專利名稱：一種動(dòng)脈血管模擬微流控裝置及其應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種動(dòng)脈血管模擬微流控裝置及其應(yīng)用，屬于生物醫(yī)藥技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
異常血流動(dòng)力學(xué)因素是導(dǎo)致心腦血管疾病的關(guān)鍵危險(xiǎn)因子之一，但其作用機(jī)理尚不清楚，而傳統(tǒng)研究方法的局限性阻礙了相關(guān)研究進(jìn)展。近年來(lái)，血管體外研究模型的建立和應(yīng)用大大促進(jìn)了相關(guān)研究的進(jìn)展。血管的血流動(dòng)力學(xué)體外研究模型可以根據(jù)它們模擬血液流經(jīng)血管時(shí)產(chǎn)生力學(xué)刺激的種類分為三類，即流體剪切力模型、牽張應(yīng)力模型、流體剪切力和牽張應(yīng)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(guò)開口于兩側(cè)的液體進(jìn)口和出口對(duì)種植在基底的細(xì)胞施加流體剪切應(yīng)力；而牽張應(yīng)力模型則通過(guò)彈性膜或板的形變對(duì)粘附在上面的細(xì)胞施加機(jī)械拉伸刺激。前兩種模型可以探討細(xì)胞在單一力學(xué)刺激情況下的行為變化，然而，細(xì)胞所處的生物體內(nèi)是一個(gè)有著多種力學(xué)刺激的復(fù)雜環(huán)境，一個(gè)更接近體內(nèi)環(huán)境的心血管系統(tǒng)體外研究模型必須考慮多種力學(xué)刺激對(duì)細(xì)胞的作用。近年來(lái)，人們?cè)O(shè)計(jì)和改進(jìn)了一些能夠同時(shí)施加流體剪切力和牽張應(yīng)力的裝置(Moore，J.E.，Burki, E., Suciu, A., Zhao, S.Μ., Burnier, Μ., Brunner, H.R.and Meister, J.J.(1994)A Device for Subjecting Vascular Endothelial-Cells to Both Fluid Shear-Stressand Circumferential Cyclic Stretch.Ann Biomed Eng.22,416-422 ；Qiu, Y.C.andTarbell，J.M.(2000)Interaction between wall shear stress and circumferentialstrain affects endothelial cell biochemical production.J Vasc Res.37，147—157 ；Toda，M.，Yamamoto，K.，Shimizu, N.，Obi，S.，Kumagaya, S.，Igarashi，T.，Kamiya，A.andAndo, J.(2008)Differential gene responses in endothelial cells exposed to acombination of shear stress and cyclic stretch.J Biotechnol.133，239-244)，其最基本的原理就是用內(nèi)壁貼附了內(nèi)皮細(xì)胞的硅橡膠管模擬血管，在管腔內(nèi)保持一定壓力的情況下通過(guò)管腔的擴(kuò)張給粘附的細(xì)胞施加牽張應(yīng)力，同時(shí)通過(guò)液體的沖刷給細(xì)胞施加剪切應(yīng)力。但是，上述裝置的缺點(diǎn)也很明顯，即細(xì)胞在管壁的粘附不好控制、不能對(duì)細(xì)胞在力學(xué)刺激下的行為進(jìn)行實(shí)時(shí) 觀察以及干預(yù)等，這些問(wèn)題也制約著相關(guān)研究的進(jìn)展。近年來(lái)，微流控技術(shù)的快速發(fā)展為許多疾病病理研究模型的建立提供了契機(jī)，微流控芯片可以為細(xì)胞提供更接近于生理、病理?xiàng)l件下的微環(huán)境，可以結(jié)合表面化學(xué)和軟刻蝕技術(shù)對(duì)細(xì)胞行為進(jìn)行操控和干預(yù)，還可以在細(xì)胞群體和單細(xì)胞兩種水平對(duì)細(xì)胞的行為變化進(jìn)行觀察和分析。Huh等(Huh, D., Matthews, B.D., Mammoto, A., Montoya-Zavala, Μ., Hsin, H.Y.and Ingber,D.Ε.(2010)Reconstituting Organ-Level Lung Functions on a Chip.Science.328,1662-1668)采用的微流控裝置可以對(duì)貼附在膜上的細(xì)胞產(chǎn)生流體剪切力和拉伸力，其用途是模擬和研究肺泡功能，其制作工藝相對(duì)比較復(fù)雜，由于膜沒(méi)有支撐物，容易變形，顯微鏡下不易觀察細(xì)胞形態(tài)和變化過(guò)程。Douville等(Douville, N.J.，Zamankhan, P.，Tung,Y.C.，Li，R.，Vaughan, B.L，Tai，C.F.，White, J.，Christensen，P.J.，Grotberg，J.B.andTakayama,S.(2011)Combination of fluid and solid mechanical stresses contributeto cell death and detachment in a microfluidic alveolar model.Lab Chip.11,609-619)采用的微流控裝置同樣可以提供流體剪切力和機(jī)械拉伸力，其用途也是模擬和研究肺泡的結(jié)構(gòu)和功能，可以形成氣液界面，模擬肺泡細(xì)胞的微環(huán)境。然而，上述的微流控裝置只適合做肺泡模型，微流控血管模型尚無(wú)文獻(xiàn)報(bào)道。而用于微流控血管生理病理機(jī)理的研究模型國(guó)內(nèi)外尚無(wú)專利申請(qǐng)。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有的模擬動(dòng)脈血管生理病理狀態(tài)的體外模型有的不能同時(shí)提供流體剪切力和機(jī)械拉伸力兩種刺激，有的不利于動(dòng)態(tài)觀察和分析，而微流控血管體外模擬裝置目前尚屬空白的不足，設(shè)計(jì)一種能夠同時(shí)提供流體剪切力和機(jī)械拉伸力的微流控裝置及其應(yīng)用，能夠構(gòu)建某些生理、病理機(jī)理研究的體外模型，為相關(guān)的研究提供有效工具。針對(duì)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下:一方面，本發(fā)明提供一種動(dòng)脈血管模擬微流控裝置，該裝置包括透明的微流通道模塊和與其相適配的透明的負(fù)壓產(chǎn)生模塊，所述微流通道模塊底部和負(fù)壓產(chǎn)生模塊頂部通過(guò)彈性膜相連接，所述微流通道模塊用于流體流動(dòng)，所述負(fù)壓產(chǎn)生模塊用于產(chǎn)生使彈性膜發(fā)生形變的負(fù)壓；所述微流通道模塊頂部設(shè)有流體入口和流體出口，所述流體入口和流體出口分別通過(guò)與流體入口和流體出口相適配的第一 PE管連接于微流通道模塊底部的微流通道，并與其相貫通；所述負(fù)壓產(chǎn)生模塊頂部設(shè)有負(fù)壓凹槽，所述負(fù)壓凹槽設(shè)于微流通道的下方，從而形成與微流通道相隔離的單獨(dú)的空間，所述負(fù)壓產(chǎn)生模塊頂部設(shè)有一氣路開口，所述氣路開口通過(guò)與其相適配的第二 PE管與負(fù)壓凹槽相連。優(yōu)選地，所述負(fù)壓凹槽一側(cè)還設(shè)有與其相貫通的負(fù)壓緩沖池，所述第二 PE管通過(guò)負(fù)壓緩沖池與負(fù)壓凹槽 相連。優(yōu)選地，所述負(fù)壓緩沖池通過(guò)一凹槽與負(fù)壓凹槽相貫通，優(yōu)選地，所述第二 PE管垂直連接于負(fù)壓緩沖池底部。優(yōu)選地，所述負(fù)壓凹槽中間圍繞成一個(gè)長(zhǎng)方形平臺(tái)，與所述彈性膜緊貼并對(duì)應(yīng)于其上方的所述微流通道，所述長(zhǎng)方形平臺(tái)和彈性膜間填充有液體潤(rùn)滑劑，用于使在負(fù)壓的作用下發(fā)生相互移動(dòng)。優(yōu)選地，所述長(zhǎng)方形平臺(tái)長(zhǎng)為1.5 X IO4 μ m，寬為1.0 X IO3 μ m所述負(fù)壓產(chǎn)生模塊
頂部和底部封合為一體結(jié)構(gòu)。優(yōu)選地，所述微流通道呈第二長(zhǎng)方體結(jié)構(gòu)，其由第三、第四側(cè)壁和微流通道底部和微流通道底部構(gòu)成，所述微流通道底部由彈性膜構(gòu)成，優(yōu)選地，所述第二長(zhǎng)方體的長(zhǎng)為
1.8 X IO4 μ m，寬為 1.5 X IO3 μ m，高為 0.5 X IO3 μ m。優(yōu)選地，所述微流通道模塊的頂部和底部通過(guò)第一、第二側(cè)壁連接成水平方向貫通的第一長(zhǎng)方體結(jié)構(gòu)，優(yōu)選地，所述第一長(zhǎng)方體的長(zhǎng)為2.5-3.0X IO4 μ m,寬
2.0-2.5 X IO3 μ m,高為 3.0-5.0 X IO3 μ m。優(yōu)選地，所述微流通道模塊、負(fù)壓產(chǎn)生模塊和彈性膜均由聚二甲基硅氧烷(PDMS)材料制成。
優(yōu)選地，所述流體入口和流體出口均為圓形孔，優(yōu)選地，所述圓形孔的直徑為8.0X IO2 μ m ;所述第一 PE管垂直連接于所述微流通道模塊底部的微流通道。
優(yōu)選地，所述負(fù)壓產(chǎn)生模塊的頂部呈長(zhǎng)方形，該長(zhǎng)方形的長(zhǎng)為2.5-3.0X IO4 μ m，寬為2.0-2.5 XlO4Um,所述負(fù)壓凹槽呈第三長(zhǎng)方體結(jié)構(gòu)，其截面為長(zhǎng)方形，高為5X IO2 μ m，寬為2.5X IO2 μ m ;所述負(fù)壓緩沖池呈垂直于平臺(tái)區(qū)的圓柱形空腔狀，所述圓柱形空腔的直徑為5.0X IO3 μ m,高為1.0X IO3 μ m ;所述凹槽呈第四長(zhǎng)方體結(jié)構(gòu)，其長(zhǎng)為3.0 X IO3 μ m，寬為5 X IO2 μ m,高為5 X IO2 μ m ;所述氣路開口為圓形孔氣路開口，優(yōu)選地，所述圓形孔氣路開口的直徑為8.0 X IO2 μ m。
優(yōu)選地，所述微流通道模塊和負(fù)壓產(chǎn)生模塊長(zhǎng)均為2.5-3.0 X IO4 μ m，寬均為 2.0-2.5 X IO4 μ m，厚均為 3.0-5.0 X IO3 μ m ;所述彈性膜為長(zhǎng) 2.5-3.0 X IO4 μ m，寬2.0-2.5 X IO4 μ m,厚為 10-100 μ m。
另一方面，本發(fā)明提供了一種動(dòng)脈血管模擬微流控裝置在動(dòng)脈血管生理病理機(jī)制研究或藥物篩選中的應(yīng)用。
又一方面，本發(fā)明提供了一種動(dòng)脈血管模擬微流控裝置在制備用于生物檢測(cè)的試劑盒中的應(yīng)用，優(yōu)選地，所述試劑盒為動(dòng)脈血管生理病理機(jī)制研究或藥物篩選的試劑盒。
再一方面，本發(fā)明提供一種用于生物檢測(cè)的試劑盒，該試劑盒包括根據(jù)本發(fā)明的動(dòng)脈血管模擬微流控裝置，還包括檢測(cè)試劑和緩沖液，優(yōu)選地，所述檢測(cè)試劑為血管活性小分子、細(xì)胞因子、抗體或用于篩選的藥物。
本發(fā)明的有益效果為:基于微流控技術(shù)，通過(guò)合理設(shè)計(jì)和整合微流通道模塊、彈性膜、負(fù)壓產(chǎn)生模塊的微流控裝置，能夠同時(shí)提供流體剪切力和機(jī)械拉伸力，建立動(dòng)脈粥樣硬化體外研究模型，為相關(guān)研究提供有效工具，體積小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于制作和使用；光學(xué)透明材料制作，易于肉眼或鏡下觀察通道內(nèi)的情況，可以在顯微鏡和培養(yǎng)箱之間任意轉(zhuǎn)換，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)細(xì)胞在兩種力學(xué)刺激下以及化學(xué)刺激下的原位動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，兩種力學(xué)刺激的大小、頻率隨時(shí)可調(diào)，可以隨時(shí)改變細(xì)胞的化學(xué)微環(huán)境。



以下，結(jié)合附圖來(lái)詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方案，其中:
圖1為本發(fā)明所述的動(dòng)脈血管模擬微流控裝置的結(jié)構(gòu)示意圖2為本發(fā)明所述的動(dòng)脈血管模擬微流控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖3為所述彈性膜放置于本發(fā)明所述的動(dòng)脈血管模擬微流控裝置(只有負(fù)壓產(chǎn)生模塊)進(jìn)行拉伸的實(shí)驗(yàn)結(jié)果示意圖，圖中a為拉伸前的彈性膜的結(jié)果示意圖，圖中b為拉伸后的彈性膜的實(shí)驗(yàn)結(jié)果示意圖4為將大鼠骨髓基質(zhì)干細(xì)胞(MSC)輸入本發(fā)明所述的動(dòng)脈血管模擬微流控裝置后與MSC細(xì)胞單獨(dú)拉伸和單獨(dú)剪切進(jìn)行對(duì)比的實(shí)驗(yàn)結(jié)果示意圖，圖中a為MSC細(xì)胞單獨(dú)拉伸的實(shí)驗(yàn)結(jié)果示意圖，b為MSC細(xì)胞單獨(dú)剪切的實(shí)驗(yàn)結(jié)果示意圖，c為MSC細(xì)胞在本發(fā)明的裝置中經(jīng)拉伸和剪切后的實(shí)驗(yàn)結(jié)果示意其中:
I為微流通道模塊，101為微流通道模塊的頂部，102為微流通道模塊的底部，103為第一側(cè)壁，104為第二側(cè)壁，105為流體入口，106為流體出口，107為第一 PE管，108為微流通道，1081為微流通道頂部、1082為微流通道底部、1083為第三側(cè)壁、1084為第四側(cè)壁；2為彈性膜；3為負(fù)壓產(chǎn)生模塊，301為負(fù)壓產(chǎn)生模塊的底部，302為負(fù)壓產(chǎn)生模塊的頂部，303為負(fù)壓凹槽，304為氣流開口，303負(fù)壓凹槽，305為第二 PE管，306負(fù)壓緩沖腔，307為凹槽、308為長(zhǎng)方形平臺(tái)；4為動(dòng)脈血管模擬微流控裝置；5為細(xì)胞培養(yǎng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)；6為負(fù)壓發(fā)生器。
具體實(shí)施例方式如圖1所示，本發(fā)明所述的動(dòng)脈血管模擬微流控裝置4，該裝置包括透明的微流通道模塊I和與其相適配的透明的負(fù)壓產(chǎn)生模塊3，所述微流通道模塊底部和負(fù)壓產(chǎn)生模塊頂部通過(guò)彈性膜2經(jīng)等離子氧化處理共價(jià)鍵合，所述微流通道模塊1、負(fù)壓產(chǎn)生模塊3和彈性膜2均由聚二甲基硅氧烷(PDMS)材料制成，所述彈性模2為長(zhǎng)2.5-3.0XlO4Um,寬2.0-2.5 X IO4 μ m，厚為10-100 μ m的彈性模2，所述微流通道模塊I用于液體流動(dòng)，所述負(fù)壓產(chǎn)生模塊3用于產(chǎn)生使彈性膜2發(fā)生形變的負(fù)壓；所述微流通道模塊頂部101和底部102通過(guò)第一、第二側(cè)壁103、104連接成水平方向貫通的第一長(zhǎng)方體結(jié)構(gòu)，所述第一長(zhǎng)方體的長(zhǎng)為2.5-3.0 X IO4 μ m,寬2.0-2.5 X IO4 μ m,高為3.0-5.0XlO3U m,所述微流通道模塊長(zhǎng)為2.5-3.0XlO4Um,寬為2.0-2.5 X IO4 μ m，厚為3.0-5.0 X IO3 μ m，所述微流通道模塊頂部101設(shè)有流體入口 105和流體出口 106，所述流體入口 105和流體出口 106分別通過(guò)與流體入口 105和流體出口 106相適配的第一 PE管107垂直連接于微流通道模塊底部102的微流通道108，所述微流通道108呈第二長(zhǎng)方體結(jié)構(gòu)，其由微流通道頂部、底部1081,1082和第三、第四側(cè)壁1083、1084構(gòu)成，并與其相貫通，所述微流通道底部由彈性膜構(gòu)成，所述第二長(zhǎng)方體的長(zhǎng)為1.8 X IO4 μ m,寬為1.5 X IO3 μ m,高為5.0X IO2 μ m,所述流體入口 105和流體出口 106均為圓形孔，所述圓形孔的直徑為8.0 X IO2 μ m;所述負(fù)壓產(chǎn)生模塊3的底部301和頂部302封 合而成一體結(jié)構(gòu)，所述負(fù)壓產(chǎn)生膜塊為長(zhǎng)2.5-3.0X IO4 μ m，寬2.0-2.5 X IO4 μ m，厚為3.0-5.0XlO3Um的PDMS模塊，所述負(fù)壓產(chǎn)生模塊頂部302設(shè)有負(fù)壓凹槽303，所述負(fù)壓凹槽303設(shè)于微流通道108的下方，從而形成與微流通道108相隔離的單獨(dú)的空間，所述負(fù)壓產(chǎn)生模塊頂部302設(shè)有一個(gè)氣流開口 304，所述氣路開口 304通過(guò)與其相適配的第二 PE管305與負(fù)壓凹槽303相連，所述負(fù)壓凹槽303中間圍繞成一長(zhǎng)方形平臺(tái)308，與所述彈性膜2緊貼并對(duì)應(yīng)于其上方的所述微流通道108，所述長(zhǎng)方形平臺(tái)308長(zhǎng)為1.5Χ104μπι，寬為1.0Χ103μπι，所述長(zhǎng)方形平臺(tái)308與彈性膜2不鍵合，添加液體潤(rùn)滑劑，使之在負(fù)壓作用下相互之間可以移動(dòng)；所述負(fù)壓凹槽303 —側(cè)還設(shè)于與其相貫通的負(fù)壓緩沖池306，所述第二 PE管305通過(guò)負(fù)壓緩沖池306與負(fù)壓凹槽303相連，所述負(fù)壓緩沖池306通過(guò)一凹槽307與負(fù)壓凹槽303相貫通，所述第二 PE管305垂直連接于負(fù)壓緩沖池306底部，，所述負(fù)壓產(chǎn)生模塊的頂部302呈長(zhǎng)方形，該長(zhǎng)方形的長(zhǎng)為
2.5-3.0XlO4 μ m，寬為2.0-2.5 X IO4 μ m,所述負(fù)壓凹槽303呈第三長(zhǎng)方體結(jié)構(gòu)，其截面為長(zhǎng)方形，高為5.0X IO2 μ m,寬為2.5 X IO2 μ m ;所述負(fù)壓緩沖池306呈垂直于底部301的圓柱形空腔狀，所述圓柱形空腔的直徑為5.0 X IO3 μ m，高為1.0 X IO3 μ m ;所述凹槽307呈第四長(zhǎng)方體結(jié)構(gòu)，其長(zhǎng)為3.0Χ103μπι，寬為5.0Χ102μπι，高為5.0 X IO2 μ m ;所述氣路開口304為圓形孔氣路開口，所述圓形孔氣路開口 304的直徑為8.0 X IO2 μ m。
如圖2所示，本發(fā)明所述的動(dòng)脈血管模擬微流控的系統(tǒng)，包括上述所述的動(dòng)脈血管模擬微流控裝置4，還包括細(xì)胞培養(yǎng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)5和負(fù)壓發(fā)生器6，所述細(xì)胞培養(yǎng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)5通過(guò)流體入口 105和流體出口 106與微流通道108連接，所述細(xì)胞培養(yǎng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)5驅(qū)動(dòng)微流通道108內(nèi)的液體流動(dòng)；所述負(fù)壓發(fā)生器6通過(guò)第二 PE管305連接至氣流開口 304與負(fù)壓發(fā)生模塊連接，用于使負(fù)壓發(fā)生模塊產(chǎn)生負(fù)壓。
使用時(shí)，首先通過(guò)微流通道模塊I的流體入口 105將細(xì)胞懸液加入微流通道108，在37°C，5%二氧化碳條件下，使細(xì)胞貼壁于微流通道108底部的彈性膜2上，然后，將微流通道108的流體入口 105和流體出口 106與細(xì)胞培養(yǎng)基驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)5連接；再將負(fù)壓產(chǎn)生模塊3的氣路開口 304通過(guò)第二 PE管和負(fù)壓發(fā)生器6連接，然后，開動(dòng)細(xì)胞培養(yǎng)基驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)5，細(xì)胞培養(yǎng)基驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)5可以驅(qū)動(dòng)微流通道108內(nèi)的液體流動(dòng)，從而對(duì)微流通道108內(nèi)基底上附著的細(xì)胞產(chǎn)生流體剪切力，而負(fù)壓發(fā)生器6產(chǎn)生的負(fù)壓可以通過(guò)第二 PE管305傳導(dǎo)入負(fù)壓產(chǎn)生模塊3內(nèi)的負(fù)壓凹槽303內(nèi)，使負(fù)壓凹槽303上方的彈性膜2發(fā)生形變，從而拉動(dòng)貼于長(zhǎng)方形平臺(tái)的彈性膜2，使之發(fā)生水平方向的形變，從而使貼附在上面的細(xì)胞受到機(jī)械拉伸力。由于彈性膜2在平行于通道長(zhǎng)軸方向上的形變非常小，可以忽略不計(jì)，施加在彈性膜2以及彈性膜上細(xì)胞的力主要是垂直于通道長(zhǎng)軸方向的，因此，細(xì)胞的受力情況為:平行于通道方向的流體剪切力和垂直于通道方向的機(jī)械拉伸力。
具體試駘實(shí)施例
試駘實(shí)施例1
將彈性膜(PDMS膜)(其上面印有熒光標(biāo)記的蛋白陣列)放置于本發(fā)明所述的動(dòng)脈血管模擬微流控裝置進(jìn)行拉伸，結(jié)果如圖3所示，經(jīng)負(fù)壓拉伸后彈性膜，與拉伸前的彈性膜相比，拉伸率達(dá)25%，其拉伸率和均勻性能夠達(dá)到預(yù)期效果，完全可以滿足模擬體內(nèi)試驗(yàn)的需要。
試駘實(shí)施例2
將MSC細(xì)胞(大鼠骨髓基質(zhì)干細(xì)胞，取自SD大鼠(購(gòu)自北京維通利華實(shí)驗(yàn)動(dòng)物公司)，提取方法參考以下文獻(xiàn)進(jìn)行:Bosnakovski D, Mizuno M, Kim G, Takagi S, OkumuraM， Fujinaga T.1solation and multilineage differentiation of bovine bone marrowmesenchymal stem cells.Cell Tissue Res2005 ;319:243-53.)輸入本發(fā)明所述的動(dòng)脈血管模擬微流控裝置，與MSC細(xì)胞單獨(dú)拉伸和單獨(dú)剪切的結(jié)果相比，如圖4所示，從該圖可以看出單獨(dú)拉伸可以使細(xì)胞的骨架沿拉伸力平行方 向排列，而單獨(dú)流體剪切力可以使細(xì)胞骨架沿剪切力方向排列；拉伸力和流體剪切力的合力則可使細(xì)胞骨架的排列呈現(xiàn)與合力方向相同的趨勢(shì)。因此，流體剪切力和拉伸力對(duì)血管內(nèi)細(xì)胞的排列有重要影響，從而說(shuō)明本發(fā)明的動(dòng)脈血管模擬微流控裝置為相關(guān)研究的有力工具。
權(quán)利要求
1.一種動(dòng)脈血管模擬微流控裝置，該裝置包括透明的微流通道模塊和與其相適配的透明的負(fù)壓產(chǎn)生模塊，所述微流通道模塊底部和負(fù)壓產(chǎn)生模塊頂部通過(guò)彈性膜相連接，所述微流通道模塊用于流體流動(dòng)，所述負(fù)壓產(chǎn)生模塊用于產(chǎn)生使彈性膜發(fā)生形變的負(fù)壓； 所述微流通道模塊頂部設(shè)有流體出口和流體入口，所述流體出口和流體入口分別通過(guò)與流體入口和流體出口相適配的第一 PE管連接于微流通道模塊底部的微流通道，并與其相貫通； 所述負(fù)壓產(chǎn)生模塊頂部設(shè)有負(fù)壓凹槽，所述負(fù)壓凹槽設(shè)于微流通道下方，所述負(fù)壓產(chǎn)生模塊頂部設(shè)有一氣路開口，所述氣路開口通過(guò)與其相適配的第二 PE管與負(fù)壓凹槽相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的動(dòng)脈血管模擬微流控裝置，其特征在于，所述負(fù)壓凹槽一側(cè)還設(shè)有與其相貫通的負(fù)壓緩沖池，所述第二 PE管通過(guò)負(fù)壓緩沖池與負(fù)壓凹槽相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的動(dòng)脈血管模擬微流控裝置，其特征在于，所述負(fù)壓緩沖池通過(guò)一凹槽與負(fù)壓凹槽相貫通，優(yōu)選地，所述第二 PE管垂直連接于負(fù)壓緩沖池底部。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的動(dòng)脈血管模擬微流控裝置，其特征在于，所述負(fù)壓凹槽中間圍繞成一長(zhǎng)方形平臺(tái)，與所述彈性膜緊貼并對(duì)應(yīng)于其上方的所述微流通道，所述長(zhǎng)方形平臺(tái)和彈性膜間填充有液體潤(rùn)滑劑，優(yōu)選地，所述負(fù)壓產(chǎn)生模塊的底部和頂部封合而成一體結(jié)構(gòu)，所述長(zhǎng)方形平臺(tái)長(zhǎng)為1.5X 104 μ m，寬為1.0X 103 μ m。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的動(dòng)脈血管模擬微流控裝置，其特征在于，所述微流通道呈第二長(zhǎng)方體結(jié)構(gòu)，其由第三、第四側(cè)壁和微流通道底部構(gòu)成，所述微流通道底部由彈性膜構(gòu)成，優(yōu)選地，所述第二長(zhǎng)方體的長(zhǎng)為1.8 X 104 μ m,寬為1.5 X 103 μ m,高為0.5 X 103 μ m。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的動(dòng)脈血管模擬微流控裝置，其特征在于，所述微流通道模塊的頂部和底部通過(guò)第一、第二側(cè)壁連接成水平方向貫通的第一長(zhǎng)方體結(jié)構(gòu)，優(yōu)選地，所述第一長(zhǎng)方體的長(zhǎng)為2.5-3.0XlO4Um,寬2.0-2.5X IO4Um,高為3.0-5.0 X 103 μ m。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的動(dòng)脈血管模擬微流控裝置，其特征在于，所述微流通道模塊、負(fù)壓產(chǎn)生模塊和彈性膜均由聚二甲基硅氧烷材料制成。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述的動(dòng)脈血管模擬微流控裝置，其特征在于，所述流體出口和流體入口均為圓形孔，優(yōu)選地，所述圓形孔的直徑為8.0X IO2 μ m ;所述第一 PE管垂直連接于所述微流通道模塊底部。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至8中任一項(xiàng)所述的動(dòng)脈血管模擬微流控裝置，其特征在于，所述負(fù)壓產(chǎn)生模塊的頂部呈長(zhǎng)方形，該長(zhǎng)方形的長(zhǎng)為2.5-3.0 X 104 μ m，寬為2.0-2.5 X 104 μ m,所述負(fù)壓凹槽呈第三長(zhǎng)方體結(jié)構(gòu)，其截面為長(zhǎng)方形，高為5.0X 102 μ m，寬為2.5X IO2 μ m ;所述負(fù)壓緩沖池呈垂直于平臺(tái)區(qū)的圓柱形空腔狀，所述圓柱形空腔的直徑為5.0Χ103μπι，高為1.0 X 103 μ m ;所述凹槽呈第四長(zhǎng)方體結(jié)構(gòu),其長(zhǎng)為3.0 X 103 μ m,寬為5.0 X 102 μ m,高為5.0 X 102 μ m ;所述氣路開口為圓形孔，優(yōu)選地，所述圓形孔的直徑為8.0 X 102 μ m。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至9中任一項(xiàng)所述的動(dòng)脈血管模擬微流控裝置，其特征在于，所述微流通道膜塊和負(fù)壓產(chǎn)生膜塊長(zhǎng)均為2.5-3.0 X IO4 μ m，寬均為2.0-2.5 X 104 μ m，厚均為 3.0-5.0Χ103μπι ;所述彈性膜的為長(zhǎng) 2.5-3.0XlO4Um,寬 2.0-2.5Χ104μπι，厚為10-100 μ m
11.根據(jù)權(quán)利要求1至10中任一項(xiàng)所述的動(dòng)脈血管模擬微流控裝置在動(dòng)脈血管生理病理機(jī)制研究、藥物篩選或在制備用于生物檢測(cè)的試劑盒中的應(yīng)用，優(yōu)選地，所述試劑盒為動(dòng)脈血管生理病理機(jī)制研究或藥物篩選的試劑盒。
12.一種用于生物檢測(cè)的試劑盒，其特征在于，所述試劑盒包括權(quán)利要求1至10中任一項(xiàng)所述的動(dòng)脈血管模擬微流控裝置，還包括檢測(cè)試劑和緩沖液，優(yōu)選地，所述檢測(cè)試劑為血管活性小分子、細(xì)胞 因子、抗體或用于篩選的藥物。
全文摘要
本發(fā)明提供一種動(dòng)脈血管模擬微流控裝置及其應(yīng)用，所述裝置包括透明的微流通道模塊和與其相適配透明的負(fù)壓產(chǎn)生模塊，所述微流通道模塊底部和負(fù)壓產(chǎn)生模塊頂部均由彈性膜構(gòu)成，所述微流通道模塊底部與所述負(fù)壓模塊頂部相鍵合，所述微流通道模塊用于流體流動(dòng)，所述負(fù)壓產(chǎn)生模塊用于產(chǎn)生負(fù)壓；及其在動(dòng)脈血管生理病理機(jī)制研究、藥物篩選或制備用于生物檢測(cè)的試劑盒中的應(yīng)用。本發(fā)明基于微流控技術(shù)，通過(guò)合理設(shè)計(jì)和整合微流通道模塊、彈性膜、負(fù)壓產(chǎn)生模塊的微流控裝置，能夠同時(shí)提供流體剪切力和機(jī)械拉伸力，建立動(dòng)脈粥樣硬化體外研究模型，為相關(guān)研究提供有效工具，易于制作使用和觀察，實(shí)現(xiàn)對(duì)細(xì)胞在兩種力學(xué)刺激下以及化學(xué)刺激下的原位動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)。
文檔編號(hào)C12M1/34GK103146573SQ20111040450
公開日2013年6月12日 申請(qǐng)日期2011年12月7日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月7日
發(fā)明者蔣興宇, 鄭文富, 張偉, 王棟, 姜博 申請(qǐng)人:國(guó)家納米科學(xué)中心