(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210804718.0 (22)申请日 2022.07.08 (71)申请人 电子科技大 学 地址 611731 四川省成 都市高新区 （西区） 西源大道 2006号 (72)发明人 范娜　冯港飞　彭倍　 (74)专利代理 机构 电子科技大 学专利中心 51203 专利代理师 陈一鑫 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) G06T 17/00(2006.01) (54)发明名称 一种应用 于具有拓扑结构的微流控芯片的 血管生长方法 (57)摘要 该发明公开了一种应用于具有拓扑结构的 微流控芯片的血管生长方法， 属于血管生长仿真 领域。 本发明首先设定微流控芯片的微流道拓 扑， 在拓扑结构中仿真血管的生长， 判断血管尖 端细胞的生长方向， 生长速度， 在血管的生长过 程中， 引入微流道壁的的约束条件， 严格的仿真 了血管在微流道中的生长过程， 本发 明构建的具 有拓扑结构的微流控芯片上进行血管再生模拟 能够适应多种微流控芯片的结构， 在各种微流控 芯片结构下均能够形成不同的血管网络， 能够为 实验的设定和预 先模拟提供较为良好的参 考。 权利要求书1页 说明书6页 附图4页 CN 115391976 A 2022.11.25 CN 115391976 A 1.一种应用于具有拓扑 结构的微 流控芯片的血 管生长方法， 该 方法包括： 步骤1： 构建具有拓扑 结构的微 流控芯片； 步骤2： 计算VEGF的浓度分布， 根据VEGF的浓度分布计算出VEGF浓度的梯度分布； 所述 VEGF是又到血管生长的物质， 血 管总是向着VEGF浓度高的方向生长； 步骤3： 将步骤2得到的VEGF的浓度分布和VEGF浓度的梯度分布设置于步骤1构建的微 流控芯片上； 初始化血管的起始血管芽， 血管芽顶部的尖端细胞感受VEGF的浓度决定生长 方向， 初始化 i＝0； 步骤4： 遍历旧的尖端细胞， 判断第i个尖端细胞是否满足激活维持条件， 若满足， 则判 断此尖端细胞 是否满足分支条件， 否则进入步骤8； 所述激活维持条件为： 尖端细胞周围存在VEGF浓度梯度足以让尖端细胞判断出生长方 向， 其次尖端脓细胞周围具有足够的内皮细胞密度， 方便尖端细胞的生长； 所述VEGF浓度梯 度和内皮细胞密度根据实际情况设定； 所述分支条件为： 计算分支的概率因子ξ， 该计算出 的概率因子大于设定阈值则满足分支条件， 否则不满足分支条件； 若满足分支条件则移动标志数置为2， 若不满足则移动标志数置为1， 移动标志数表示 移动的方向个数； 步骤5： 根据当前位置的VEGF的浓度分布计算该尖端脑细胞的最终移动方向， 判断沿移 动方向延伸的第一个格点是否属于血管域， 血管域表示血管所占位置组成的集合， 若 是， 则 进入步骤6， 否则， 判断沿移动方向延伸的第二个格点是否属于血管域； 若属于血管域， 则将 沿移动方向的第一个格点置为血管域， 并不再向新尖端细胞域中更新第一个格点的位置， 进入步骤6， 否则， 判断沿移动方向延伸的第二个格点是否属于芯片通道壁； 若属于芯片通 道壁， 则进入步骤6， 否则计算尖端细胞的移动速度， 速度大于 设定阈值移动两个格点， 速度 小于阈值移动一个 格点， 然后将该位置更新至新尖端细胞域中， 进入步骤7； 计算尖端细胞移动速度的方法为： 其中， 表示第i个尖端细胞的移动速度， c为VEGF浓度梯度， ▽为梯度运算， K为扰动 矩阵， 二维情况 下的K为 其中， θ 为细胞移动过程中偏离各种趋向诱 导作用决定方向的角度范围； 步骤6： 该尖端脓细胞保持静止， 同时将其 位置更新至新尖端细胞域中； 步骤7： 移动标志数减1， 判断移动标志数是否等于0， 若是， 则 进入步骤9， 否则进入步骤 5； 步骤8： 判断尖端细胞的参与存活时间是否小于0， 若是， 则不再向新尖端脓细胞域中更 新其位置， 进入步骤9， 否则参与存活时间减1， 尖端细胞保持静止， 并将其位置更新至新尖 端细胞域中， 进入步骤9； 步骤9： 判断第 i个尖端细胞是否为最后一个尖端细胞， 若是， 则将新尖端细胞域更新至 旧尖端细胞域， 新尖端细胞域 致为空， 进入步骤10， 否则将i加1， 然后进入步骤4； 步骤10： 判断是否阿道时间步数， 若是， 则技 术细胞生长， 否则， 进入步骤3 。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115391976 A 2一种应用于具有拓扑结构的微流控芯片的血 管生长方 法 技术领域 [0001]本发明涉及血 管生长仿真领域。 背景技术 [0002]现有的血管生长方法都是在整个生长基质中进行生长仿真， 目前较为前沿的相场 理论被应用于血管生长的过程中， Travasso R,E Corvera Poir é,Castro M,et al.Tumor Angiogenesis and Vascular Patterning:A Mathematical Model[J].PLoS ONE,2011,6 (5):e19989， 其模型能够反映血管直径的变化。 但是相场血管模型的构建中还存在以下问 题： [0003](1)相场血管模型的控制 方程具有四阶微分次数， 因此稳定的求解此方程难度较 高。 Vilanova等使用 IGA的方法进行求 解， 但是求 解过程复杂， 不 易实现。 [0004](2)相场血管模型在3D层面成功构建的研究非常少， 传统方法构建的3D血管形态 十分杂乱， 无法清楚的辨别分支和融合， 因此与实际的3D毛细血 管网络差异较大。 [0005]并且现有技 术中没有针对在微 流控芯片中进行 血管生长的方法。 发明内容 [0006]本发明针对现有技术中血管生长仿真计算难度高， 没有针对微流控芯片生长的相 应技术方案的问题， 提出了一种应用于具有拓扑结构的微流控芯片的血管生长方法， 是在 血管在微流控芯片中的生长过程的计算。 [0007]本发明技术方案为一种应用于具有拓扑结构的微流控芯片的血管生长方法， 该方 法包括： [0008]步骤1： 构建具有拓扑 结构的微 流控芯片； [0009]步骤2： 计算VEGF 的浓度分布， 根据VEGF 的浓度分布计算出VEGF浓度的梯度分布； 所述VEGF 是 又到血管生长的物质， 血 管总是向着VEGF浓度高的方向生长； [0010]步骤3： 将步骤2得到的VEGF的浓度分布和VEGF浓度的梯度分布设置于步骤1构建 的微流控芯片上； 初始化血管的起始血管芽， 血管芽顶部的尖端细胞感受VEGF的浓度决定 生长方向， 初始化 i＝0； [0011]步骤4： 遍历旧的尖端细胞， 判断第i个尖端细胞是否满足激活维持条件， 若满足， 则判断此尖端细胞 是否满足分支条件， 否则进入步骤8； [0012]所述激活维持条件为： 尖端细胞周围存在VEGF浓度梯度足以让尖端细胞判断出生 长方向， 其次尖端脓细胞周围具有足够的内皮细胞密度， 方便尖端细胞的生长； 所述VE GF浓 度梯度和内皮细胞密度根据实际情况设定； 所述分支条件为： 计算分支的概率因子ξ， 该计 算出的概 率因子大于设定阈值则满足分支条件， 否则不满足分支条件； [0013]若满足分支条件则移动标志数置为2， 若不满足则移动标志数置为1， 移动标志数 表示移动的方向个数； [0014]步骤5： 根据当前位置的VEGF的浓度分布计算该尖端脑细胞的最终移动方向， 判断说　明　书 1/6 页 3 CN 115391976 A 3