CN223813514U - 一种用于细胞实验的微流控装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开用于细胞实验的微流控装置，装置包括封装层、液流层和培养层，培养层上设有多组培养槽；液流层的底面设有多组注液凹槽，注液凹槽设置于培养槽的上方，且注液凹槽和培养槽连通，注液凹槽的两端垂直设有多组中层加样孔和中层引流孔；封装层上设有多组上层加样孔和上层引流孔，上层加样孔和上层引流孔分别对应设置于中层加样孔和中层引流孔的上方；本实用新型提供了可以用于培养肿瘤类器官、同步进行多组实验的装置。

Description

一种用于细胞实验的微流控装置

技术领域

本实用新型涉及实验装置技术领域，具体是一种用于细胞实验的微流控装置。

背景技术

微流控芯片技术(Microfluidics)是把生物、化学、医学分析过程的样品制备、反应、分离、检测等基本操作单元集成到一块微米尺度的芯片上，自动完成分析全过程。由于它在生物、化学、医学等领域的巨大潜力，已经发展成为一个生物、化学、医学、流体、电子、材料、机械等学科交叉的崭新研究领域。

肿瘤类器官将患者肿瘤组织分离获得的肿瘤细胞(含有肿瘤干细胞)在加入一定的细胞因子和小分子建立类似体内的微环境中进行3D培养，形成微型肿瘤模型，其具有与来源肿瘤组织相似的结构特征和功能特性，而且能够在体外3D培养体系中稳定扩增。肿瘤类器官的涉及到三个关键点，第一是取材，第二是培养方案，第三鉴定方案。

公开号为CN202211584503.9的中国专利，一种药物筛选肿瘤类器官芯片以及药物筛选方法，公开了一种药物筛选肿瘤类器官芯片以及药物筛选方法。方法包括微流控芯片制备、双水相溶液准备、单细胞悬液准备、微流体操控、单细胞负载微凝胶产生和胰腺癌类器官的高通量抗癌药筛。该发明以集成了常闭气动泵阀的微流控芯片为技术平台，以预先经交联剂孵育的单细胞悬液为化学反应核心，以水包水液滴为成型模板，通过一步法将单分散的种子细胞负载于微型水凝胶载体中，实现高效的单细胞原位负载、胰腺癌类器官构建和高通量药物筛选。该方法提高了类器官培养环境及起点的一致性，同时也具备液滴微流控技术高通量的特点，实现了高效、高重现性的类器官体外构建和抗癌药物筛选，可在胰腺癌类器官相关的基础研究和转化应用等领域发挥巨大作用。

本申请发明人在长期的实验中发现，微流控装置的结构和培养槽的大小、高度等对肿瘤类器官的培养具有显著的影响。

实用新型内容

本实用新型克服了这些难题，提供了一种可以用于培养肿瘤类器官、同步进行多组实验的微流控装置。

为达此目的，本实用新型提供如下的技术方案：

本实用新型提供了一种用于细胞实验的微流控装置，包括从上至下的封装层、液流层和培养层，所述培养层上设有多组培养槽，每组所述培养槽包括多个相邻设置的培养孔；所述液流层的底面设有多组注液凹槽，所述注液凹槽设置于所述培养槽的上方，且所述注液凹槽和所述培养槽连通，所述注液凹槽的两端垂直设有多组中层加样孔和中层引流孔；所述封装层上设有多组上层加样孔和上层引流孔，所述上层加样孔和所述上层引流孔分别对应设置于所述中层加样孔和所述中层引流孔的上方。

优选的，所述培养孔的高度为0.2-0.3mm。

在本实用新型中，培养孔的高度为0.2-0.3mm，可以促进肿瘤类器官聚集，且不会沉降到培养孔的底部。且培养孔的高度为0.2-0.3mm，不影响药液或培养液的更换。利用不间断的气液交换和机械剪切力的冲刷即可实现药液或培养液的更换，且不影响培养孔中的肿瘤类器官聚集。

优选的，所述注液凹槽的高度为0.3-0.8mm。

在本实用新型中，注液凹槽的高度对产生的气液交换和机械剪切力的大小影响较大。本实用新型注液凹槽的高度为0.3-0.8mm，正好可以模拟细胞在体内的生长环境，促进细胞正常生长。

优选的，所述培养孔的孔径为0.2mm。

优选的，所述培养槽和所述注液凹槽的表面设有疏水涂层。

优选的，所述封装层、所述液流层和所述培养层均为透明材料。

优选的，所述培养槽不少于6组。

在本实用新型中，培养槽不少于6组，且每组都有独立的加样孔和引流孔，可以独立进行实验。特别是药物浓度筛选实验中，可以根据实验进展，调整药物浓度。

本实用新型的第二个方面，提供了一种细胞实验的方法，包括以下步骤：

S1、将封装层、液流层和培养层从上至下封装；

S2、灭菌后，使用真空抽滤法排气；

S3、培养层的多组培养槽中分别加入实验细胞；

S4、自动加液装置两端分别连接上层加样孔和上层引流孔，液流层通过自动加液装置可实现不间断的气液交换和机械剪切力的冲刷，为细胞生长提供与体内更相似的环境；

S5、翻转整个装置，细胞可直接沉降到液流层，通过灌流快速获取细胞。

优选的，所述自动加液装置包括蠕动泵。

优选的，所述细胞实验包括肿瘤类器官细胞的快速原位扩增，多种药物多种处理模式的快速评估、以及评估后细胞的获取，肿瘤类器官与免疫细胞共培养。

优选的，所述培养层上设有多组培养槽，每组所述培养槽包括多个相邻设置的培养孔；所述液流层的底面设有多组注液凹槽，所述注液凹槽设置于所述培养槽的上方，且所述注液凹槽和所述培养槽连通，所述注液凹槽的两端垂直设有多组中层加样孔和中层引流孔；所述封装层上设有多组上层加样孔和上层引流孔，所述上层加样孔和所述上层引流孔分别对应设置于所述中层加样孔和所述中层引流孔的上方。

优选的，所述培养孔的高度为0.2-0.3mm。

优选的，所述注液凹槽的高度为0.3-0.8mm。

优选的，所述培养孔的孔径为0.2mm。

优选的，所述培养槽和所述注液凹槽的表面设有疏水涂层。

优选的，所述封装层、所述液流层和所述培养层均为透明材料。

优选的，所述培养槽不少于6组。

与现有技术相比，本实用新型有益效果及显著进步在于：

1、本实用新型的一种用于细胞实验的微流控装置，通过独特的结构设计，以及培养孔的高度、注液凹槽的高度等参数的调整，使得本实用新型的细胞实验的微流控装置能够模拟正常的体内环境，为细胞，特别是肿瘤类器官的培养和实验创造最佳的实验环境；

2、本实用新型通过实验证实了，本实用新型的用于细胞实验的微流控装置可以用于不同浓度的药物实验、细胞培养和获取实验等。

附图说明

为更清楚地说明本实用新型的技术方案，下面将对本实用新型的实施例所需使用的附图作一简单介绍。

显而易见地，下面描述中的附图仅是本实用新型中的部分实施例的附图，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，但这些其他的附图同样属于本实用新型实施例所需使用的附图之内。

图1为本实用新型实施例1的一种用于细胞实验的微流控装置的爆炸图；

图2为本实用新型实施例1的一种用于细胞实验的微流控装置的俯视图；

图3为本实用新型实施例1的一种用于细胞实验的微流控装置的侧视图；

图4为图2中A处放大图；

图5为本实用新型实施例1的一种用于细胞实验的微流控装置的立体图；

图6为本实用新型实施例2的微流控装置内的细胞生长图；

图7为本实用新型实施例3的微流控装置中细胞药敏实验结果；

图8为本实用新型实施例3的微孔板中细胞药敏实验结果；

图9为本实用新型实施例5的微流控装置共培养体系中化疗药物杀伤肿瘤类器官实验结果；

图10为本实用新型实施例5的微流控装置共培养体系中化疗药物和免疫检查点抑制剂药物联合处理肿瘤类器官实验结果。

图中，1、封装层，2、液流层，3、培养层，1.1、上层加样孔，1.2、上层引流孔，2.1、中层加样孔，2.2、中层引流孔，2.3、注液凹槽，3.1、培养槽。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案、有益效果及显著进步更加清楚，下面，将结合本实用新型实施例中所提供的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

显然，所有描述的这些实施例仅是本实用新型的部分实施例，而不是全部的实施例；基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

需要说明的是，本实用新型的说明书和权利要求书以及本实用新型实施例附图中的术语“第一”、“第二”和“第三”(如果存在)等，仅是用于区别不同的对象，而非用于描述特定的顺序。此外，术语“包括”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

需要理解的是：

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接或活动连接，亦可是成为一体；可以是直接连接，也可以是通过中间媒介的间接连接或是无形的信号连接，甚至是光连接，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。

对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

还需要说明的是，以下的具体实施例可以相互结合，对于其中相同或相似的概念或过程可能在某些实施例中不再赘述。

下面，以具体的实施例对本实用新型的技术方案进行详细说明。

实施例1

如图1-5所示，一种用于细胞实验的微流控装置，包括从上至下的封装层1、液流层2和培养层3，培养层3上设有多组培养槽3.1，每组培养槽3.1包括多个相邻设置的培养孔3.2；液流层2的底面设有多组注液凹槽2.3，注液凹槽2.3设置于培养槽3.1的上方，且注液凹槽2.3和培养槽3.1连通，注液凹槽2.3的两端垂直设有多组中层加样孔2.1和中层引流孔2.2；封装层1上设有多组上层加样孔1.1和上层引流孔1.2，上层加样孔1.1和上层引流孔1.2分别对应设置于中层加样孔2.1和中层引流孔2.2的上方。

在本实施例中，培养孔3.2的高度为0.2mm。

在本实施例中，注液凹槽2.3的高度为0.5mm。

在本实施例中，培养孔3.2的孔径为0.2mm。

在本实施例中，培养槽3.1和注液凹槽2.3的表面设有疏水涂层。

在本实施例中，封装层1、液流层2和培养层3均为透明材料。

在本实施例中，培养槽3.1不少于6组。

本实施例的用于细胞实验的微流控装置的使用方法，包括以下步骤：

S1、将封装层1、液流层2和培养层3从上至下封装；

S2、灭菌后，使用真空抽滤法排气；

S3、培养层3的多组培养槽3.1中分别加入实验细胞；

S4、自动加液装置两端分别连接上层加样孔1.1和上层引流孔1.2，液流层2通过自动加液装置可实现不间断的气液交换和机械剪切力的冲刷，为细胞生长提供与体内更相似的环境；

S5、翻转整个装置，细胞可直接沉降到液流层2，通过灌流快速获取细胞。

在本实施例中，自动加液装置包括蠕动泵。

在本实施例中，细胞实验包括人源肿瘤类器官细胞的快速原位扩增、多种药物多种处理模式的快速评估、以及评估后细胞的获取。

对比例1

对比例的装置，包括从上至下的封装层、液流层和培养层，培养层上设有多组培养槽，每组培养槽包括多个相邻设置的培养孔；液流层的底面设有多组注液凹槽，注液凹槽设置于培养槽的上方，且注液凹槽和培养槽连通，注液凹槽的两端垂直设有多组中层加样孔和中层引流孔；封装层上设有多组上层加样孔和上层引流孔，上层加样孔和上层引流孔分别对应设置于中层加样孔和中层引流孔的上方。

在本实施例中，培养孔的高度为0.5mm。

在本实施例中，注液凹槽的高度为1mm。

在本实施例中，培养孔的孔径为0.5mm。

在本实施例中，培养槽和注液凹槽的表面设有疏水涂层。

在本实施例中，封装层、液流层和培养层均为透明材料。

在本实施例中，培养槽不少于6组。

实施例2人源肿瘤类器官细胞快速原位扩增及获取

采用实施例1的用于细胞实验的微流控装置进行人源肿瘤类器官细胞扩增及获取。扩增方法简要概括如下：

步骤1：将封装层、液流层和培养层从上至下封装；

步骤2：灭菌后，使用真空抽滤法排气；

步骤3：培养层的多组培养槽中分别加入人源肿瘤类器官细胞；

步骤4：自动加液装置两端分别连接上层加样孔和上层引流孔，液流层通过自动加液装置可实现不间断的气液交换和机械剪切力的冲刷，为细胞生长提供与体内更相似的环境；

步骤5：翻转整个装置，细胞可直接沉降到液流层，通过灌流快速获取人源肿瘤类器官细胞。

微流控装置内的细胞生长如图6所示，可见，细胞聚团生长、非贴壁生长。综上所述，本实用新型的微流控装置实现原代肿瘤细胞的非贴壁培养，这样就能实现少量人源肿瘤原代细胞的微流控装置内快速扩增。另外由于微流控装置上部设计了不间断液流系统，从而能实现培养体系的快速气液交换，克服了传统芯片由于间隙空间狭小，细胞生长状态差等不足。此外，细胞在培养或者处理后，将微流控装置本体翻转后，类器官细胞可直接沉降到中间液流层，通过灌流即可实现目的细胞的快速获取，并用于后续实验，从而实现了同一份细胞样品的表型筛选和分子差异分析，保证了后续耐药机理的顺利开展。

本实施例还将对比例1的装置进行人源肿瘤类器官细胞扩增及获取，具体的实验方法同上。结果细胞都聚集在培养层的底部，细胞生长状态不佳。

实施例3多种药物多种处理模式

采用实施例1的用于细胞实验的微流控装置和微孔板(市售的)进行人源肿瘤类器官细胞扩增。扩增方法简要概括如下：

步骤1：在微孔板和微流控装置内分别培养细胞系；

步骤2：并使用相同药物及药物浓度刺激，

步骤3：微孔板使用ATP或者AO/PI法检测细胞活性；而微流控装置药敏检测平台使用荧光定量法检测细胞活性，比对两平台的差异性。

结果如图7和8所示，图7为微流控装置中细胞药敏实验结果，图8为微孔板中细胞药敏实验结果。可见，本实用新型的微流控装置可以同步进行多组实验，且实验细胞聚团生长、非贴壁生长。综上所述，本实用新型的微流控装置由于保留了加样孔和引流孔，通过在外部设计多通道系统，可实现同一培养条件下多种药物组合筛选，细胞需求量小，且可根据细胞对药物的反应，随时调整用药浓度，缩短药敏检测周期，提高药敏检测效率；实现中长期用药指导、序贯用药方案和疗效持续评估。

实施例4体液样本的药敏检测

采用实施例1的用于细胞实验的微流控装置进行体液样本的药敏检测，实验方法简要概括如下：

步骤1：体液样本经过选择性培养后，细胞微团注入微流控装置内，

步骤2：使用自动加液装置实现自动循环给药和提供营养成分；

步骤3：检测各种药物及药物浓度下的各通道内的细胞活性差异。

实施例5肿瘤类器官与免疫细胞共培养

采用实施例1的用于细胞实验的微流控装置和微孔板(市售的)进行肿瘤类器官与免疫细胞共培养，并利用共培养体系进行靶免联合和化免联合药物反应性检测。

步骤1：在微孔板和微流控装置内分别培养类器官；

步骤2：类器官形成后以一定的靶效细胞比例向微流控芯片中加入荧光染料标记的免疫细胞，构建共培养体系；

步骤3：向共培养体系中加入靶向药物、免疫药物或二者共同处理；药物处理4-7天后加入PI染料检测类器官细胞的活性。

结果如图9和10所示，图9为微流控装置共培养体系中化疗药物杀伤肿瘤类器官实验结果，图10为微流控装置共培养体系中化疗药物和免疫检查点抑制剂药物联合处理肿瘤类器官实验结果。图9表明，免疫细胞可以增强低剂量化疗药物对肿瘤类器官的杀伤效果；图10表明，本实用新型的微流控装置可用于评估免疫检查点抑制剂与其他药物联合使用对肿瘤类器官的杀伤效果。

综上所述，本实用新型的微流控装置可以通过添加免疫细胞来构建肿瘤类器官免疫微环境，使其可应用于多维度药物联合治疗疗效评估，丰富了本微流控芯片指导临床药物选择的应用场景。

在上述说明书的描述过程中：

术语“本实施例”、“本实用新型实施例”、“如……所示”、“进一步的”、“进一步改进的技术分方案”等的描述，意指该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中；在本说明书中，对上述术语的示意性表述不是必须针对相同的实施例或示例，而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点等可以在任意一个或者多个实施例或示例中以合适的方式结合或组合；此外，在不产生矛盾的前提下，本领域的普通技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合或组合。

最后应说明的是：

以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非是对其的限制；

尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换，而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围，本领域技术人员根据本说明书内容所做出的非本质改进和调整或者替换，均属本实用新型所要求保护的范围。

Claims (7)

1.一种用于细胞实验的微流控装置，其特征在于，包括从上至下的封装层、液流层和培养层，

所述培养层上设有多组培养槽，每组所述培养槽包括多个相邻设置的培养孔；

所述液流层的底面设有多组注液凹槽，所述注液凹槽设置于所述培养槽的上方，且所述注液凹槽和所述培养槽连通，所述注液凹槽的两端垂直设有多组中层加样孔和中层引流孔；

所述封装层上设有多组上层加样孔和上层引流孔，所述上层加样孔和所述上层引流孔分别对应设置于所述中层加样孔和所述中层引流孔的上方。

2.如权利要求1所述的一种用于细胞实验的微流控装置，其特征在于，所述培养孔的高度为0.2-0.3mm。

3.如权利要求1所述的一种用于细胞实验的微流控装置，其特征在于，所述注液凹槽的高度为0.3-0.8mm。

4.如权利要求1所述的一种用于细胞实验的微流控装置，其特征在于，所述培养孔的孔径为0.2mm。

5.如权利要求1所述的一种用于细胞实验的微流控装置，其特征在于，所述培养槽和所述注液凹槽的表面设有疏水涂层。

6.如权利要求1所述的一种用于细胞实验的微流控装置，其特征在于，所述封装层、所述液流层和所述培养层均为透明材料。

7.如权利要求1所述的一种用于细胞实验的微流控装置，其特征在于，所述培养槽不少于6组。