[發明專利]一種集成微流控神經網絡芯片及仿生實現方法

有效

• 申請號: 201810344376.2
• 申請日: 2018-04-17
• 公開（公告）號: CN108537333B
• 公開（公告）日: 2020-10-16
• 發明（設計）人: 劉文明
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: G06N3/063
• 分類號: G06N3/063;G06N3/06
• 代理公司: 長沙市融智專利事務所(普通合伙) 43114
• 代理人: 龔燕妮

1.一種集成微流控神經網絡芯片，其特征在于：包括流動層和控制層；

其中，所述流動層設有微腔陣列、連接管道網絡、兩組傳輸管道網絡以及出入口；

所述微腔陣列設有n組微腔，每組微腔設有m列微腔，每列微腔設有3個以上微腔，所述連接管道網絡的管道連通相鄰微腔，所述兩組傳輸管道網絡分別位于所述微腔陣列上下端并與微腔陣列連通，每組傳輸管道網絡包括一個出入口傳輸管道以及與出入口傳輸管道連通的Q個微腔傳輸管道，每組微腔的上下端均至少與一個微腔傳輸管道連通，每個出入口傳輸管道連接至少一個入口和至少一個出口，所述出入口傳輸管道為橫向，左右兩端分別連接出口和入口，上端的出入口傳輸管道與所述微腔陣列上端的所有微腔傳輸管道上端口連通，下端的出入口傳輸管道與所述微腔陣列下端的所有微腔傳輸管道下端口連通；

其中，每組微腔的上下端均連通一個微腔傳輸管道，每組傳輸管道網絡中微腔傳輸管道的數量Q等于n，每個微腔傳輸管道上設有m個管道細分支，每個管道細分支連通一組微腔中的一列微腔；

所述控制層包括傳輸閥、連接閥、進氣管道以及進氣入口，不同組的傳輸閥和連接閥均通過不同進氣管道連通不同進氣入口；

其中，連接閥設于相鄰兩組微腔之間的連接管道正下方，每個微腔傳輸管道以及兩個出入口傳輸管道正下方均對應設有至少一個所述傳輸閥，所述兩個出入口傳輸管道對應的傳輸閥分別位于出口側、入口側；在任意兩組微腔之間，與任一組微腔連通的每個微腔傳輸管道上的傳輸閥中至少存在一個傳輸閥與另一組微腔的微腔傳輸管道上的每個傳輸閥均不處于同一組傳輸閥中；

所述微腔和所述傳輸管道網絡中傳輸管道的高度均為15-100μm，所述連接管道網絡中管道的高度為1-10μm，所述傳輸閥和連接閥的管道高度為20-50μm。

2.根據權利要求1所述的芯片，其特征在于：相鄰兩組微腔之間的所有連接閥構成一組連接閥，所述連接閥的組數為n-1，每組連接閥通過一個進氣管道與一個進氣入口連通。

3.根據權利要求1所述的芯片，其特征在于：所述微腔陣列中微腔組數n的取值范圍為：[3，10]，每組微腔的列數m的取值范圍為：[1，6]。

4.根據權利要求1所述的芯片，其特征在于：所述控制層中傳輸閥的組數的取值范圍為[5，10]，每組傳輸閥上傳輸閥的數量的取值范圍為[1，5]。

5.一種應用權利要求1-4任一項所述芯片的仿生實現方法，其特征在于：包括如下步驟：

S1：開啟兩個出入口傳輸管道上對應的傳輸閥，關閉所有連接閥以及微腔傳輸管道對應的傳輸閥；

S2：注入含細胞黏附物的溶液，使含細胞黏附物的溶液進入微腔陣列以完成對微腔內表面進行細胞黏附修飾；

其中，含細胞黏附物的溶液的流速的取值范圍為[3，25]μL/min；

S3：再灌注新鮮細胞培養液，清洗微腔；

S4：灌注神經細胞懸液，使神經細胞進入不同陣列組的微腔，并黏附于微腔內表面；

其中，神經細胞懸液的細胞密度的取值范圍為[2×10⁵-1×10⁷]個/mL；

S5：開啟微腔傳輸管道對應的所有傳輸閥，關閉兩個出入口傳輸管道上對應的傳輸閥，再灌注新鮮細胞培養液，清洗管道，實現神經細胞的定位接種。

6.根據權利要求5所述的方法，其特征在于：還包括執行步驟S6-S7以完成神經網絡仿生構建；

S6：開啟兩個出入口傳輸管道上對應的傳輸閥，并關閉所有連接閥以及微腔傳輸管道對應的傳輸閥；

S7：灌注新鮮細胞培養液，進行5-30天的細胞培養，使神經細胞突起生成并與其他神經細胞相互連接，形成神經網絡以實現神經網絡仿生構建。