【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
【國(guó)外來(lái)華專利技術(shù)】
本專利技術(shù)總體上涉及細(xì)胞培養(yǎng)裝置，更具體地說(shuō)，涉及微流體細(xì)胞培養(yǎng)裝置及其制造方法。
技術(shù)介紹
1、器官芯片(organs-on-chip)或微生理系統(tǒng)是迎合重建人類或動(dòng)物器官的生理相關(guān)微環(huán)境的需要的一類微流體平臺(tái)，可用作疾病研究和藥物開(kāi)發(fā)應(yīng)用的體外模型。該芯片包含用于引導(dǎo)和操縱微小體積溶液的微通道，通常可以作為人類生理和疾病的有效模擬。這些芯片可用于體外對(duì)生物細(xì)胞和組織進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。器官芯片允許對(duì)確保組織生命支持的微環(huán)境進(jìn)行更高水平的控制，以及直接觀察細(xì)胞和組織行為的手段。現(xiàn)有的微流體器官芯片設(shè)計(jì)包括：i)基于合成膜的裝置；ii)ecm圖案化或基于水凝膠的平臺(tái)；iii)模塊化或直接連接的微流體系統(tǒng)。
2、i)基于合成膜的裝置
3、開(kāi)發(fā)器官芯片的常用方法是將傳統(tǒng)的transwell測(cè)定小型化。基本設(shè)計(jì)包括多層微室/流體通道，它們并置并相互粘合，同時(shí)通過(guò)多孔膜保持分離。這種配置已廣泛用于產(chǎn)生不同的器官芯片，包括人類腸道和肺。雖然可以對(duì)頂部和底部室(在多孔膜的兩側(cè))施加獨(dú)特的剪切應(yīng)力，但任何其他致動(dòng)力都不能不連續(xù)，而必須施加到兩個(gè)室。因此，培養(yǎng)需要不同生理生物力學(xué)的兩種不同細(xì)胞/組織(例如肝臟或腎臟)的靈活性不能并入同一裝置中。而是，將需要多個(gè)平臺(tái)來(lái)實(shí)現(xiàn)更復(fù)雜的仿生器官設(shè)置。
4、多層裝置也已用于重建其他仿生細(xì)胞培養(yǎng)平臺(tái)，尤其是血管和人類心臟。然而，這些平臺(tái)也存在如上所述的類似缺點(diǎn)，原因是在一個(gè)平臺(tái)中只能維持一種細(xì)胞或組織類型，因?yàn)槭┘拥臋C(jī)械力在整個(gè)平臺(tái)上是恒定的。這種基于膜的系統(tǒng)的另一個(gè)顯著缺點(diǎn)是對(duì)高
5、ii)ecm圖案化或基于水凝膠的平臺(tái)
6、細(xì)胞外基質(zhì)(ecm)圖案化是一種可用于劃分微室的替代方法。這可以通過(guò)在基于聚合物的裝置內(nèi)的限定的通道中圖案化ecm或通過(guò)使用ecm作為支架(基于水凝膠的平臺(tái))創(chuàng)建整個(gè)平臺(tái)來(lái)實(shí)現(xiàn)。使用這種方法，人們已經(jīng)重建了包括腸道、肝臟、心臟、血管以及大腦在內(nèi)的多種器官芯片。這些芯片緩解了高倍率成像的問(wèn)題，因?yàn)樗鼈兺ǔＪ菃螌友b置，而且通道的橫向布置允許橫向并排合并多個(gè)組織室的靈活性。然而，目前用于ecm圖案化裝置的策略不允許使用諸如注射泵之類的主動(dòng)泵送源通過(guò)這些室長(zhǎng)期(>24小時(shí))連續(xù)灌注液體。這是因?yàn)橹鲃?dòng)泵送對(duì)ecm水凝膠的完整性有不利影響。此外，由于這些支架的多孔性質(zhì)，基于水凝膠的平臺(tái)的制造方法繁瑣且耗時(shí)，并且對(duì)流體處理提出了挑戰(zhàn)。此外，除了基于靜水壓力的流體流動(dòng)并且因此用于長(zhǎng)期培養(yǎng)的剪切應(yīng)力之外，目前的平臺(tái)不支持整合任何機(jī)械致動(dòng)。
7、iii)模塊化或直接連接的微流體系統(tǒng)
8、另一種產(chǎn)生器官芯片的方法是模塊化微流體系統(tǒng)方法，通過(guò)該方法可以單獨(dú)產(chǎn)生不同的器官系統(tǒng)，然后通過(guò)外部管道或使用微通道或毛細(xì)管將這些不同的器官模塊互連。雖然模塊化或劃分化微流體平臺(tái)不存在上述設(shè)計(jì)考慮所面臨的問(wèn)題，特別是在成像或ecm水凝膠存在方面的問(wèn)題，但使用對(duì)流流體通道互連不同的器官芯片通道引發(fā)維護(hù)不同類型的細(xì)胞的復(fù)雜性。這源于不同器官系統(tǒng)的獨(dú)特生化要求。
9、因此，需要一種改進(jìn)的裝置，該裝置可以提供更大的設(shè)計(jì)靈活性，以便輕松修改和整合多種細(xì)胞培養(yǎng)室，以實(shí)現(xiàn)高通量器官芯片應(yīng)用，并且還能夠同時(shí)在不同的細(xì)胞培養(yǎng)室中維持不同的機(jī)械刺激和/或生化環(huán)境。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、根據(jù)本公開(kāi)的第一方面，提供了一種微流體裝置。該微流體裝置包括：基層；設(shè)置在基層上的第一層，該第一層限定一個(gè)或多個(gè)細(xì)胞培養(yǎng)室，一個(gè)或多個(gè)細(xì)胞培養(yǎng)室中的每一個(gè)被配置為包含一種或多種細(xì)胞培養(yǎng)物；以及設(shè)置在第一層上的第二層，該第二層限定一個(gè)或多個(gè)氣室。一個(gè)或多個(gè)氣室中的每一個(gè)與相應(yīng)的細(xì)胞培養(yǎng)室相鄰。
2、在某些實(shí)施例中，基層包括透明玻璃層。
3、在某些實(shí)施例中，第一層限定多個(gè)細(xì)胞培養(yǎng)室。多個(gè)細(xì)胞培養(yǎng)室以橫向配置設(shè)置。
4、在某些實(shí)施例中，第二層限定對(duì)應(yīng)的多個(gè)氣室。該裝置還包括用于操作多個(gè)氣室的可編程氣動(dòng)控制器。可編程氣動(dòng)控制器被配置為彼此獨(dú)立地致動(dòng)多個(gè)氣室。
5、在某些實(shí)施例中，多個(gè)氣室中的每一個(gè)被配置為在相應(yīng)的細(xì)胞培養(yǎng)室中產(chǎn)生生物力學(xué)信號(hào)(biomechanical?cue)。生物力學(xué)信號(hào)包括流體流動(dòng)、剪切應(yīng)力、壓力梯度或機(jī)械壓縮和膨脹中的至少一種。
6、在某些實(shí)施例中，多個(gè)細(xì)胞培養(yǎng)室中的至少選擇的細(xì)胞培養(yǎng)室彼此連接。
7、在某些實(shí)施例中，第一層還限定多個(gè)細(xì)胞外基質(zhì)(ecm)通道。每個(gè)ecm通道與多個(gè)細(xì)胞培養(yǎng)室中的相應(yīng)一個(gè)毗鄰。
8、在某些實(shí)施例中，微流體裝置還包括毛細(xì)管爆破閥，該毛細(xì)管爆破閥設(shè)置在多個(gè)ecm通道中的每一個(gè)和多個(gè)細(xì)胞培養(yǎng)室中的相應(yīng)一個(gè)之間。
9、根據(jù)本公開(kāi)的第二方面，提供了一種細(xì)胞培養(yǎng)方法。該方法包括：提供如上所述的微流體裝置；在一個(gè)或多個(gè)細(xì)胞培養(yǎng)室中提供一種或多種細(xì)胞培養(yǎng)物；并致動(dòng)一個(gè)或多個(gè)氣室，使得一個(gè)或多個(gè)氣室中的每一個(gè)對(duì)相應(yīng)的細(xì)胞培養(yǎng)室產(chǎn)生機(jī)械刺激。
10、在某些實(shí)施例中，在一個(gè)或多個(gè)細(xì)胞培養(yǎng)室中提供一種或多種細(xì)胞培養(yǎng)物包括在第一細(xì)胞培養(yǎng)室中提供第一細(xì)胞類型的細(xì)胞培養(yǎng)物，并在第二細(xì)胞培養(yǎng)室中提供不同于第一細(xì)胞類型的第二細(xì)胞類型的細(xì)胞培養(yǎng)物。
11、在某些實(shí)施例中，在一個(gè)或多個(gè)細(xì)胞培養(yǎng)室中提供一種或多種細(xì)胞培養(yǎng)物還包括在細(xì)胞培養(yǎng)室中提供一種或多種類型的微生物以及細(xì)胞培養(yǎng)物。
12、在某些實(shí)施例中，在一個(gè)或多個(gè)細(xì)胞培養(yǎng)室中提供一種或多種細(xì)胞培養(yǎng)物還包括通過(guò)一個(gè)或多個(gè)細(xì)胞培養(yǎng)室的相應(yīng)入口和出口控制一種或多種細(xì)胞培養(yǎng)物中的流體流動(dòng)。
13、在某些實(shí)施例中，致動(dòng)一個(gè)或多個(gè)氣室包括彼此獨(dú)立地致動(dòng)一個(gè)或多個(gè)氣室。
14、在某些實(shí)施例中，該方法還包括通過(guò)同時(shí)致動(dòng)一個(gè)或多個(gè)氣室并控制通過(guò)一個(gè)或多個(gè)細(xì)胞培養(yǎng)室的流體流動(dòng)，在具有一種或多種細(xì)胞培養(yǎng)物的一個(gè)或多個(gè)細(xì)胞培養(yǎng)室中產(chǎn)生機(jī)械刺激。
15、在某些實(shí)施例中，該方法還包括控制一種或多種細(xì)胞培養(yǎng)物的一個(gè)或多個(gè)生化信號(hào)(biochemical?cue)，該生化信號(hào)選自蛋白質(zhì)、肽、寡核苷酸、化學(xué)物質(zhì)、納米顆粒或藥物組成的組。
16、在某些實(shí)施例中，控制一個(gè)或多個(gè)生化信號(hào)包括使用氧氣控制模塊調(diào)節(jié)一個(gè)或多個(gè)細(xì)胞培養(yǎng)室中的氧氣濃度。
17、根據(jù)本公開(kāi)的第三方面，提供了一種制造微流體裝置的方法。該方法包括：提供基層；形成第一層，使得第一層限定一個(gè)或多個(gè)細(xì)胞培養(yǎng)室，一個(gè)或多個(gè)細(xì)胞培養(yǎng)室中的每一個(gè)被配置為包含一種或多種細(xì)胞培養(yǎng)物；形成第二層，使得第二層限定一個(gè)或多個(gè)氣室；將第一層設(shè)置在基層上；以及將第二層設(shè)置在第一層上，使得一個(gè)或多個(gè)氣室中的每一個(gè)與相應(yīng)的細(xì)胞培養(yǎng)室相鄰。
18、在某些實(shí)施例中，形成第一層包括在第一模具上旋涂聚二甲基硅氧烷(pdms)，并且其中，形成第二層包括在第二模具上鑄造pdms。
19、在某些實(shí)施例中，將第一層設(shè)置在基層上包括本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.一種微流體裝置，包括：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中，所述基層包括透明玻璃層。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的裝置，其中，所述第一層限定多個(gè)細(xì)胞培養(yǎng)室，并且其中，所述多個(gè)細(xì)胞培養(yǎng)室以橫向配置設(shè)置。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的裝置，其中，所述第二層限定對(duì)應(yīng)的多個(gè)氣室，并且其中，所述裝置還包括用于操作所述多個(gè)氣室的可編程氣動(dòng)控制器，所述可編程氣動(dòng)控制器被配置為彼此獨(dú)立地致動(dòng)所述多個(gè)氣室。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的裝置，其中，所述多個(gè)氣室中的每一個(gè)被配置成在相應(yīng)的細(xì)胞培養(yǎng)室中產(chǎn)生生物力學(xué)信號(hào)，所述生物力學(xué)信號(hào)包括流體流動(dòng)、剪切應(yīng)力、壓力梯度或機(jī)械壓縮和膨脹中的至少一個(gè)。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的裝置，其中，所述多個(gè)細(xì)胞培養(yǎng)室中的至少選擇的細(xì)胞培養(yǎng)室彼此連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的裝置，其中，所述第一層還限定多個(gè)細(xì)胞外基質(zhì)(ECM)通道，每個(gè)ECM通道與所述多個(gè)細(xì)胞培養(yǎng)室中的相應(yīng)一個(gè)毗鄰。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置，還包括設(shè)置在所述多個(gè)ECM通道中的每一個(gè)和多個(gè)細(xì)胞培養(yǎng)構(gòu)件中的相應(yīng)一個(gè)之
9.一種細(xì)胞培養(yǎng)方法，包括：
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中，在所述一個(gè)或多個(gè)細(xì)胞培養(yǎng)室中提供一種或多種細(xì)胞培養(yǎng)物包括在第一細(xì)胞培養(yǎng)室中提供第一細(xì)胞類型的細(xì)胞培養(yǎng)物，并在第二細(xì)胞培養(yǎng)室中提供不同于第一細(xì)胞類型的第二細(xì)胞類型的細(xì)胞培養(yǎng)物。
11.根據(jù)權(quán)利要求9或10所述的方法，其中，在所述一個(gè)或多個(gè)細(xì)胞培養(yǎng)室中提供一種或多種細(xì)胞培養(yǎng)物還包括在細(xì)胞培養(yǎng)室中與細(xì)胞培養(yǎng)物一起提供一種或多種類型的微生物。
12.根據(jù)權(quán)利要求9至11中任一項(xiàng)所述的方法，其中，在所述一個(gè)或多個(gè)細(xì)胞培養(yǎng)室中提供一種或多種細(xì)胞培養(yǎng)物還包括通過(guò)所述一個(gè)或多個(gè)細(xì)胞培養(yǎng)室的相應(yīng)的入口和出口控制所述一種或多種細(xì)胞培養(yǎng)物中的流體流動(dòng)。
13.根據(jù)權(quán)利要求9至12中任一項(xiàng)所述的方法，其中，致動(dòng)所述一個(gè)或多個(gè)氣室包括彼此獨(dú)立地致動(dòng)所述一個(gè)或多個(gè)氣室。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，包括通過(guò)同時(shí)致動(dòng)所述一個(gè)或多個(gè)氣室并控制通過(guò)所述一個(gè)或多個(gè)細(xì)胞培養(yǎng)室的流體流動(dòng)，在具有一種或多種細(xì)胞培養(yǎng)物的一個(gè)或多個(gè)細(xì)胞培養(yǎng)室中產(chǎn)生機(jī)械刺激。
15.根據(jù)權(quán)利要求9至14中任一項(xiàng)所述的方法，還包括控制所述一種或多種細(xì)胞培養(yǎng)物的一個(gè)或多個(gè)生化信號(hào)，所述一個(gè)或多個(gè)生化信號(hào)選自蛋白質(zhì)、肽、寡核苷酸、化學(xué)物質(zhì)、納米顆粒或藥物組成的組。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中，控制一個(gè)或多個(gè)生化信號(hào)包括使用氧氣控制模塊調(diào)節(jié)所述一個(gè)或多個(gè)細(xì)胞培養(yǎng)室中的氧氣濃度。
17.一種制造微流體裝置的方法，所述方法包括：
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中，形成所述第一層包括在第一模具上旋涂聚二甲基硅氧烷(PDMS)，并且其中，形成所述第二層包括在第二模具上鑄造PDMS。
19.根據(jù)權(quán)利要求17或18所述的方法，其中，將所述第一層設(shè)置在所述基層上包括第一等離子體結(jié)合步驟，并且其中，將所述第二層設(shè)置在所述第一層上包括第二等離子體結(jié)合步驟。
20.根據(jù)權(quán)利要求17至19中任一項(xiàng)所述的方法，其中，形成所述第一層還包括形成多個(gè)細(xì)胞外基質(zhì)(ECM)通道，每個(gè)細(xì)胞外基質(zhì)通道與所述多個(gè)細(xì)胞培養(yǎng)室中的相應(yīng)一個(gè)毗鄰。
...【技術(shù)特征摘要】
【國(guó)外來(lái)華專利技術(shù)】
1.一種微流體裝置，包括：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中，所述基層包括透明玻璃層。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的裝置，其中，所述第一層限定多個(gè)細(xì)胞培養(yǎng)室，并且其中，所述多個(gè)細(xì)胞培養(yǎng)室以橫向配置設(shè)置。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的裝置，其中，所述第二層限定對(duì)應(yīng)的多個(gè)氣室，并且其中，所述裝置還包括用于操作所述多個(gè)氣室的可編程氣動(dòng)控制器，所述可編程氣動(dòng)控制器被配置為彼此獨(dú)立地致動(dòng)所述多個(gè)氣室。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的裝置，其中，所述多個(gè)氣室中的每一個(gè)被配置成在相應(yīng)的細(xì)胞培養(yǎng)室中產(chǎn)生生物力學(xué)信號(hào)，所述生物力學(xué)信號(hào)包括流體流動(dòng)、剪切應(yīng)力、壓力梯度或機(jī)械壓縮和膨脹中的至少一個(gè)。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的裝置，其中，所述多個(gè)細(xì)胞培養(yǎng)室中的至少選擇的細(xì)胞培養(yǎng)室彼此連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的裝置，其中，所述第一層還限定多個(gè)細(xì)胞外基質(zhì)(ecm)通道，每個(gè)ecm通道與所述多個(gè)細(xì)胞培養(yǎng)室中的相應(yīng)一個(gè)毗鄰。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置，還包括設(shè)置在所述多個(gè)ecm通道中的每一個(gè)和多個(gè)細(xì)胞培養(yǎng)構(gòu)件中的相應(yīng)一個(gè)之間的毛細(xì)管爆破閥。
9.一種細(xì)胞培養(yǎng)方法，包括：
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中，在所述一個(gè)或多個(gè)細(xì)胞培養(yǎng)室中提供一種或多種細(xì)胞培養(yǎng)物包括在第一細(xì)胞培養(yǎng)室中提供第一細(xì)胞類型的細(xì)胞培養(yǎng)物，并在第二細(xì)胞培養(yǎng)室中提供不同于第一細(xì)胞類型的第二細(xì)胞類型的細(xì)胞培養(yǎng)物。
11.根據(jù)權(quán)利要求9或10所述的方法，其中，在所述一個(gè)或多個(gè)細(xì)胞培養(yǎng)室中提供一種或多種細(xì)胞培養(yǎng)物還包括在細(xì)胞培養(yǎng)室中與細(xì)胞培養(yǎng)物一起提供一種或多種類型的微生物。...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：林水德，尼尚·溫努高帕爾·梅儂，李芝娟，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：新加坡國(guó)立大學(xué)，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：
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