可在高倍物鏡下直接觀測的動脈血管模擬微流控裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了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，該裝置從上到下依次為透明的微流通道模塊（1）、彈性膜（2）、負(fù)壓產(chǎn)生模塊（3）以及蓋玻片（10）；所述微流通道模塊1的底部設(shè)有微流通道（8），用于流體流動；所述負(fù)壓產(chǎn)生模塊（3）內(nèi)部設(shè)有貫穿其上、下的負(fù)壓鏤空溝槽（9），用于產(chǎn)生使彈性膜發(fā)生形變的負(fù)壓；所述彈性膜（2）與蓋玻片（10）的厚度之和≤300μm。本發(fā)明的微流控裝置不但能夠模擬體內(nèi)同時承受流體剪切力以及機械拉伸力的器官、組織的生理、病理狀況，還可在高倍物鏡下直接觀測，從而實現(xiàn)對單個細(xì)胞精細(xì)結(jié)構(gòu)和微流通道內(nèi)的動靜態(tài)變化的實時觀測，為相關(guān)基礎(chǔ)研究以及為動脈血管疾病的藥物篩選提供更加有效工具。
【專利說明】可在高倍物鏡下直接觀測的動脈血管模擬微流控裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及生物醫(yī)藥【技術(shù)領(lǐng)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(shù)】
[0002]異常血流動力學(xué)因素是導(dǎo)致心腦血管疾病的關(guān)鍵危險因子之一，但其作用機理尚不清楚，而傳統(tǒng)研究方法的局限性阻礙了相關(guān)研究進展。近年來，血管體外研究模型的建立和應(yīng)用大大促進了相關(guān)研究的進展。
[0003]血管的血流動力學(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，液體通過開口于兩側(cè)的液體進口和出口對種植在基底的細(xì)胞施加流體剪切應(yīng)力；而牽張應(yīng)力模型則通過彈性膜或板的形變對粘附在上面的細(xì)胞施加機械拉伸刺激。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)是一個有著多種力學(xué)刺激的復(fù)雜環(huán)境，一個更接近體內(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)刺激對細(xì)胞的作用。
[0004]近年來，隨著微流控技術(shù)的發(fā)展，人們設(shè)計和制作了各種模擬體內(nèi)模型的微流控
裝置: [0005]Zhang 等人(Zhang Q, Liu T, Qin J.(2012) A microfluidic-based device forstudy of transendotheIial invasion of tumor aggregates in realtime.Lab Chip.Aug21; 12 (16): 2837-42)通過微流控技術(shù)體外重構(gòu)了生物血管的一些重要組分，包括血管腔、內(nèi)皮層、含有趨化因子的血管周圍基質(zhì)，用來研究癌細(xì)胞聚集體的粘附和穿透內(nèi)皮層入侵過程，但是該裝置沒有很好地模擬體內(nèi)的動力學(xué)環(huán)境。
[0006]Srigunapalan 等人(Srigunapalan S，Lam C, Wheeler AR, Simmons CA.(2011)A microfluidic membrane device to mimic critical components of the vascularmicroenvironment.BiomicrofIuidies.5 (I): 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(gòu)血管微環(huán)境的關(guān)鍵組分，包括血液動力學(xué)的剪切應(yīng)力、循環(huán)細(xì)胞因子、胞外基質(zhì)蛋白和多種細(xì)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(huán)境中研究多種細(xì)胞基質(zhì)以及細(xì)胞-細(xì)胞之間的相互作用。
[0007]Chen 等人(Chen MB, Srigunapalan S, Wheeler AR, Simmons CA.(2013)A3D microfluidic platform incorporating methacrylated gelatin hydrogelsto study physiological cardiovascular cell-cell interactions.Lab Chip.Jul7; 13(13):2591-8.)構(gòu)建的裝置可以用于血管動力學(xué)、瓣膜生物學(xué)研究以及血管疾病的藥物篩選等研究，該裝置的關(guān)鍵特征包括多種細(xì)胞生理相關(guān)的空間排列、內(nèi)皮單細(xì)胞層上的流體作用、在保持細(xì)胞劃分的基礎(chǔ)上允許不同細(xì)胞之間的相互作用、gel-MA水凝膠作為生理相關(guān)的內(nèi)皮下3D基質(zhì)維持細(xì)胞的長期培養(yǎng)。但是這兩個裝置在研究過程中只能提供血液動力學(xué)的剪切應(yīng)力，無法模擬體內(nèi)血管的機械拉伸力。[0008]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 SubjectingVascular Endothelial-Cells to Both Fluid Shear-Stress and CircumferentialCyclic Stretch.Ann Biomed Eng.22，416-422)設(shè)計的裝置可以對細(xì)胞同時施加流體剪切力和拉伸力刺激。方法是將細(xì)胞種植在硅膠管內(nèi)表面，在硅膠管的進口輸入液體，液流流過細(xì)胞表面，對細(xì)胞產(chǎn)生流體剪切力，同時，液流產(chǎn)生的壓力可以將硅膠管撐開，對細(xì)胞產(chǎn)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(tài)過程，但是該裝置無法對該過程中的細(xì)胞進行實時觀測和干預(yù)。
[0009]Huh 等人(Huh, D., Matthews, B.D., Mammoto, A., Montoya-Zavala, M., Hsin, H.Y.and Ingber, D.E.(2010)Reconstituting Organ-Level Lung Functions on a Chip.Science.328，1662-1668)采用的微流控裝置可以對貼附在膜上的細(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，其制作工藝相對比較復(fù)雜，由于膜沒有支撐物，容易變形，顯微鏡下不易觀察細(xì)胞形態(tài)和變化過程。
[0010]Douville 等人(Douville, N.J.，Zamankhan, P.，Tung, Y.C.，Li, R.，Vaughan, B.L., Tai, C.F., White, J., Christensen, P.J., Grotberg, J.B.and Takayama, S.(2011)Combination of fluid and solid mechanical stresses contribute to cell death anddetachment in a microf luidic alveolar model.Lab Chip.11，609-619)米用的微流控裝置同樣可以提供流體剪切力和機械拉伸力，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。
[0011]Zheng 等人(Zheng W，Jiang B, Wang D, Zhang W，Wang Z, Jiang X.(2012) Amicrofluidic flow-stretch chip for investigating blood vessel biomechanics.LabChip.S印21; 12(18):3441-50)采用的裝置可以用于對細(xì)胞單獨施加流體剪切力、單獨施加機械拉伸力和同時施加流體剪切力和機械拉伸力的研究，但是不能在高倍鏡下對細(xì)胞動態(tài)變化進行觀察。

【發(fā)明內(nèi)容】
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[0012]針對上述現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明的目的在于提出一種能夠同時提供流體剪切力和均衡的機械拉伸力，并可借助高倍物鏡實現(xiàn)對細(xì)胞狀態(tài)和精細(xì)結(jié)構(gòu)的實時動態(tài)觀測的動脈血管模擬微流控裝置。
[0013]為達(dá)此目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
[0014]第一方面，本發(fā)明提供了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，該裝置包括透明的四個部分:微流通道模塊(1)，與其相適配的彈性膜(2)、負(fù)壓產(chǎn)生模塊(3)，以及蓋玻片(10)；
[0015]所述四個部分從上到下按微流通道模塊(I)、彈性膜(2)、負(fù)壓產(chǎn)生模塊(3)、蓋玻片(10)的次序依次疊合并共價鍵合在一起；
[0016]所述微流通道模塊(I)的底部設(shè)有微流通道(8)，用于流體流動；所述微流通道
(8)以彈性膜(2)為底部，所述微流通道(8)的頂部設(shè)有與外部相通的流體入口(4)和流體出口(5);
[0017]所述負(fù)壓產(chǎn)生模塊(3)內(nèi)部設(shè)有貫穿其上、下的負(fù)壓鏤空溝槽(9)，用于產(chǎn)生使彈性膜(2)發(fā)生形變的負(fù)壓；所述負(fù)壓鏤空溝槽(9)位于微流通道(8)的下方，且水平截面積大于微流通道(8)，在所述負(fù)壓鏤空溝槽(9)的頂部且位于微流通道(8)外側(cè)的兩側(cè)分別設(shè)有與外部相通的第一氣路開口(6)和第二氣路開口(7)；
[0018]所述彈性膜(2)與蓋玻片(10)的厚度之和< 300 μ m。
[0019]上述動脈血管模擬微流控裝置中，作為優(yōu)選，所述共價鍵合是通過等離子氧化處理實現(xiàn)的。
[0020]作為優(yōu)選，所述流體入口(4)和流體出口(5)分別通過與其相適配的PE管貫穿、優(yōu)選垂直貫穿微流通道模塊(I)，與外部相通、優(yōu)選與細(xì)胞培養(yǎng)基驅(qū)動系統(tǒng)相連；
[0021]優(yōu)選地，所述流體入口(4)和流體出口(5)均為圓形孔，更優(yōu)選地，所述圓形孔的直徑為0.5mm。
[0022]作為優(yōu)選，所述第一氣路開口(6)和第二氣路開口(7)分別通過與其相適配的PE管貫穿、優(yōu)選垂直貫穿負(fù)壓鏤空溝槽(9)上方的彈性膜(2)和微流通道模塊(1)，與外部相通、優(yōu)選與負(fù)壓發(fā)生器相連；
[0023]優(yōu)選地，所述第一氣路開口(6)和第二氣路開口(7)均為圓形孔，更優(yōu)選地，所述圓形孔的直徑為0.5mm。
[0024]作為優(yōu)選，所述微流通道模塊(I)、彈性膜(2)和負(fù)壓產(chǎn)生模塊(3)均由聚二甲基硅氧烷(PDMS)材料制成；優(yōu)選地，所述彈性膜(2)表面為光滑或有納米拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。
[0025]作為優(yōu)選，所述負(fù)壓鏤空溝槽(9)的頂部彈性膜與底部蓋玻片不鍵合，其間填充有液體潤滑劑但不充滿，使之在負(fù)壓作用下相互之間可以移動，并在發(fā)生相對移動時，對彈性膜(2)起到潤滑和保護的作用。
[0026]作為優(yōu)選，所述微流通道模塊(I)、彈性膜(2)、負(fù)壓產(chǎn)生模塊(3)的長度均為28-35mm,寬度均為20_25mm ;所述微流通道模塊(I)的厚度為2_6mm、優(yōu)選3_5mm ;所述彈性膜(2)的厚度為10-100 μ m、優(yōu)選50-100 μ m;所述負(fù)壓產(chǎn)生模塊(3)的厚度為0.3-0.5mm；所述蓋玻片(10)的厚度為150-200μπι;所述彈性膜(2)與蓋玻片(10)的厚度之和(280 μ m ；
[0027]進一步優(yōu)選地，所述微流通道(8)的長度為20-23mm，寬度為2_3mm，高度為200-300μπι ;所述負(fù)壓鏤空溝槽(9)的長度為25-28mm，寬度為2.5-3.5mm,高度為
0.3-0.5mm。
[0028]在本發(fā)明的一個具體實施方案中，所述微流通道模塊(I)、彈性膜(2)、負(fù)壓產(chǎn)生模塊(3)的長度均為28_，寬度均為21.5mm ;所述微流通道模塊(I)的厚度為4_ ;所述彈性膜(2)的厚度為IOOym ;所述負(fù)壓產(chǎn)生模塊(3)的厚度為0.4_ ;所述蓋玻片(10)的厚度為170 μ m ;所述微流通道(8)的長度為20mm，寬度為2mm、高度為200 μ m ;所述負(fù)壓鏤空溝槽(9)的長度為25mm，寬度為3mm，高度為0.3mm。
[0029]上述動脈血管模擬微流控裝置可同時施加流體剪切力和機械拉伸力，并在高倍物鏡下實時動態(tài)觀測細(xì)胞狀態(tài)及其精細(xì)結(jié)構(gòu)，其功能實現(xiàn)過程如下:
[0030]首先通過微流通道(8)的流體入口(4)的相應(yīng)管道將細(xì)胞懸液加入微流通道(8)，在37攝氏度、5% 二氧化碳條件下，使細(xì)胞貼壁于通道底部的彈性膜(2)上，然后，將微流通道(8)的輸入端(即流體入口(4)及其連接的PE管)和輸出端(即流體出口(5)及其連接的PE管)和細(xì)胞培養(yǎng)基驅(qū)動系統(tǒng)連接。將負(fù)壓產(chǎn)生模塊(3)的第一氣路開口(6)和第二氣路開口(7)通過PE管和負(fù)壓發(fā)生器連接。然后，同時開動培養(yǎng)基驅(qū)動系統(tǒng)和負(fù)壓發(fā)生器，培養(yǎng)基驅(qū)動系統(tǒng)可以驅(qū)動微流通道內(nèi)的液體流動，從而對通道內(nèi)基底上附著的細(xì)胞產(chǎn)生流體剪切力，而負(fù)壓發(fā)生器所產(chǎn)生的負(fù)壓可以通過PE管傳導(dǎo)入負(fù)壓產(chǎn)生模塊(3)內(nèi)的負(fù)壓鏤空溝槽(9)內(nèi)，使負(fù)壓鏤空溝槽(9)上方的彈性膜(2)發(fā)生對稱的形變，從而拉動微流通道底部的彈性膜，使之發(fā)生:i)水平方向的形變，從而使貼附在上面的細(xì)胞受到機械拉伸力；和ii)豎直向下的形變，使其緊貼于負(fù)壓鏤空溝槽底部的蓋玻片(10)表面，便于高倍物鏡觀察。
[0031]由于彈性膜(2)在平行于通道(8)長軸方向上的形變非常小，可以忽略不計，施加在彈性膜(2)以及彈性膜(2)上細(xì)胞的力主要是垂直于通道(8)長軸方向的，因此，細(xì)胞的受力情況為:平行于通道(8)方向的流體剪切力和垂直于通道(8)方向的機械拉伸力。由于彈性膜(2)與蓋玻片(10)的總厚度< 300μπι，所以當(dāng)微流通道(8)底部的彈性膜(2)向下拉伸至接近或到達(dá)蓋玻片(10)時，能夠使用高倍物鏡直接觀測彈性膜(2)上的細(xì)胞狀態(tài)及其精細(xì)結(jié)構(gòu)，從而實現(xiàn)細(xì)胞狀態(tài)及其精細(xì)結(jié)構(gòu)的實時動態(tài)觀測。
[0032]第二方面，本發(fā)明提供了如第一方面所述的動脈血管模擬微流控裝置的用途，其特征在于，用于動脈血管疾病的病理機制研究和/或藥物篩選；優(yōu)選地，用于制備動脈血管疾病的病理機制研究或藥物篩選的生物檢測試劑盒。
[0033]第三方面，本發(fā)明提供了一種包括第一方面所述的動脈血管模擬微流控裝置的生物檢測試劑盒；優(yōu)選地，所述生物檢測試劑盒還包括檢測試劑和緩沖液；進一步優(yōu)選地，所述檢測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。
[0034]本發(fā)明的動脈血管模擬微流控裝置具有如下特征和優(yōu)勢:
[0035]1、微流通道、彈性 膜、負(fù)壓發(fā)生模塊三部分結(jié)構(gòu)和功能上的高度整合，并且所有部件均用光學(xué)透明材料制作，易于肉眼或鏡下觀察通道內(nèi)的情況。
[0036]2、體積小，結(jié)構(gòu)簡單，易于制作和使用。
[0037]3、可在培養(yǎng)箱中實現(xiàn)細(xì)胞的長期培養(yǎng)。
[0038]4、可在細(xì)胞培養(yǎng)過程中按需要改變培養(yǎng)的化學(xué)微環(huán)境。
[0039]5、可在高倍物鏡下直接觀察裝置內(nèi)細(xì)胞的精細(xì)結(jié)構(gòu)，并可在實驗過程中實現(xiàn)對細(xì)胞的動態(tài)實時觀察。
[0040]6、可在裝置中單獨或綜合施加機械拉伸力和流體剪切力，并可靈活調(diào)控流體剪切力的大小和機械拉伸力的頻率，以模擬血管內(nèi)不同位置或病理條件下的力學(xué)環(huán)境。
[0041]體內(nèi)有許多器官和組織的細(xì)胞同時受到流體剪切力和機械拉伸力的刺激，這些器官的生理病理研究目前缺乏合適的便于操作和直觀實時觀測的體外模型，該裝置的發(fā)明為相關(guān)的研究提供了平臺，可以有效促進相關(guān)研究的進展。
[0042]本發(fā)明的動脈血管模擬微流控裝置不但能夠模擬體內(nèi)同時承受流體剪切力以及機械拉伸力的器官、組織的生理、病理狀況，建立體內(nèi)疾病的體外模型，為疾病的病理研究、藥物篩選和納米顆粒經(jīng)修飾攜帶基因轉(zhuǎn)染細(xì)胞等研究工作提供體外操作平臺，還可在高倍物鏡下直接觀測，從而實現(xiàn)對單個細(xì)胞精細(xì)結(jié)構(gòu)和微流通道內(nèi)的動靜態(tài)變化的實時觀測，為相關(guān)基礎(chǔ)研究以及為動脈血管疾病的藥物篩選提供更加有效工具。
[0043]綜上，本發(fā)明適用于一切需要對細(xì)胞單獨施加流體剪切力或機械拉伸力的生理或病理實驗或是同時施加流體剪切力或機械拉伸力的生理或病理實驗，特別是可為細(xì)胞在力學(xué)刺激下的長時間實時觀察和動態(tài)干預(yù)實驗提供便于操作和實時觀測的平臺，并為長期實時觀測細(xì)胞在力學(xué)刺激下的精細(xì)結(jié)構(gòu)提供實驗平臺；另外，還可在對細(xì)胞施加流體剪切力和/或機械拉伸力的同時，施加化學(xué)刺激，從而為動脈血管疾病的治療藥物篩選提供了平臺。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0044]圖1是本發(fā)明的動脈血管模擬微流控裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；其中，I為微流通道模塊，2為彈性膜，3為負(fù)壓發(fā)生模塊，4為流體入口，5為流體出口，6為第一氣路開口，7為第二氣路開口，8為微流通道，9為負(fù)壓鏤空溝槽，10為蓋玻片；
[0045]圖2是本發(fā)明的動脈血管模擬微流控裝置中，彈性膜在負(fù)壓下進行拉伸的實驗結(jié)果示意圖；其中A為拉伸前的彈性膜，B為拉伸后的彈性膜；
[0046]圖3是在63倍物鏡下觀察的本發(fā)明的動脈血管模擬微流控裝置中的細(xì)胞精細(xì)結(jié)構(gòu)。
【具體實施方式】
[0047]下面結(jié)合附圖并通過【具體實施方式】來進一步說明本發(fā)明的技術(shù)方案。
[0048]圖1是本發(fā)明的動脈血管模擬微流控裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1所示，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彈性膜(2)和負(fù)壓產(chǎn)生模塊(3)，以及透明的蓋玻片(10)。從上到下按微流通道模塊(I)、彈性膜(2)、負(fù)壓產(chǎn)生模塊(3)、蓋玻片
(10)的次序依次疊合，并經(jīng)等離子氧化處理共價鍵合在一起，所述微流通道模塊(I)、彈性膜(2)、負(fù)壓產(chǎn)生模塊(3)均由聚二甲基硅氧烷(PDMS)材料制成。所述微流通道模塊(I)、彈性膜(2)、負(fù)壓產(chǎn)生模塊(3)的長度均為28mm，寬度均為21.5mm ;所述微流通道模塊(I)的厚度為4_ ;所述彈性膜(2)的厚度為IOOym ;所述負(fù)壓產(chǎn)生模塊(3)的厚度為0.4mm ；所述蓋玻片(10)的厚度為170 μ m。所述微流通道(8)的長度為20mm，寬度為2mm、高度為200 μ m。所述負(fù)壓鏤空溝槽(9)的長度為25mm，寬度為3mm，高度為0.3mm。所述負(fù)壓鏤空溝槽(9)的頂部彈性膜(2)和底部蓋玻片(10)之間不鍵合，在負(fù)壓鏤空溝槽(9)中填充少量液體潤滑劑(但不充滿)，使之在負(fù)壓作用下相互之間可以移動，并在彈性膜(2)發(fā)生相對移動時，對彈性膜(2)起到潤滑和保護的作用。所述流體出口( 5)和流體入口(4)均為直徑為0.5mm的圓形孔，對稱設(shè)于微流通道(8)頂部的兩側(cè)，所述流體出口(5)和流體入口(4)通過與其相適配的PE管垂直貫穿所述微流通道模塊，與細(xì)胞培養(yǎng)基驅(qū)動系統(tǒng)連接。所述第一氣路開口(6)和第二氣路開口(7)也均為直徑為0.5mm的圓形孔，對稱設(shè)于所述負(fù)壓鏤空溝槽(9)的頂部且位于微流通道(8)外側(cè)的兩側(cè)，所述第一氣路開口(6)和第二氣路開口
(7)通過與其相適配的PE管貫穿負(fù)壓鏤空溝槽(9)上方的彈性膜(2)和微流通道模塊(1)，與負(fù)壓發(fā)生器相連。
[0049]使用時，首先通過微流通道(8)的流體入口(4)相應(yīng)的管道將細(xì)胞懸液加入微流通道(8)，在37攝氏度、5%二氧化碳條件下，使細(xì)胞貼壁于通道底部的彈性膜上，然后，將微流通道的流體入口(4)和流體出口(5)通過其相應(yīng)的PE管與細(xì)胞培養(yǎng)基驅(qū)動系統(tǒng)連接，再將負(fù)壓產(chǎn)生模塊的第一氣路開口(6)和第二氣路開口(7)與負(fù)壓發(fā)生器連接。然后，同時開動培養(yǎng)基驅(qū)動系統(tǒng)和負(fù)壓發(fā)生器，培養(yǎng)基驅(qū)動系統(tǒng)可以驅(qū)動微流通道內(nèi)的液體流動，從而對通道(8)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)生器所產(chǎn)生的負(fù)壓可以通過PE管傳導(dǎo)入負(fù)壓產(chǎn)生模塊(3)內(nèi)的負(fù)壓鏤空溝槽(9)內(nèi)，使負(fù)壓鏤空溝槽(9)上方的彈性膜
(2)發(fā)生對稱的形變，從而拉動微流通道底部的彈性膜，使之發(fā)生:i)水平方向的形變，從而使貼附在上面的細(xì)胞受到機械拉伸力；和ii)豎直向下的形變，使其緊貼于負(fù)壓鏤空溝槽底部的蓋玻片(10)表面，便于高倍物鏡觀察。
[0050]由于彈性膜(2)在平行于通道(8)長軸方向上的形變非常小，可以忽略不計，施加在彈性膜(2)以及彈性膜(2)上細(xì)胞的力主要是垂直于通道(8)長軸方向的，因此，細(xì)胞的受力情況為:平行于通道(8)方向的流體剪切力和垂直于通道(8)方向的機械拉伸力。由于彈性膜(2)與蓋玻片(10)的總厚度< 300μm，所以當(dāng)微流通道(8)底部的彈性膜(2)向下拉伸至接近或到達(dá)蓋玻片(10)時，能夠使用高倍物鏡直接觀測彈性膜(2)上的細(xì)胞狀態(tài)及其精細(xì)結(jié)構(gòu)，從而實現(xiàn)細(xì)胞狀態(tài)及其精細(xì)結(jié)構(gòu)的實時動態(tài)觀測。
[0051]實施例1本發(fā)明動脈血管模擬微流控裝置運行時彈性膜的拉伸檢測
[0052]將HeLa細(xì)胞加入本發(fā)明動脈血管模擬微流控裝置中的微流通道，在37°C、5% 二氧化碳條件下，使細(xì)胞貼壁于彈性膜；然后在負(fù)壓作用下進行拉伸，20倍物鏡下觀察彈性膜上的細(xì)胞，結(jié)果如圖2所示，經(jīng)負(fù)壓拉伸后的彈性膜與拉伸前相比，拉伸率為8%左右。
[0053]實施例2高倍物鏡下觀察本發(fā)明動脈血管模擬微流控裝置中的細(xì)胞精細(xì)結(jié)構(gòu)實例
[0054]將人臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞加入本發(fā)明動脈血管模擬微流控裝置中的微流通道，在37°C、5% 二氧化碳條件下，使細(xì)胞貼壁于彈性膜；模擬動脈血管的力學(xué)條件進行細(xì)胞培養(yǎng)2小時后，對細(xì)胞進行固定，并對細(xì)胞核和微絲進行染色，在彈性膜拉伸的條件下，63倍鏡觀察彈性膜上細(xì)胞的精細(xì)結(jié)構(gòu)，結(jié)果如圖3所示，可清晰觀測到細(xì)胞的精細(xì)結(jié)構(gòu)。
[0055] 申請人:聲明，本發(fā)明通過上述附圖及實施例來說明本發(fā)明的微流控裝置，但本發(fā)明并不局限于上述附圖及實施例。所屬【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員應(yīng)該明了，對本發(fā)明的任何改進，均落在本發(fā)明的保護范圍和公開范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種可在高倍物鏡下直接觀測的動脈血管模擬微流控裝置，該裝置包括透明的四個部分:微流通道模塊(1)，與其相適配的彈性膜(2)、負(fù)壓產(chǎn)生模塊(3)，以及蓋玻片(10)； 所述四個部分從上到下按微流通道模塊(I)、彈性膜(2)、負(fù)壓產(chǎn)生模塊(3)、蓋玻片(10)的次序依次疊合并共價鍵合在一起； 所述微流通道模塊(I)的底部設(shè)有微流通道(8)，用于流體流動；所述微流通道(8)以彈性膜(2)為底部，所述微流通道(8)的頂部設(shè)有與外部相通的流體入口(4)和流體出口(5)； 所述負(fù)壓產(chǎn)生模塊(3)內(nèi)部設(shè)有貫穿其上、下的負(fù)壓鏤空溝槽(9)，用于產(chǎn)生使彈性膜(2)發(fā)生形變的負(fù)壓；所述負(fù)壓鏤空溝槽(9)位于微流通道(8)的下方，且水平截面積大于微流通道(8)，在所述負(fù)壓鏤空溝槽(9)的頂部且位于微流通道(8)外側(cè)的兩側(cè)分別設(shè)有與外部相通的第一氣路開口(6)和第二氣路開口(7)； 所述彈性膜(2)與蓋玻片(10)的厚度之和< 300 μ m。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的動脈血管模擬微流控裝置，其特征在于，所述共價鍵合是通過等離子氧化處理實現(xiàn)的。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的動脈血管模擬微流控裝置，其特征在于，所述流體入口(4)和流體出口(5)分別通過與其相適配的PE管貫穿、優(yōu)選垂直貫穿微流通道模塊(I)，與外部相通、優(yōu)選與細(xì)胞培養(yǎng)基驅(qū)動系統(tǒng)相連； 優(yōu)選地，所述流體入口(4)和流體出口(5)均為圓形孔，更優(yōu)選地，所述圓形孔的直徑為 0.5mmο
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的動脈血管模擬微流控裝置，其特征在于，所述第一氣路開口(6)和第二氣路開口(7)分別通過與其相適配的PE管貫穿、優(yōu)選垂直貫穿負(fù)壓鏤空溝槽(9)上方的彈性膜(2)和微流通道模塊(1)，與外部相通、優(yōu)選與負(fù)壓發(fā)生器相連； 優(yōu)選地，所述第一氣路開口(6)和第二氣路開口(7)均為圓形孔，更優(yōu)選地，所述圓形孔的直徑為0.5mm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一項所述的動脈血管模擬微流控裝置，其特征在于，所述微流通道模塊(I)、彈性膜(2)和負(fù)壓產(chǎn)生模塊(3)均由聚二甲基硅氧烷材料制成；優(yōu)選地，所述彈性膜(2)表面為光滑或有納米拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5任一項所述的動脈血管模擬微流控裝置，其特征在于，所述負(fù)壓鏤空溝槽(9)的頂部彈性膜與底部蓋玻片不鍵合，其間填充有液體潤滑劑。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6任一項所述的動脈血管模擬微流控裝置，其特征在于，所述微流通道模塊(I)、彈性膜(2)、負(fù)壓產(chǎn)生模塊(3)的長度均為28-35mm，寬度均為20_25mm ;所述微流通道模塊(I)的厚度為2-6mm、優(yōu)選3-5mm;所述彈性膜(2)的厚度為10-100 μ m、優(yōu)選50-100 μ m ;所述負(fù)壓產(chǎn)生模塊(3)的厚度為0.3-0.5mm ;所述蓋玻片(10)的厚度為150-200 μ m;所述彈性膜(2)與蓋玻片(10)的厚度之和< 280 μ m ； 優(yōu)選地，所述微流通道(8)的長度為20-23mm，寬度為2_3mm，高度為200-300 μ m ;所述負(fù)壓鏤空溝槽(9)的長度為25-28mm，寬度為2.5-3.5mm，高度為0.3-0.5mm。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的動脈血管模擬微流控裝置，其特征在于，所述微流通道模塊(I)、彈性膜(2)、負(fù)壓產(chǎn)生模塊(3)的長度均為28mm，寬度均為21.5mm ;所述微流通道模塊(I)的厚度為4mm;所述彈性膜(2)的厚度為100 μ m ;所述負(fù)壓產(chǎn)生模塊(3)的厚度為.0.4mm;所述蓋玻片(10)的厚度為170 μ m ;所述微流通道(8)的長度為20mm，寬度為2mm、高度為200 μ m ;所述負(fù)壓鏤空溝槽(9)的長度為25mm，寬度為3mm，高度為0.3mm。
9.如權(quán)利要求1-8任一項所述的動脈血管模擬微流控裝置的用途，其特征在于，用于動脈血管疾病的病理機制研究和/或藥物篩選； 優(yōu)選地，用于制備動脈血管疾病的病理機制研究或藥物篩選的生物檢測試劑盒。
10.一種包括權(quán)利要求1-8中任一項所述的動脈血管模擬微流控裝置的生物檢測試劑盒; 優(yōu)選地，所述生物檢測試劑盒還包括檢測試劑和緩沖液； 進一步優(yōu)選地，所 述檢測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。
【文檔編號】C12M1/00GK103805511SQ201410054147
【公開日】2014年5月21日 申請日期:2014年2月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月18日
【發(fā)明者】蔣興宇, 黃蓉, 鄭文富, 張偉 申請人:國家納米科學(xué)中心