一种用于细胞三维动态培养的微泵芯片

本技术属于生物科学领域，具体涉及一种用于细胞三维动态培养的微泵芯片。

背景技术：

1、细胞作为生命活动的最小活性单元，细胞层面的各类研究在探寻生命规律、研究疾病病理、药物开发及筛选等方面有不可或缺的价值。疾病的研究与药物的开发可以通过动物和人体实验来达到较好的实验效果，但是进行着类活体内的细胞研究违背伦理道德，并且活体实验对操作的技术要求高、实验中活体样本的需求量大，这些缺点限制了活体实验的广泛应用。为了研究并获取各类疾病产生与发展的相关信息，观察和探究细胞的生理状态和病变行为，新兴的细胞体外培养技术已经成为目前细胞层面研究中最重要的方法之一。

2、细胞体外培养作为当前生命科学领域中重要的研究技术，关键在于如何在体外构建与在体生长相似的细胞微环境。细胞微环境是一个动态得物理化学多因素影响得三维生态环境，其特性得变化直接影响细胞的生长与迁移。传统的细胞体外培养不能再现细胞体内三维空间的生长。近年来，微流控芯片凭借其检测效率高、试剂消耗少等优势，成为细胞体外研究的重要实验平台。但是，芯片在建立动态可变的三维细胞微环境的研究方面还比较少，有待完善。

技术实现思路

1、本实用新型的目的在于提供一种用于细胞三维动态培养的微泵芯片，以解决上述的问题。

2、为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种用于细胞三维动态培养的微泵芯片，包括上基板、弹性膜、压电振子、隔膜、下基板；

3、所述上基板包括芯片进口、芯片出口、进口微流道、出口微流道、通孔、细胞培养腔室和压电振子承载平台，在细胞培养腔室中央位置开有凝胶注入口，所述压电振子底部与承载平台用硅胶粘结；

4、所述上基板、弹性膜、下基板依次紧密贴合；所述压电振子、上基板、弹性膜、下基板在依次紧密贴合后构成压电微泵，芯片本体四周边缘用鱼尾夹紧固，微流道两侧通过螺栓实现可拆卸连接。

5、优选的，所述进口微流道包括进口直流道和进口弧形流道并且由进口直流道和进口弧形流道共同构成，所述细胞培养腔室两侧对称分布有二十个窄细微流道，并且长度从左到右先减少后增大。

6、优选的，所述进口直流道下侧流道与芯片进口相连，所述出口微流道右侧与芯片出口相连，所述芯片进口与芯片出口直径相等，且进出口微流道宽度均小于进出口直径。

7、优选的，所述上基板在进口直流道外侧、细胞培养腔室右侧、出口微流道两侧共开设七个用于螺栓连接通孔，所述通孔中心和以上流道间的垂直距离大于通孔半径。

8、优选的，所述压电微泵包括微泵腔室、微泵进口、微泵出口、微泵进口储液槽和微泵出口储液槽，所述微泵进口储液槽右侧位于微泵腔室中，微泵出口储液槽左侧位于微泵腔室中，所述微泵进口位于微泵进口储液槽右侧，且与微泵腔室相通；微泵出口位于微泵出口储液槽右侧，且与出口微流道相通；微泵进口和微泵出口均为圆孔，直径相等，且小于微泵进出口储液槽宽度，所述隔膜为圆形薄膜，直径与压电振子承载平台的内孔相同并用硅胶粘于压电振子底部中心位置，所述压电振子底部除隔膜以外的位置用于硅胶粘于压电承载平台上，所述隔膜下表面与弹性膜上表面以及内孔所围成的区域即为微泵腔室。

9、优选的，所述微泵进口储液槽和微泵出口储液槽尺寸相等且宽度与进出口微流道宽度相等。

10、优选的，所述弹性膜上的微泵进口和微泵出口与微泵进口储液槽和微泵出口储液槽共同构成单向阀，所述压电振子由黄铜基底和压电材料组成。

11、本实用新型的技术效果和优点：

12、1、该芯片将压电微泵与细胞培养有效结合，为细胞生长提供一个动态变化的环境，以达到模拟人体内血液不断循环时细胞生长和迁移状况的效果；

13、2、通过调节施加给压电振子的电压，可改变压电振子的振幅，从而改变输液的流速，压电微泵的灵活性可为细胞培养提供多样的动态环境，拓宽了细胞三维动态培养实验的广度；

14、3、该芯片结构简单、制造方便、成本低廉，且结构组装均为可拆卸方式，方便清洗与维护。

技术特征：

1.一种用于细胞三维动态培养的微泵芯片，其特征在于：包括上基板(3)、弹性膜(2)、压电振子(4)、隔膜(31)、下基板(1)；

2.根据权利要求1所述的一种用于细胞三维动态培养的微泵芯片，其特征在于：所述进口微流道包括进口直流道(19)和进口弧形流道(22)并且由进口直流道(19)和进口弧形流道(22)共同构成，所述细胞培养腔室(25)两侧对称分布有二十个窄细微流道，并且长度从左到右先减少后增大。

3.根据权利要求1所述的一种用于细胞三维动态培养的微泵芯片，其特征在于：还包括进口直流道(19)，所述进口直流道(19)下侧流道与芯片进口(20)相连，所述出口微流道(17)右侧与芯片出口(16)相连，所述芯片进口(20)与芯片出口(16)直径相等，且进出口微流道宽度均小于进出口直径。

4.根据权利要求1所述的一种用于细胞三维动态培养的微泵芯片，其特征在于：所述上基板(3)在进口直流道(19)外侧、细胞培养腔室(25)右侧、出口微流道(17)两侧共开设七个用于螺栓连接通孔(12)，所述通孔(12)中心和以上流道间的垂直距离大于通孔(12)半径。

5.根据权利要求1所述的一种用于细胞三维动态培养的微泵芯片，其特征在于：所述压电微泵包括微泵腔室(18)、微泵进口(15)、微泵出口(14)、微泵进口储液槽(11)和微泵出口储液槽(10)，所述微泵进口储液槽(11)右侧位于微泵腔室(18)中，微泵出口储液槽(10)左侧位于微泵腔室(18)中，所述微泵进口(15)位于微泵进口储液槽(11)右侧，且与微泵腔室(18)相通；微泵出口(14)位于微泵出口储液槽(10)右侧，且与出口微流道(17)相通；微泵进口(15)和微泵出口(14)均为圆孔，直径相等，且小于微泵进出口储液槽宽度，所述隔膜(31)为圆形薄膜，直径与压电振子承载平台(30)的内孔(29)相同并用硅胶粘于压电振子(4)底部中心位置，所述压电振子(4)底部除隔膜(31)以外的位置用于硅胶粘于压电承载平台(30)上，所述隔膜(31)下表面与弹性膜(2)上表面以及内孔(29)所围成的区域即为微泵腔室(18)。

6.根据权利要求5所述的一种用于细胞三维动态培养的微泵芯片，其特征在于：所述微泵进口储液槽(11)和微泵出口储液槽(10)尺寸相等且宽度与进出口微流道宽度相等。

7.根据权利要求1所述的一种用于细胞三维动态培养的微泵芯片，其特征在于：所述弹性膜(2)上的微泵进口(15)和微泵出口(14)与微泵进口储液槽(11)和微泵出口储液槽(10)共同构成单向阀，所述压电振子由黄铜基底(27)和压电材料(26)组成。

技术总结
本技术公开了一种用于细胞三维动态培养的微泵芯片，包括上基板、弹性膜、压电振子、隔膜、下基板；所述上基板包含芯片进出口、进出口微流道、通孔、细胞培养腔室和压电振子承载平台，在细胞培养腔室中央位置开有凝胶注入口，压电振子底部与承载平台用硅胶粘结；所述上基板、弹性膜、下基板依次紧密贴合，芯片四周边缘处用鱼尾夹紧固，微流道两侧通过螺栓实现可拆卸连接；所述压电振子、上基板、弹性膜、下基板在依次紧密贴合后构成压电微泵；所述下基板包含微泵进出口储液槽和通孔；该芯片能够实现流体单向持续流动与细胞培养，为探究细胞在特定培养基或药物持续流动地培养下的生长与迁移提供新平台。

技术研发人员：朱晓璐,郭志齐
受保护的技术使用者：河海大学
技术研发日：20240118
技术公布日：2024/10/21