一種三脈管肝芯片設(shè)計(jì)研究.pdf

1、當(dāng)前，肝芯片迅速發(fā)展，其已成為藥物篩選、藥物安全測(cè)試、肝臟疾病研究等的重要工具。目前的肝芯片主要包括索狀肝芯片、血管網(wǎng)絡(luò)狀肝芯片、腺泡狀肝芯片、六邊形狀肝芯片等，這些肝芯片仍存在諸多不足，比如沒有構(gòu)建門靜脈-肝動(dòng)脈-中央靜脈系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱三脈管系統(tǒng)），沒有實(shí)現(xiàn)肝動(dòng)脈與門靜脈血管之間在血液流動(dòng)、營(yíng)養(yǎng)物供給等方面的差異，從而無(wú)法模擬肝小葉區(qū)血液微循環(huán)。據(jù)此，本文基于肝小葉生理結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)了一款高度仿生的肝芯片，主要工作內(nèi)容如下:
　　首先，

2、基于門靜脈血和肝動(dòng)脈血在肝竇匯流進(jìn)入中央靜脈這一特征，設(shè)計(jì)了三脈管肝芯片，其主要包括門靜脈、肝動(dòng)脈、中央靜脈微通道和細(xì)胞培養(yǎng)區(qū)域。針對(duì)該芯片，本文基于亞硫酸鈉與氧反應(yīng)的原理，還設(shè)計(jì)了氧芯片，定量控制肝芯片肝動(dòng)脈、門靜脈進(jìn)口的溶解氧濃度，從而模擬了生理水平的肝動(dòng)脈、門靜脈血液氧濃度的差異性。
　　其次，實(shí)驗(yàn)確認(rèn)了氧芯片和肝芯片的性能。根據(jù)氧芯片輸出的氧濃度，驗(yàn)證了供氧的穩(wěn)定性，并建立了亞硫酸鈉濃度與培養(yǎng)基氧濃度的對(duì)應(yīng)關(guān)系。肝細(xì)胞在芯

3、片中培養(yǎng)五天后，通過熒光染色，確認(rèn)了肝細(xì)胞的高存活率;通過測(cè)量培養(yǎng)基尿素和白蛋白濃度，確認(rèn)了肝細(xì)胞的代謝和蛋白合成功能。
　　然后，理論分析了肝芯片氧輸運(yùn)性能。通過氧輸運(yùn)理論建模，本文展現(xiàn)了肝芯片中的血流和氧分布。更進(jìn)一步地，本文基于肝小葉的生理結(jié)構(gòu)和參數(shù)，建立了組織與血管耦合的肝小葉模型，模擬了生理狀態(tài)下血流和氧分布，分析了病理狀態(tài)下（癌細(xì)胞堵塞時(shí)）血流和氧分布的變化以及缺氧導(dǎo)致的組織損傷程度。
　　本文構(gòu)建的高度仿生的三