本发明涉及器官芯片，具体涉及一种基于相似性原理的器官芯片设计方法、系统及器官芯片。
背景技术：
1、器官芯片(oocs)为研究器官的生理、病理和药理学提供了功能强大的体外平台。例如，可通过肠器官芯片研究药物的吸收，通过肝器官芯片研究酒精肝损伤的作用机制，以及通过肠-肝器官芯片研究药物的首过代谢过程。
2、然而，现有器官芯片难以同时再现人体器官的多个生理特性，如几何形状、流体力学环境、氧气梯度等，从而影响实验结果的可靠性。由于关注重点不同，设计出的器官芯片的尺寸、参数均不同。以肠器官芯片设计为例，肠道中的食糜粘度是一个复杂的参数，其会根据食物的组成、消化阶段、个体差异等多种因素而变化，根据现有对不同条件下食糜粘度的研究，计算得到人体肠道的雷诺数范围在0.125-70之间，但现有的肠器官芯片的一些研究中将肠器官芯片的上通道高度定为500μm，为在肠器官芯片建立与在体中相近的氧气梯度，上通道中的雷诺数仅为0.0185；另一些研究中的肠器官芯片设计为再现肠细胞受到0.02dyne/cm2剪切应力，但此时通道内雷诺数为0.0395。这些肠器官芯片中的雷诺数与人体肠道内实际情况相去甚远。
3、可见，尽管现有技术基于不同目的设计了不同的研究参数，但均与实际肠道雷诺数范围相差较多，难以真实再现肠道中流体力学环境。其他器官芯片也存在类似问题，导致在实验中难以同时再现器官的多个生理特征。
技术实现思路
1、为了解决现有技术的不足，本发明的目的是提供一种基于相似性原理的器官芯片设计方法、系统及器官芯片，以使器官芯片更加贴近人体内真实状态。
2、为了实现上述目的，本发明的第一方面，提供了一种基于相似性原理的器官芯片设计方法，包括：
3、确定器官芯片与人体器官的比例尺，得到器官芯片细胞培养区域的几何尺寸；
4、选择器官芯片参数计算依据的无量纲数，并计算在体器官中对应无量纲数的范围；
5、根据细胞在人体器官中受到的剪切应力，结合计算的无量纲数的范围，获取器官芯片中流体的流量范围和通道的尺寸范围；
6、根据比例尺，计算通道特征长度并确定对应的流量大小；
7、根据器官芯片所用材料的氧气渗透特性，确定器官芯片的外部壁面厚度；
8、利用计算流体力学工具模拟验证器官芯片的各参数指标是否满足设计要求，完成器官芯片的设计。
9、本发明的第二方面，提供了一种基于相似性原理的器官芯片设计系统，包括：
10、几何相似模块，被配置为确定器官芯片与人体器官的比例尺，得到器官芯片细胞培养区域的几何尺寸；
11、无量纲数选择模块，被配置为选择器官芯片参数计算依据的无量纲数，并计算在体器官中对应无量纲数的范围；
12、流量及通道尺寸计算模块，被配置为根据细胞在人体器官中受到的剪切应力，结合计算的无量纲数的范围，获取器官芯片中流体的流量范围和通道的尺寸范围；
13、特征长度计算模块，被配置为根据比例尺，计算通道特征长度并确定对应的流量大小；
14、外部壁面厚度计算模块，被配置为根据器官芯片所用材料的氧气渗透特性，确定器官芯片的外部壁面厚度；
15、验证模块，被配置为模拟验证器官芯片的各参数指标是否满足设计要求，完成器官芯片的设计。
16、本发明的第三方面，提供了一种器官芯片，所述器官芯片基于上述第一方面提供的一种基于相似性原理的器官芯片设计方法设计得到。
17、与现有技术相比，本发明的有益效果是：
18、本发明提供了一种基于相似性原理的器官芯片设计方法、系统及器官芯片，基于相似性原理，从几何相似、动力相似的角度设计了器官芯片的各项参数，使得设计的器官芯片与真实在体器官的几何形状、流体力学性能更加相似，从而更加贴近人体内真实状态，有助于提高基于器官芯片的实验结果的可靠性。根据器官芯片的实际流动特征选择关键的无量纲数作为设计参数，使器官芯片与在体器官的无量纲数相等，从而实现流体力学性能相似。以器官中关键指标参数，如细胞受到的剪切应力，为设计验证对象，使得器官芯片能够更加真实准确地模拟人体内器官的功能和相互作用。
19、本发明附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
1.基于相似性原理的器官芯片设计方法，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的基于相似性原理的器官芯片设计方法，其特征在于，所述得到器官芯片细胞培养区域的几何尺寸，包括，根据比例尺对器官结构进行等比例缩放，得到器官芯片细胞培养区域的几何尺寸。
3.如权利要求1所述的基于相似性原理的器官芯片设计方法，其特征在于，所述无量纲数包括斯特劳哈尔数、弗劳德数、欧拉数、雷诺数。
4.如权利要求3所述的基于相似性原理的器官芯片设计方法，其特征在于，基于器官中流体流场的实际状态，选择雷诺数作为器官芯片参数计算依据。
5.如权利要求1所述的基于相似性原理的器官芯片设计方法，其特征在于，所述根据细胞在人体器官中受到的剪切应力，结合计算的无量纲数的范围，获取器官芯片中流体的流量范围和通道的尺寸范围，包括：
6.如权利要求1所述的基于相似性原理的器官芯片设计方法，其特征在于，还包括，在器官芯片表面涂覆pvdc膜，控制氧气从外部环境的渗透。
7.基于相似性原理的器官芯片设计系统，其特征在于，包括：
8.一种器官芯片，其特征在于，所述器官芯片基于如权利要求1-6任一所述的基于相似性原理的器官芯片设计方法设计得到。
9.如权利要求8所述的一种器官芯片，其特征在于，所述器官芯片为肠器官芯片，包括用于模拟肠道的内腔环境的肠器官芯片上通道，和用于模拟肠道血管环境的肠器官芯片下通道，肠器官芯片上通道和肠器官芯片下通道通过覆盖有细胞外基质的肠器官芯片多孔膜隔开；还包括位于肠器官芯片上通道和肠器官芯片下通道两侧的肠器官芯片双通道真空拉伸腔，用于通过改变气压模拟肠道蠕动运动。
10.如权利要求8所述的一种器官芯片，其特征在于，所述器官芯片为肝器官芯片，包括均匀分布的多个肝器官芯片通道，每个肝器官芯片通道均具有一个肝器官芯片通道入口，肝器官芯片通道共同具有一个肝器官芯片通道出口；肝器官芯片通道的下部具有肝器官芯片细胞培养层，且肝器官芯片细胞培养层与肝器官芯片通道间通过肝器官芯片多孔膜隔离。
