一种微流控3D仿生牙齿周围组织类器官芯片及其构建方法

一种微流控3d仿生牙齿周围组织类器官芯片及其构建方法
技术领域
1.本发明涉及微流控芯片领域，尤其涉及一种微流控3d仿生牙齿周围组织类器官芯片及其构建方法。

背景技术：

2.仿人体器官芯片技术(organ-on-a-chip)是近年出现的一种革命性新技术，它能在体外建立更加接近真实器官生理功能的微组织模型。该技术是利用微制造和组织工程等技术手段，通过在体外搭建出可供三维组织培养的复杂微流控系统，最终模拟构建出具有特定结构和功能的“器官”，以用来研究对应器官的日常功能、作用机理及生理反应等。器官芯片并不是完整的器官，而是复制特定器官的某个功能所需的最小细胞集，其优势在于：一方面，相比于培养皿中的2d 细胞模型，器官芯片更接近器官组织的微结构及微环境，因此能够更多地呈现出相应的微生理功能；另一方面，相比于动物模型，因器官芯片直接以细胞/组织为实验对象，所以其不仅更能够节约成本，同时具有特异性、有效性和快速性等特点。同时，透明的微流控器官芯片除了能够很好地实现流体控制以用于代谢生物标志物的收集，也有利于对所培养的细胞/组织进行高分辨率、实时的成像，从而满足生理/病理过程的实时检测需求。
3.牙齿是人类和其他很多动物的重要咀嚼器官，人类和很多高等哺乳动物的牙齿为结构复杂的槽生牙，槽生牙包括了牙齿本身坚硬的牙釉质、牙本质和牙根表面的牙骨质，并且它和周围的牙周膜、牙槽骨、牙龈等牙周组织共同组成了具备复杂生物学功能的器官。牙骨质、牙槽骨骨组织及牙周膜是细胞成分相对单一的组织，主要是骨基质陷窝内的牙骨质细胞(cementocytes)、骨细胞(osteocytes)及牙周膜内的成纤维细胞(fibroblasts)等。牙根及牙齿周围组织在咀嚼等生理性加载或正畸力等外界影响因素作用下具备活跃的适应和改建能力。但由于其结构非常复杂，并且牙周多种组织无法完整分离，因此目前针对牙周组织的研究多停留在动物模型或者单种细胞的培养，无法实现牙槽骨、牙骨质、牙周膜等牙周组织的特异性分析或者组织之间相互作用的研究。
4.为了解决上述问题，在现有技术的基础上提供了一种微流控3d 仿生牙齿周围组织类器官芯片及其构建方法。

技术实现要素：

5.本发明的目的是提供一种微流控3d仿生牙齿周围组织类器官芯片及其构建方法，依据牙周组织的生物学特征设计了仿生牙齿类器官芯片，能够模拟牙骨质、牙槽骨骨组织、牙周膜等组织的牙骨质器官芯片、牙槽骨器官芯片、牙周膜器官芯片，并建立多重微环境参数可调的牙周组织类器官；其次，该器官芯片能够分别对各种类型器官芯片模拟加载生理性的流体剪切力与压应力，观察牙骨质细胞、骨细胞以及牙周膜细胞在不同加载条件下的牙周组织改建相关基因的表达差异；再次，还可以加载流体剪切力与压应力的过加载，模拟临床上牙齿移动过程中的过量加力，探索牙周组织中牙根吸收、牙周膜玻璃样变等病理性
改变的可能机制；最后，可以将几类器官芯片并联，通过加载相同的条件，探索牙周组织改建的发生机理；还可以通过微环境的改变(如药物或者其他加载条件)对牙周组织在不同刺激条件下的生物学反应进行探索。
6.本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
7.一种微流控3d仿生牙齿周围组织类器官芯片，所述器官芯片由顶部至底部包括主体层、pdms薄膜和载玻片层，所述主体层包括细胞外基质通道、微流控通道ⅰ和微流控通道ⅱ；所述微流控通道ⅰ和微流控通道ⅱ以所述细胞外基质通道为中轴对称设置；且所述细胞外基质通道、微流控通道ⅰ和微流控通道ⅱ均为顶部开口；
8.所述细胞外基质通道包括依次设置的注入段、组织培养室段和导出段；所述注入段的端部设有通道入口一，所述导出段的端部设有通道出口二；所述通道入口一和通道出口二均延伸至所述器官芯片的顶面外；
9.所述微流控通道ⅰ包括入口段ⅰ、主体段ⅰ和出口段ⅰ；所述入口段ⅰ的端部设有通道入口三，所述出口段ⅰ的端部设有通道出口四，所述通道入口三和通道出口四均延伸至所述器官芯片的顶面外；
10.所述微流控通道ⅱ包括入口段ⅱ、主体段ⅱ和出口段ⅱ；所述入口段ⅱ的端部设有通道入口五，所述出口段ⅱ的端部设有通道出口六；所述主体段ⅰ和主体段ⅱ均与所述组织培养室段相连通。
11.进一步地，所述主体段ⅰ和主体段ⅱ靠近所述组织培养室段一侧的外壁均间隔设有多个阻流体。
12.进一步地，所述组织培养室段内设有培养腔室，所述培养腔室的高度为200μm，所述培养腔室的长度为3mm。
13.进一步地，所述器官芯片的大小为6mm
×
12mm。
14.进一步地，所述主体层由聚二甲基硅氧烷制备得到。
15.进一步地，所述pdms薄膜的孔径为4μm。
16.进一步地，所述器官芯片包括牙骨质器官芯片、牙槽骨器官芯片或牙周膜器官芯片。
17.本发明还提供了一种微流控3d仿生牙齿周围组织类器官芯片的构建方法，步骤如下：
18.s1、将混有目标培养细胞的细胞外基质从通道入口一注入细胞外基质通道；
19.s2、将细胞培养液分别从通道入口三和通道入口五注入，并使所述细胞培养液填满微流控通道ⅰ和微流控通道ⅱ，直到通道出口四和通道出口六的位置均出现液滴；
20.s3、将通道出口四和通道出口五堵塞封住，将注射泵连接到通道入口三或者通道入口五；通过调节注射泵的流速或调整微流控通道ⅰ和微流控通道ⅱ的两侧液压差，在细胞外基质中产生所需的细胞间隙流或流体剪切力。
21.本发明还提供了另一种微流控3d仿生牙齿周围组织类器官芯片的构建方法，步骤如下：
22.a、将混有目标培养细胞的细胞外基质从通道入口一注入细胞外基质通道；
23.b、将细胞培养液分别从通道入口三和通道入口五注入，并使所述细胞培养液填满微流控通道ⅰ和微流控通道ⅱ，直到通道出口四和通道出口六的位置均出现液滴；
24.c、将通道入口五和通道出口六堵塞封住，将注射泵连接到微流控通道入口三或通道入口五；通过调节注射泵的流速或调整微流控通道ⅰ和微流控通道ⅱ的两侧液压差，最终在细胞外基质中产生所需的细胞间隙流或流体剪切力。
25.其中，上述步骤中所述细胞外基质包括水凝胶/微珠/羟基磷灰石等生物材料组成的单一或者混合三维培养支架基质。
26.其中，上述步骤中所采用的牙周组织细胞包括但不仅限于牙骨质细胞、成牙骨质细胞、骨细胞、牙周膜细胞等牙周组织细胞；其来源可能为人、小鼠、大鼠或其他动物来源；其细胞类型可为细胞系或者原代细胞；其分化程度可为干细胞或者成熟体细胞等不同类型。
27.其中，上述步骤中所述混有目标培养细胞的细胞外基质为上述目标培养细胞类型与三维培养支架基质按照一定比例混合。
28.通过上述技术方案，利用聚二甲基硅氧烷(polydimethylsiloxane, pdms)制作器官芯片，芯片大小为6mm
×
12mm，培养腔室高度为 200um，长度为3mm；将混有特定牙周组织细胞的细胞外基质从通道入口一注入至通道出口二，在毛细管被动阀的作用下，细胞外基质能够很好地被限制在组织培养室内；将细胞培养液将分别从通道入口三和通道入口五注入，并使所述细胞培养液填满微流控通道ⅰ和微流控通道ⅱ，直到通道出口四和通道出口六的位置均出现液滴，便于确保微流控通道ⅰ和微流控通道ⅱ中无气泡残存。
29.芯片底面粘附于载玻片层上，载玻片层上面铺有直径为4μm的 pdms薄膜，有助于保证pdms薄膜与pdms之间可以形成200μm 的细胞培养层，通过细胞外基质通道、微流控通道ⅰ和微流控通道ⅱ之间的液体渗透、应用微流控装置进行细胞培养液灌注和多个间隔设置的阻流体调控流体剪切力方向，最终实现不同细胞间隙流或剪切力的调控。
30.综上所述，本发明具有以下有益效果：
31.1.本发明构建了一种能够模拟牙骨质、牙槽骨骨组织、牙周膜等组织的器官芯片，包括牙骨质器官芯片、牙槽骨器官芯片、牙周膜器官芯片，并建立多重微环境参数可调的牙周组织类器官，应用纤维蛋白凝胶等材料作为培养基质，对牙骨质细胞/牙槽骨细胞/牙周膜细胞进行3d培养。
32.2.该器官芯片能够分别对各种类型器官芯片模拟加载生理性的流体剪切力与压应力，模拟生物体内生理性的牙周组织受力、正畸牙移动中的机械力、异常的咬合受力等物理因素的作用；并利用微流控装置/流体压差等方法进行细胞培养液灌注，实现牙骨质/牙槽骨/牙周膜等牙周组织细胞的体外3d仿生培养，观察牙骨质细胞、骨细胞以及牙周膜细胞在不同加载条件下的牙周组织改建相关基因的表达差异。
33.3.本器官芯片还可以加载流体剪切力与压应力的过加载，模拟临床上牙齿移动过程中的过量加力，探索牙周组织中牙根吸收、牙周膜玻璃样变等病理性改变的可能机制，还能通过在培养液中加入药物或者细胞因子等模拟临床或科学研究中各种化学因素的作用。
34.4.可通过在培养腔室上方设计弹性膜及灌注腔室，应用气体/液体的灌注对细胞进行应力加载，构建微流控3d仿生牙齿周围组织类器官芯片。
35.5.本发明的器官芯片结构可以单独用于构建牙齿周围某个特定组织的类器官芯片；同时也可以将不同的类器官芯片进行并联，通过调节影响因素的加载，观察比较不同部位细胞的生物学反应差异。
附图说明
36.图1为本发明实施例1的微流控仿生牙齿类器官芯片主体层的结构示意图ⅰ；
37.图2为本发明实施例1的微流控仿生牙齿类器官芯片主体层的结构示意图ⅱ；
38.图3为本发明实施例1的微流控仿生牙齿类器官芯片主体层的仿真结果图；
39.图4为本发明实施例4的微流控仿生牙齿类器官芯片的三层展开结构图；
40.图5为本发明实施例4的微流控仿生牙齿类器官芯片的键合组装后的顶视图；
41.图6为本发明实施例5的微流控仿生牙齿类器官芯片的三层展开结构图；
42.图7为本发明实施例5的微流控仿生牙齿类器官芯片主体层的键合组装后的顶视图；
43.图8为本发明实施例5的微流控仿生牙齿类器官芯片的一种使用方法示意图；
44.图9为本发明实施例1、实施例4、实施例5的微流控仿生牙齿类器官芯片主体层中细胞外基质的受力示意图；
45.图10为本发明实施例6的牙骨质细胞、成骨细胞及破骨细胞共培养的三层结构图、整体结构图和主体层结构图；
46.图11为本发明实施例7的并联应用示意图；
47.图12为本发明实施例1的微流控仿生牙齿类器官芯片在纵向上的位置关系的展开结构示意图。
48.图中：1、主体层；2、pdms薄膜；3、载玻片层；4、细胞外基质通道；5、微流控通道ⅰ；6、微流控通道ⅱ；7、注入段；8、组织培养室段；9、导出段；10、通道入口一；11、通道出口二；12、入口段ⅰ；13、主体段ⅰ；14、出口段ⅰ；15、通道入口三；16、通道出口四； 17、入口段ⅱ；18、主体段ⅱ；19、出口段ⅱ；20、通道入口五；21、通道出口六；22、阻流体；23、培养腔室。
具体实施方式
49.下面结合附图和实施方式对本发明作进一步的详细说明：
50.实施例1：一种微流控3d仿生牙齿周围组织类器官芯片，如图 12所示，器官芯片由顶部至底部包括主体层1、pdms薄膜2和载玻片层3，如图1至图3所示，主体层1包括细胞外基质通道4、微流控通道ⅰ5和微流控通道ⅱ6；微流控通道ⅰ5和微流控通道ⅱ6以细胞外基质通道4为中轴对称设置；且细胞外基质通道4、微流控通道ⅰ5和微流控通道ⅱ6均为顶部开口；器官芯片的大小为6mm
×
12mm；主体层1由聚二甲基硅氧烷制备得到；pdms薄膜2的孔径为4μm。
51.细胞外基质通道4包括依次设置的注入段7、组织培养室段8和导出段9；注入段7的端部设有通道入口一10，导出段9的端部设有通道出口二11；通道入口一10和通道出口二11均延伸至器官芯片的顶面外。
52.所微流控通道ⅰ5包括入口段ⅰ12、主体段ⅰ13和出口段ⅰ14；入口段ⅰ12的端部设有通道入口三15，出口段ⅰ14的端部设有通道出口四 16，通道入口三15和通道出口四16均延伸至器官芯片的顶面外。
53.微流控通道ⅱ6包括入口段ⅱ17、主体段ⅱ18和出口段ⅱ19；入口段ⅱ17的端部设有通道入口五20，出口段ⅱ19的端部设有通道出口六 21；主体段ⅰ13和主体段ⅱ18均与组织培养室段8相连通。
54.主体段ⅰ13和主体段ⅱ18靠近组织培养室段8一侧的外壁均间隔设有多个阻流体22；组织培养室段8内设有培养腔室23，培养腔室 23的高度为200μm，培养腔室23的长度为3mm。图9(a)为器官芯片中细胞外基质的受力示意图，实线箭头表示细胞间隙流的流动方向。
55.实施例2：一种微流控3d仿生牙齿周围组织类器官芯片的构建方法，步骤如下：
56.s1、将混有目标培养细胞的细胞外基质从通道入口一10注入细胞外基质通道4；
57.s2、将细胞培养液分别从通道入口三15和通道入口五20注入，并使细胞培养液填满微流控通道ⅰ和微流控通道ⅱ，直到通道出口四 16和通道出口六21的位置均出现液滴；
58.s3、将通道出口四16和通道出口五堵塞封住，将注射泵连接到通道入口三15；通过调节注射泵的流速，在细胞外基质中产生所需的细胞间隙流或流体剪切力。
59.实施例3：一种微流控3d仿生牙齿周围组织类器官芯片的构建方法，步骤如下：
60.a、将混有目标培养细胞的细胞外基质从通道入口一10注入细胞外基质通道4；
61.b、将细胞培养液将分别从通道入口三15和通道入口五20注入，并使所述细胞培养液填满微流控通道ⅰ和微流控通道ⅱ，直到通道出口四16和通道出口六21的位置均出现液滴；
62.c、将通道入口五20和通道出口六21堵塞封住，将注射泵连接到微流控通道入口三15；通过调节注射泵的流速，最终在细胞外基质中产生所需的细胞间隙流或流体剪切力。
63.本发明的另一种实施方式如下：
64.实施例4：一种微流控3d仿生牙齿周围组织类器官芯片，为了研究细胞间隙流在三维空间对对特定牙齿周围组织内细胞的影响，相应的微流控芯片采用三层结构设计，如图4至图5所示，包括上层的微流控通道ⅲ、中间层的多孔薄膜和下层的主体层1。上层的微流控通道ⅲ包括入口段ⅲ、主体段ⅲ和出口段ⅲ，入口段ⅲ的端部设有通道入口七，出口段的端部设有通道出口八，通道入口七和通道出口八均延伸至上层结构的顶面外。
65.主体层1包括细胞外基质通道4、微流控通道ⅰ5和微流控通道ⅱ6；微流控通道ⅰ5和微流控通道ⅱ6以细胞外基质通道4为中轴对称设置；细胞外基质通道4包括依次设置的注入段7、组织培养室段8和出口段；注入段7的端部设有通道入口一10，出口段的端部设有通道出口二11；通道入口一10和通道出口二11均延伸至器官芯片的顶面外。
66.微流控通道ⅰ5包括入口段ⅰ12、主体段ⅰ13和出口段ⅰ14；入口段ⅰ12 的端部设有通道入口三15，出口段ⅰ14的端部设有通道出口四16，通道入口三15和通道出口四16均延伸至器官芯片的顶面外；微流控通道ⅱ6包括入口段ⅱ17、主体段ⅱ18和出口段ⅱ19；入口段ⅱ17的端部设有通道入口五20，出口段ⅱ19的端部设有通道出口六21；主体段ⅰ13 和主体段ⅱ18均与组织培养室段8相连通。图9(b)为本器官芯片中细胞外基质的受力示意图。实线箭头表示细胞间隙流的流动方向。
67.其操作步骤如下：
68.a.将混有目标培养细胞的细胞外基质从通道入口一10注入细胞外基质通道4；
69.b.将细胞培养液分别从通道入口三15和通道入口五20注入，并使所述细胞培养液填满微流控通道ⅰ和微流控通道ⅱ，直到通道出口四16和通道出口六21的位置均出现液滴；
70.c.为了在细胞外基质中产生竖直方向的细胞间隙流，将细胞培养液从通道入口七注入，并填满上层的微流控通道ⅲ；随后分别将通道口出四、通道入口五20和通道出口八堵
塞封住；
71.d.将注射泵连接到通道入口三15和通道入口七，通过施加一定的压力，上层的微流控通道ⅲ中的细胞培养液，将通过多孔薄膜由上而下地流入到细胞外基质中并形成竖直方向的细胞间隙流，与此同时，结合水平方向的细胞间隙流，细胞外基质中将最终形成三维的细胞间隙流。
72.通过微流控装置连接于通道入口七或通道入口八，将气体/液体灌注进入通道，pdms薄膜会因膨胀产生形变，并最终转化为对细胞外基质的压应力；当气压变回归至外界大气压时，pdms薄膜回弹至水平状态；加力大小可通过阀门对灌注流量和强度进行控制，实现对细胞外基质周期性或者持续性的机械应力刺激。
73.通过微流控装置连接于通道入口七或通道入口八，将微流控通道ⅲ内的气体/液体抽出，形成负压，pdms薄膜会因此产生形变，并最终转化为对细胞外基质的张应力；负压大小可进行控制，实现对细胞外基质周期性或者持续性的张应力刺激。
74.本发明的另一种实施方式如下：
75.实施例5：一种微流控3d仿生牙齿周围组织类器官芯片，为了同时研究多个不同的力学环境(如流体剪切力和机械应力)对牙齿周围组织内细胞的影响，相应的微流控芯片采用三层结构设计，如图6 至图8所示，包括上层的机械应力控制层，中间层的pdms薄膜和下层的主体层1。上层的机械应力控制层包括微流控通道ⅳ，微流控通道ⅳ的端部设有通道入口九。
76.下层的主体层1包括细胞外基质通道4、微流控通道ⅰ5和微流控通道ⅱ6；微流控通道ⅰ5和微流控通道ⅱ6以细胞外基质通道4为中轴对称设置；细胞外基质通道4包括依次固接的注入段7、组织培养室段8和出口段；注入段7的端部设有通道入口一10，出口段的端部设有通道出口二11；通道入口一10和通道出口二11均延伸至器官芯片的顶面外；微流控通道ⅰ5包括入口段ⅰ12、主体段ⅰ13和出口段ⅰ14；入口段ⅰ12的端部设有通道入口三15，出口段ⅰ14的端部设有通道出口四16，通道入口三15和通道出口四16均延伸至器官芯片的顶面外；微流控通道ⅱ6包括入口段ⅱ17、主体段ⅱ18和出口段ⅱ19；入口段ⅱ17的端部固接有通道入口五20，出口段ⅱ19的端部固接有通道出口六21；主体段ⅰ13和主体段ⅱ18均与组织培养室段8相连通。图9 (c)为本器官芯片中细胞外基质的受力示意图。实线箭头表示细胞间隙流的流动方向，虚线箭头表示pdms薄膜的运动方向。
77.其操作步骤如下：
78.(1)将混有目标培养细胞的细胞外基质从通道入口一10注入细胞外基质通道4；
79.(2)将细胞培养液将分别从通道入口三15和通道入口五20注入，并使所述细胞培养液填满微流控通道ⅰ和微流控通道ⅱ，直到通道出口四16和通道出口六21的位置均出现液滴；
80.(3)将通道入口五20和通道出口六21堵塞封住，将注射泵连接到微流控通道入口三15；通过调节注射泵的流速，最终在细胞外基质中产生所需的细胞间隙流或流体剪切力
81.(4)为了产生对细胞外基质的机械应力，将气泵连接到通道入口九。当微流控通道ⅳ内的气压增大时，pdms薄膜会因膨胀产生形变，并最终转化为对细胞外基质的机械应力；当气压回复至外界大气压时，pdms薄膜会回弹至水平状态；因此，通过周期性地调控上层通道内的气压大小，可对细胞外基质产生规律性的机械应力刺激。
82.其基本原理是通过pdms薄膜的变形，引起细胞外基质(如水凝胶/微珠/羟基磷灰石等材料的三维培养支架)的压缩或者拉伸，从而导致细胞外基质的空隙发生变化，最终对细胞产生拉应力/压应力。同时，其可通过气体压力调节器实现薄膜的不同频率变形，从而大大增加了实验的灵活性。
83.本发明的另一种实施方式如下：
84.实施例6：一种微流控3d仿生牙齿周围组织类器官芯片，采用流体灌注培养模式，如图9所示，整个芯片由三层结构组成，分别是上层的机械应力控制层，中间层为pdms薄膜，下层为主体层1。图 10(a)为本器官芯片的三层结构的展开示意图，图10(b)为器官芯片的整体结构示意图，图10(c)为器官芯片的主体层1的结构示意图。
85.通过上层的机械应力控制层与气泵相连，可使中间的pdms薄膜发生形变，进而实现对下层中间培养腔室23中的组织施加机械刺激。对于下层的主体层1，牙骨质组织培养腔室23段的两侧均是细胞培养液储液池，其中一边为长方形的储液池，另一边为两个相互独立的方形储液池，分别可用于培养成骨细胞与破骨细胞等效应细胞。成骨细胞在体外预先培养于6mm直径玻片上，破骨细胞在体外预先培养于6mm直径骨片上，适时将成骨细胞或破骨细胞放置于相应的储液池中，该结构能够有效解决成骨破骨细胞分化时间不一致及作用条件不一致等诸多研究中的痛点问题。
86.通过流体灌注及气体驱动的微流控调节，能够实现芯片应变加载的精确控制，以便能研究不同应变环境对所建立芯片内3d培养细胞的影响、同时可以观效应细胞不同微流控加载条件下骨改建相关重要基因的表达差异。
87.本发明的另一种实施方式如下：
88.实施例7：一种微流控3d仿生牙齿周围组织类器官芯片的应用，如图11所示，将2个器官芯片并联，通过加载相同的条件，探索牙周组织改建的发生机理；并可以通过微环境的改变，如药物或者其他加载条件，对牙周组织在不同刺激条件下的生物学反应进行探索。
89.本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

技术特征：

1.一种微流控3d仿生牙齿周围组织类器官芯片，其特征是：所述器官芯片由顶部至底部包括主体层(1)、pdms薄膜(2)和载玻片层(3)，所述主体层(1)包括细胞外基质通道(4)、微流控通道ⅰ(5)和微流控通道ⅱ(6)；所述微流控通道ⅰ(5)和微流控通道ⅱ(6)以所述细胞外基质通道(4)为中轴对称设置，且所述细胞外基质通道(4)、微流控通道ⅰ(5)和微流控通道ⅱ(6)均为顶部开口；所述细胞外基质通道(4)包括依次设置的注入段(7)、组织培养室段(8)和导出段(9)；所述注入段(7)的端部设有通道入口一(10)，所述导出段(9)的端部设有通道出口二(11)；所述通道入口一(10)和通道出口二(11)均延伸至所述器官芯片的顶面外；所述微流控通道ⅰ(5)包括入口段ⅰ(12)、主体段ⅰ(13)和出口段ⅰ(14)；所述入口段ⅰ(12)的端部设有通道入口三(15)，所述出口段ⅰ(14)的端部设有通道出口四(16)，所述通道入口三(15)和通道出口四(16)均延伸至所述器官芯片的顶面外；所述微流控通道ⅱ(6)包括入口段ⅱ(17)、主体段ⅱ(18)和出口段ⅱ(19)；所述入口段ⅱ(17)的端部设有通道入口五(20)，所述出口段ⅱ(19)的端部设有通道出口六(21)；所述主体段ⅰ(13)和主体段ⅱ(18)均与所述组织培养室段(8)相连通。2.根据权利要求1所述的一种微流控3d仿生牙齿周围组织类器官芯片，其特征是：所述主体段ⅰ(13)和主体段ⅱ(18)靠近所述组织培养室段(8)一侧的外壁均间隔设有多个阻流体(22)。3.根据权利要求1所述的一种微流控3d仿生牙齿周围组织类器官芯片，其特征是：所述组织培养室段(8)内设有培养腔室(23)，所述培养腔室(23)的高度为200μm，所述培养腔室(23)的长度为3mm。4.根据权利要求1所述的一种微流控3d仿生牙齿周围组织类器官芯片，其特征是：所述器官芯片的大小为6mm
×
12mm。5.根据权利要求1所述的一种微流控3d仿生牙齿周围组织类器官芯片，其特征是：所述主体层(1)由聚二甲基硅氧烷制备得到。6.根据权利要求1所述的一种微流控3d仿生牙齿周围组织类器官芯片，其特征是：所述pdms薄膜(2)的孔径为4μm。7.根据权利要求1所述的一种微流控3d仿生牙齿周围组织类器官芯片，其特征是：所述器官芯片包括牙骨质器官芯片、牙槽骨器官芯片或牙周膜器官芯片。8.根据权利要求1至6任意一项所述的一种微流控3d仿生牙齿周围组织类器官芯片的构建方法，其特征是，步骤如下：s1、将混有目标培养细胞的细胞外基质从通道入口一(10)注入细胞外基质通道(4)；s2、将细胞培养液分别从通道入口三(15)和通道入口五(20)注入，并使所述细胞培养液填满微流控通道ⅰ和微流控通道ⅱ，直到通道出口四(16)和通道出口六(21)的位置均出现液滴；s3、将通道出口四(16)和通道出口五堵塞封住，将注射泵连接到通道入口三(15)或者通道入口五(20)；通过调节注射泵的流速或调整微流控通道ⅰ和微流控通道ⅱ的两侧液压差，在细胞外基质中产生所需的细胞间隙流或流体剪切力。9.根据权利要求1至6任意一项所述的一种微流控3d仿生牙齿周围组织类器官芯片的构建方法，其特征是，步骤如下：
a、将混有目标培养细胞的细胞外基质从通道入口一(10)注入细胞外基质通道(4)；b、将细胞培养液分别从通道入口三(15)和通道入口五(20)注入，并使所述细胞培养液填满微流控通道ⅰ和微流控通道ⅱ，直到通道出口四(16)和通道出口六(21)的位置均出现液滴；c、将通道入口五(20)和通道出口六(21)堵塞封住，将注射泵连接到微流控通道入口三(15)或通道入口五(20)；通过调节注射泵的流速或调整微流控通道ⅰ和微流控通道ⅱ的两侧液压差，最终在细胞外基质中产生所需的细胞间隙流或流体剪切力。

技术总结

本发明公开了一种微流控3D仿生牙齿周围组织类器官芯片及其构建方法，属于微流控芯片领域，其技术方案要点是：器官芯片由顶部至底部包括主体层、PDMS薄膜和载玻片层，主体层包括细胞外基质通道、微流控通道Ⅰ和微流控通道Ⅱ；细胞外基质通道包括依次设置的注入段、组织培养室段和出口段；微流控通道Ⅰ包括入口段Ⅰ、主体段Ⅰ和出口段Ⅰ；微流控通道Ⅱ包括入口段Ⅱ、主体段Ⅱ和出口段Ⅱ；主体段Ⅰ和主体段Ⅱ均与组织培养室段相连通。本发明主要用于模拟器官组织的微结构及微环境，能够更多地呈现出相应的微生理功能；并且，相比于动物模型，器官芯片直接以细胞为实验对象，能够节约成本，且具有特异性、有效性和快速性等优点。有效性和快速性等优点。有效性和快速性等优点。