本發(fā)明屬于微流，具體涉及用于對胰島或胰島類器官進行灌流培養(yǎng)、功能成像及激素收集的裝置和方法。

背景技術：

1、胰島作為體內(nèi)最重要的血糖調(diào)節(jié)器官，以快速、動態(tài)、脈沖的方式響應血液中葡萄糖濃度的變化并釋放激素，維持體內(nèi)葡萄糖的動態(tài)平衡。胰島細胞功能障礙是導致血糖異常的主要原因之一。對于i型糖尿病患者而言，在嚴格控制下進行胰島素注射被證明是控制血糖最為有效且副作用最小的手段。然而，如果在實際給藥時沒有很好的模擬正常β細胞脈沖式的胰島素分泌方式，常常會導致低血糖。此外，對于糖尿病治療藥物進行體外篩選也要求盡可能復刻體內(nèi)微環(huán)境。因此，研究胰島細胞對葡萄糖響應以及激素釋放的動態(tài)過程對于理解糖尿病的病理學特征以及篩選治療藥物均至關重要。

2、自20世紀70年代開始，已將宏觀灌注系統(tǒng)用于激素分泌的研究。然而宏觀灌注系統(tǒng)操作復雜、很難對流速進行精確控制。近年來，微流芯片因通道尺寸易于調(diào)整、可實現(xiàn)微環(huán)境的動態(tài)改變、以及能夠精確模擬體內(nèi)的快速擴散過程，被廣泛地用于針對胰島的亞器官水平和細胞水平的研究中。例如，mohammed等開發(fā)了用于對待移植的胰島進行質(zhì)量控制的微流芯片，該芯片能夠?qū)εc胰島素分泌相關的鈣濃度變化進行動態(tài)測定[1]。jun等開發(fā)的微流芯片能夠?qū)σ葝u細胞進行長期培養(yǎng)，使其生長為類似胰島的球形聚集體[2]。上述芯片均采用微井的形式將胰島或類胰島球形聚集體捕獲于胰島停留區(qū)。為了實現(xiàn)有效固定，微井往往較深，在較低流速下難以實現(xiàn)有效的擴散混合；而較高的流速易于將較小的胰島沖出，不能實現(xiàn)穩(wěn)定觀測。作為改進，在主通道的側(cè)面設置具有梯形橫截面的捕捉區(qū)，并在主通道的對側(cè)增加出口[3]。雖然通過優(yōu)化梯形的頂角和底角能夠?qū)崿F(xiàn)大部分捕捉區(qū)在水平方向僅捕捉單個胰島，然而為了實現(xiàn)對胰島的有效容納，捕捉區(qū)的厚度為250-300μm，在垂直方向上可能留存多個胰島，這對成像是不利的。us20220356428公開了用于模擬胰腺功能的微流芯片，該芯片通過多孔膜分隔胰島腔室和上皮細胞。雖然該芯片能夠用于研究上皮細胞與胰島細胞的相互作用，然而同時對上下腔室加壓換液使得體系內(nèi)部壓強不穩(wěn)定，難以實現(xiàn)定點長時間觀測。

3、如何精確重構胰島微環(huán)境，在實現(xiàn)與體內(nèi)近似的化學微環(huán)境的同時有效控制芯片內(nèi)部壓強，從而實現(xiàn)單個胰島的生理和病理特征模擬仍然是本領域亟待解決的問題。

技術實現(xiàn)思路

1、在第一方面，本發(fā)明提供了一種微流控芯片，所述微流控芯片由基底和流道層鍵合而成，其中，所述流道層設置有2-4個功能單元；所述功能單元各自獨立地設置有環(huán)境控制模塊以及與所述環(huán)境控制模塊相連的多條主通道；所述環(huán)境控制模塊依次設置有進液口、過濾單元、混合通道、緩沖池、第一柵欄通道以及分支通道；所述主通道依次設置有樣品加載入口、流入通道、胰島停留區(qū)、流出通道以及出口；所述主通道的所述流入通道與所述環(huán)境控制模塊的所述分支通道在交叉口連通；其中，所述混合通道設置有多個交錯魚骨形微混合器；所述交叉口設置有第二柵欄通道；所述胰島停留區(qū)包含臺階結構以及液體疏通道；其中，所述臺階結構具有三層或四層臺階。

2、在第二方面，本發(fā)明提供了利用第一方面所述的芯片對胰島進行成像的方法，所述方法包括：通過樣品加載入口將胰島懸浮液注入所述芯片；通過進液口將灌注液注入所述芯片；以及對胰島停留區(qū)進行成像。

3、在第三方面，本發(fā)明提供了第一方面所述的芯片在胰島的灌注培養(yǎng)、功能成像以及對胰島相關疾病治療藥物進行篩選方面的用途。

技術特征：

1.一種微流控芯片，所述微流控芯片由基底和流道層鍵合而成，其中，所述流道層設置有2-4個功能單元；所述功能單元各自獨立地設置有環(huán)境控制模塊以及與所述環(huán)境控制模塊相連的多條主通道；所述環(huán)境控制模塊依次設置有進液口、過濾單元、混合通道、緩沖池、第一柵欄通道以及分支通道；所述主通道依次設置有樣品加載入口、流入通道、胰島停留區(qū)、流出通道以及出口；所述主通道的所述流入通道與所述環(huán)境控制模塊的所述分支通道在交叉口連通；其中，所述混合通道設置有多個交錯魚骨形微混合器；所述交叉口設置有第二柵欄通道；所述胰島停留區(qū)包含臺階結構以及液體疏通道；其中，所述臺階結構具有三層或四層臺階。

2.如權利要求1所述的微流控芯片，其中，所述流道層設置有2個功能單元；所述功能單元各自獨立地設置有環(huán)境控制模塊以及與所述環(huán)境控制模塊相連的8條主通道；在所述環(huán)境控制模塊中，所述分支通道包含三級分支通道。

3.如權利要求1所述的微流控芯片，其中，所述流道層設置有4個功能單元；所述功能單元各自獨立地設置有環(huán)境控制模塊以及與所述環(huán)境控制模塊相連的4條主通道；在所述環(huán)境控制模塊中，所述分支通道包含兩級分支通道。

4.如權利要求1所述的微流控芯片，其中，所述流道層設置有2個功能單元；所述功能單元各自獨立地設置有環(huán)境控制模塊以及與所述環(huán)境控制模塊相連的4條主通道；在所述環(huán)境控制模塊中，所述分支通道包含一級分支通道；各主通道進一步設置有儲液池，所述儲液池位于胰島停留區(qū)下游；優(yōu)選地，所述儲液池設置于距離所述主通道的所述出口5-8mm處；優(yōu)選地，所述儲液池直徑為4-6mm。

5.如權利要求1-4中任一項所述的微流控芯片，其中，所述各主通道的流入通道和流出通道總長度為8-14mm；

6.如權利要求5所述的微流控芯片，其中，

7.如權利要求1所述的微流控芯片，其中，所述基底層為載玻片，其中，所述載玻片的厚度為1mm或0.2mm。

8.利用權利要求1-7中任一項所述的芯片對胰島進行成像的方法，所述方法包括：通過樣品加載入口將胰島懸浮液注入所述芯片；通過進液口將灌注液注入所述芯片；在芯片內(nèi)提供溶液濃度隨時間變化的環(huán)境；以及對胰島停留區(qū)進行成像；

9.權利要求1-7中任一項所述的微流控芯片或權利要求8所述的方法在胰島的灌注培養(yǎng)、功能成像以及對胰島相關疾病治療藥物進行篩選方面的用途。

技術總結
本發(fā)明涉及一種微流控芯片，所述微流控芯片由基底和流道層鍵合而成，其中，所述流道層設置有2?4個功能單元；所述功能單元各自獨立地設置有環(huán)境控制模塊以及與所述環(huán)境控制模塊相連的多條主通道；所述環(huán)境控制模塊依次設置有進液口、過濾單元、混合通道、緩沖池、第一柵欄通道以及分支通道；所述主通道依次設置有樣品加載入口、流入通道、胰島停留區(qū)、流出通道以及出口；所述主通道的所述流入通道與所述環(huán)境控制模塊的所述分支通道在交叉口連通；其中，所述混合通道設置有多個交錯魚骨形微混合器；所述交叉口設置有第二柵欄通道；所述胰島停留區(qū)包含臺階結構以及液體疏通道；其中，所述臺階結構具有三層或四層臺階。本發(fā)明的微流控芯片可有利地用于對胰島的高通量灌注培養(yǎng)、功能成像以及對胰島相關疾病進行治療的藥物的篩選。

技術研發(fā)人員：湯超,任會霞,張?zhí)烀?楊曉靜
受保護的技術使用者：北京大學
技術研發(fā)日：
技術公布日：2024/8/20