[發明專利]一種基于硝酸纖維素基底膜的微流控腸芯片及其應用

在審

• 申請號: 201711214625.8
• 申請日: 2017-11-28
• 公開（公告）號: CN109837237A
• 公開（公告）日: 2019-06-04
• 發明（設計）人: 秦建華;郭雅瓊;李中玉
• 申請（專利權）人: 中國科學院大連化學物理研究所
• 主分類號: C12N5/071
• 分類號: C12N5/071
• 代理公司: 沈陽晨創科技專利代理有限責任公司 21001
• 代理人: 鄭虹

本發明提供一種基于硝酸纖維素基底膜的微流控腸芯片及其應用，所述微流控芯片主要由頂層通道芯片、硝酸纖維素膜、底層支撐芯片組成。頂層芯片包含流體通道，培養基通過流體通道為細胞提供營養物質交換和細胞代謝廢物運輸，中層為硝酸纖維素膜，纖維素膜經過膠原修飾，為細胞生長提供基質，下層為無結構的支撐層，為硝酸纖維素膜提供支撐。本發明首次將硝酸纖維素膜集成到灌流芯片中，可以用于人體腸模型的體外構建及藥物腸代謝的評價。本發明解決了腸細胞分化耗時長的問題，添加流動條件，更符合體內真實環境，而且顯著降低了細胞和試劑消耗量。

技術領域

本發明主要涉及微流控芯片技術領域，特別提供了一種基于硝酸纖維素基底膜的微流控腸芯片。

背景技術

微流控芯片實驗室作為本世紀一項重要的科學技術已經在包括化學、生物學、醫學等多個領域展現了其獨特的優勢，更因其同細胞尺寸匹配、環境同生理環境相近、傳熱傳質快、通量高可以集成等特點而成為新一代細胞研究的重要平臺，隨著近二十年的發展，基于微流控芯片系統的細胞研究已經有所突破，而其中一個重大研究方向就是器官芯片，器官芯片是采用微流控技術，把人體不同器官的細胞在芯片上構建人體組織，模擬人體環境。由于能夠極高程度地模擬真正的人體，器官芯片可用于藥物測試，幫助人們更好地了解和處理疾病，如果藥物研發機構直接使用“器官芯片”進行測試就可以省去動物實驗步驟，節省大量的時間和金錢，還避免了許多動物保護方面的道德問題。器官芯片已經被證明非常適合細胞的生長和分化。另外芯片內的三維微環境比傳統的平面培養更符合人體內的情況，所以在具有很大的應用前景。

硝酸纖維素膜是最商業化的微孔濾膜，對蛋白質等大分子具有很強的特異性吸附能力，常用于分子雜交、免疫印跡等實驗中，但是目前也有一些研究使用其作為細胞培養支持介質，硝酸纖維素膜顯示出具有良好的濕態強度，理化穩定性，和良好的細胞相容性。并且膜表面為海綿狀微觀表面，有利于細胞黏附、生長和增殖，展示出其在細胞培養領域的應用潛力。

本發明采用硝酸纖維素膜為細胞提供三維環境，可有效促進細胞的貼附和生長，并且培養過程中通入流體，可以提供良好的物質交換和流體剪切力刺激，所以本芯片能夠提供與在體組織類似的微環境，使腸上皮細胞的生長更接近體內三維生長模式，從而發揮其對外源物質吸收轉運代謝的生理功能。此模型在評價藥物在腸上皮的吸收和藥物代謝方面具有巨大的應用潛力。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于硝酸纖維素基底膜的微流控腸芯片及其應用。

本發明提供了一種基于硝酸纖維素基底膜的微流控腸芯片，該微流控芯片主要由頂層通道層、硝酸纖維素膜夾層、底層無結構層組成；所述硝酸纖維素膜夾層以PDMS膠水封在頂層通道層和底層無結構層之間。

所述微流控芯片硝酸纖維素膜夾層的硝酸纖維素膜孔徑為0.4-8um。

所述的微流控腸芯片頂層通道層由進液口、通道、細胞培養室、出液口組成，所述細胞培養室通過通道與進液口和出口連接，在進液口可以通入流體培養基，為細胞的生長提供流體環境和良好的物質交換。該微流控芯片主要頂層通道層可集成多個通道，構成平行組，進行高通量的實驗。

本發明中一種基于硝酸纖維素基底膜的微流控腸芯片的制備方法，使用的微流控腸芯片采用軟刻蝕技術制作，先以SU8光刻膠制作模板，再使用PDMS 倒模，硝酸纖維素膜以PDMS膠水封在兩層PDMS之間后，將芯片置于80℃烘箱使PDMS膠水固化。所述PDMS：引發劑體積比為5-15:1。

其中硝酸纖維素膜作為細胞生長基底，具有良好的濕態強度，理化穩定性，且具有良好的細胞相容性。如圖4所示，膜表面為海綿狀微觀表面有利于細胞黏附、生長和增殖，同時有利于細胞分化。

一種基于硝酸纖維素基底膜的微流控腸芯片的應用，所述的微流控腸芯片用于進行腸細胞的培養，具體步驟為：