（公告）號: CN103805511A
• 公開（公告）日: 2014-05-21
• 發明（設計）人: 蔣興宇;黃蓉;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;C12M1/00;G01N33/68
• 代理公司: 北京品源專利代理有限公司 11332
• 代理人: 鞏克棟

技術領域

本發明涉及生物醫藥技術領域，尤其涉及一種可在高倍物鏡下直接觀測的動脈血管模擬微流控裝置。

背景技術

異常血流動力學因素是導致心腦血管疾病的關鍵危險因子之一，但其作用機理尚不清楚，而傳統研究方法的局限性阻礙了相關研究進展。近年來，血管體外研究模型的建立和應用大大促進了相關研究的進展。

血管的血流動力學體外研究模型可以根據它們模擬血液流經血管時產生力學刺激的種類分為三類，即流體剪切力模型、牽張應力模型、流體剪切力和牽張應力共同作用模型。流體剪切力模型主要是采用層流板，液體通過開口于兩側的液體進口和出口對種植在基底的細胞施加流體剪切應力；而牽張應力模型則通過彈性膜或板的形變對粘附在上面的細胞施加機械拉伸刺激。前兩種模型可以探討細胞在單一力學刺激情況下的行為變化，然而，細胞所處的生物體內是一個有著多種力學刺激的復雜環境，一個更接近體內環境的心血管系統體外研究模型必須考慮多種力學刺激對細胞的作用。

近年來，隨著微流控技術的發展，人們設計和制作了各種模擬體內模型的微流控裝置：

Zhang等人（Zhang?Q,Liu?T,Qin?J.(2012)A?microfluidic-based?device?for?study?of?transendothelial?invasion?of?tumor?aggregates?in?realtime.Lab?Chip.Aug21;12(16):2837-42）通過微流控技術體外重構了生物血管的一些重要組分，包括血管腔、內皮層、含有趨化因子的血管周圍基質，用來研究癌細胞聚集體的粘附和穿透內皮層入侵過程，但是該裝置沒有很好地模擬體內的動力學環境。

Srigunapalan等人（Srigunapalan?S,Lam?C,Wheeler?AR,Simmons?CA.(2011)A?microfluidic?membrane?device?to?mimic?critical?components?of?the?vascular?microenvironment.Biomicrofluidics.5(1):13409.）制作了一個由兩個PDMS通道和中間一個多孔的PET膜組成的裝置，該裝置能夠體外重構血管微環境的關鍵組分，包括血液動力學的剪切應力、循環細胞因子、胞外基質蛋白和多種細胞之間的相互作用，可以用來在模擬自然的和組織工程血管的環境中研究多種細胞基質以及細胞-細胞之間的相互作用。

Chen等人（Chen?MB,Srigunapalan?S,Wheeler?AR,Simmons?CA.(2013)A3D?microfluidic?platform?incorporating?methacrylated?gelatin?hydrogels?to?study?physiological?cardiovascular?cell-cell?interactions.Lab?Chip.Jul7;13(13):2591-8.）構建的裝置可以用于血管動力學、瓣膜生物學研究以及血管疾病的藥物篩選等研究，該裝置的關鍵特征包括多種細胞生理相關的空間排列、內皮單細胞層上的流體作用、在保持細胞劃分的基礎上允許不同細胞之間的相互作用、gel-MA水凝膠作為生理相關的內皮下3D基質維持細胞的長期培養。但是這兩個裝置在研究過程中只能提供血液動力學的剪切應力，無法模擬體內血管的機械拉伸力。

Moore等人（Moore,J.E.,Burki,E.,Suciu,A.,Zhao,S.M.,Burnier,M.,Brunner,H.R.and?Meister,J.J.(1994)A?Device?for?Subjecting?Vascular?Endothelial-Cells?to?Both?Fluid?Shear-Stress?and?Circumferential?Cyclic?Stretch.Ann?Biomed?Eng.22,416-422）設計的裝置可以對細胞同時施加流體剪切力和拉伸力刺激。方法是將細胞種植在硅膠管內表面，在硅膠管的進口輸入液體，液流流過細胞表面，對細胞產生流體剪切力，同時，液流產生的壓力可以將硅膠管撐開，對細胞產生機械拉伸力。該裝置的特點是可以模擬血管的搏動的動態過程，但是該裝置無法對該過程中的細胞進行實時觀測和干預。