一種靈活產生形態各異性細胞模塊的方法及應用，本發明專利技術以聚二甲基硅氧烷（PDMS）芯片上的微通道為模具，通過灌注、固化的方法產生明膠、膠原、聚乙二醇等具有生物相容性膠類聚合物的模塊，并且將該模塊作為細胞生長的支架應用于組織的體外組裝及修復；同時，本發明專利技術在微模具內引入了氣壓可控的PDMS薄膜結構，可以將其內部產生的模塊進行主動釋放。本發明專利技術可以簡單、快速、靈活的產生各種形態的可固化膠類聚合物模塊，并且使其從模具中主動釋放，有利于保持這些模塊結構的完整性；期望提供一種靈活可控的細胞支架生成方法，并且在組織工程及再生醫學中得到應用。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于微流控技術、材料化學、組織工程、再生醫學等領域，具體涉及一種靈活產生形態各異性細胞模塊的方法及應用。
技術介紹
組織工程及再生醫學是現在醫學、生物領域最為關注的熱點之一，而在體外模擬再生人體的功能組織在解決病人組織損傷、器官移植等問題中具有較大的潛力。近年來，在體外模擬再生人體的功能組織主要有兩種思路1、通過定向誘導克隆的方法使干細胞直接分化為特定組織器官；2、按照原始組織器官內細胞的空間分布，直接將細胞排列成相應組織的形狀。而細胞模塊(cell block)概念的出現，為第二種思路通過了一個有效可行的技術平臺。細胞模塊是指具有特定形狀三維支架并且在其內部或表面附著有細胞，將這些細胞模塊拼裝在一起，便可以體外模擬組織器官。現在產生細胞模塊的方法主要有兩種水凝膠定點曝光法及模具法。水凝膠定點曝光法是指將水凝膠類聚合物通過定點曝光的方法使其固化，形成特定形狀的模塊，再用于細胞培養(Yanan Du、Edward Lo elt. PNAS2008vol. 105no. 289522-9527)。但該方法的缺陷在于支架使用的材料有限，并且水凝膠類聚合物的生物相容性及可降解性與蛋白類材料相比較差。模具法即是指利用特定形狀的模具通過鑄模的方法得到相應形狀的模塊，但此方法的缺陷在于細胞模塊中常使用的材料機械強度較軟，其在模具中固化成型后難以完整的釋放出來。所以實際應用中，模具法產生的模塊形狀都比較簡單，如果要產生復雜模塊，則常常要選擇機械強度高但生物相容性略差的聚合物材料(Wonjae Lee and Jon ParkAdv. Mater. 2012vol. 24No. 395339-5344)。本專利技術涉及以一種可以主動釋放模具中細胞模塊的方法，用于廣泛材料的、形態復雜的細胞模塊的產生。
技術實現思路
本專利技術的目的是提供一種靈活產生形態各異性細胞模塊的方法及應用，該方法解決了現有模具法細胞模塊生成過程中材料可選擇范圍小、模塊完整性保持及釋放困難等問題；并且在體外組織重建及臨床組織修復中具有應用潛力。本專利技術提供了一種靈活產生形態各異性細胞模塊的方法，該方法的具體步驟如下——利用常規軟光刻的方法，產生具有特定通道結構的PDMS塊并且在通道結構的中間打孔，同時，將一塊彈性薄膜(10-100微米厚)與上述帶有結構的PDMS塊不可逆封接，作為模具的下層；—將一塊無結構的PDMS塊兩端打孔為加樣液池，作為模具上層，并通過PDMS聚合物間靜電力與下層模具可逆封接，形成完整模具；——在模具上層的加樣液池中加入膠體溶液；——在模具下層的氣孔中施加0. 02-0. 04MPa負壓，使夾在中間的PDMS薄膜產生形變，從而在模具上下兩層之間形成了而形成了空腔并產生負壓，負壓將兩端液池中的膠體溶液吸到通道中并注滿整個模具；—模具空腔內的膠體溶液通過紫外曝光(用于水凝膠)、37度加熱(用于膠原)、 真空干燥(用于明膠)等方式固化，形成特定形狀的膠體模塊；—將上層PDMS模具揭開，并且將下層模具氣路內的負壓變為O.03MPa正壓，使 PDMS薄膜向上凸起，將已固化的膠體模塊從通道中釋放出來；——將膠體模塊作為細胞支架進行細胞培養，生成細胞模塊。本專利技術提供的靈活產生形態各異性細胞模塊的方法，所述模具材料為PDMS，模具中的氣控薄膜材料為PDMS膜，保鮮膜、醋酸纖維素膜等彈性薄膜。其中，PDMS膜可以通過甩膠操作(1000-5000轉/分鐘，30秒)獲得；保鮮膜、醋酸纖維素膜可以從公司購買。PDMS 模具上的微結構由常規軟光刻方法制成；模具上微結構的樣子與尺寸決定了細胞模塊的形狀及尺寸。本專利技術提供的靈活產生形態各異性細胞模塊的方法，所述的膠體溶液可以為明膠、膠原、聚乙二醇等生物相容性好并且可以在光照、加熱等特定條件下由液態轉變為固態的膠類聚合物。本專利技術提供的靈活產生形態各異性細胞模塊的方法，所述制作過程可以實現膠體溶液的自動灌注與固化后膠體模塊的主動釋放。上述操作是通過控制模具間的一層PDMS 膜形變實現的。模具制作完成后，及結構分為上中下三層上層為帶有液池的PDMS蓋片； 中間層為PDMS薄膜；下層為帶有灌注通道及氣孔的PDMS底座。其中，中間的PDMS薄膜與上層PDMS蓋片間為可逆封接，且沒有縫隙；而PDMS薄膜與下層PDMS底座為不可逆封接， 且該薄膜在灌注通道處懸空，即留有空間。鑄模操作過程如下1、將膠體溶液加在上層蓋片的液池中，此時上層蓋片與中間的PDMS膜密封，液體不流動；2、在下層底座的氣孔中施加O. 02-0. 04MPa的負壓，是中間PDMS膜發生形變并貼附在下層灌注通道上，此時，在中間 PDMS膜與上層蓋片間出現了一個新的灌注通道且通道中為負壓；3、膠體溶液在負壓作用下流入灌注通道；4、在特定條件下使聚合物溶液固化；5、揭掉上層蓋片；6、將底座氣孔中的負壓改為O. 02-0. 04MPa的正壓，使PDMS膜向上凸起 ，釋放出模塊。從而完成了膠體溶液的自動灌注與固化后膠體模塊的主動釋放。本專利技術提供的靈活產生形態各異性細胞模塊的方法，所述模塊可以在組織修復， 體外組織模擬中得到應用。在膠體模塊中，可以有兩種施加細胞的方法I、模塊生成后再接種細胞，形成細胞生長在外部的細胞模塊；2、在灌注模塊時直接灌注細胞膠體懸液，形成細胞生長在內部的細胞模塊。得到特定形狀的細胞模塊后，通過拼裝、組和、共培養等方法可以進行組織修復，體外組織模擬等研究。本專利技術提供的靈活產生形態各異性細胞模塊的方法，其優點在于1、操作簡單快速；2、無需昂貴的儀器設備；3、模具可以重復使用，降低成本；4、產生模塊的形狀靈活可控；5、模塊主動釋放有利于保持其完整性；6、模塊可使用的材料廣泛；7、產生的模塊可以靈活的拼裝。附圖說明圖I.制作膠體模塊流程示意圖，其中，I灌注模具；2膠體固化；3、主動釋放；圖2.聚乙二醇為材料制成模塊的實物圖，其中，a、齒輪結構；b、六角星結構；C、兩個齒輪結構進行拼裝；圖3.明膠為材料制成模塊的實物圖，其中，a、熒光標記模塊實物表征圖；b、電鏡表征圖4.明膠模塊為支架外部進行細胞培養，其中，a、培養時間一天；b_c、培養時間5 天;圖5.膠原材料內部生長細胞的細胞模塊，其中，a、40倍放大視野；b、100倍放大視圖6.以明膠為材料的細胞模塊模擬拼裝人體內臟結構，其中，a、明場照片；b、熒光照片；c_d、腦、胃局部放大照片。具體實施方式下面的實施例將對本專利技術予以進一步的說明，但并不因此而限制本專利技術。實施例I :靈活產生形態各異性細胞模塊的方法，如圖I所示，其具體步驟如下——利用常規軟光刻的方法，產生具有特定通道結構的PDMS塊并且在通道結構的中間打孔，同時，將一塊彈性薄膜(10-100微米厚)與上述帶有結構的PDMS塊不可逆封接， 作為模具的下層；—將一塊無結構的PDMS塊兩端打孔為加樣液池，作為模具上層，并通過PDMS聚合物間靜電力與下層模具可逆封接，形成完整模具；——在模具上層的加樣液池中加入膠體溶液；——在模具下層的氣孔中施加O. 02-0. 04MPa負壓，使夾在中間的PDMS薄膜產生形變，從而在模具上下兩層之間形成了而形成了空腔并產生負壓，負壓將兩端液池中的膠體溶液吸到通道中并注滿整個模具；——模具空腔內的膠體溶液通本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種靈活產生形態各異性細胞模塊的方法，其特征在于：該方法的具體步驟如下：——利用常規軟光刻的方法，產生具有特定通道結構的PDMS塊并且在通道結構的中間打孔，同時，將一塊彈性薄膜與上述帶有結構的PDMS塊不可逆封接，作為模具的下層；——將一塊無結構的PDMS塊兩端打孔為加樣液池，作為模具上層，并通過PDMS聚合物間靜電力與下層模具可逆封接，形成完整模具；——在模具上層的加樣液池中加入膠體溶液；——在模具下層的氣孔中施加0.02?0.04MPa負壓，使夾在中間的PDMS薄膜產生形變，從而在模具上下兩層之間形成了而形成了空腔并產生負壓，負壓將兩端液池中的膠體溶液吸到通道中并注滿整個模具；——模具空腔內的膠體溶液通過固化，形成特定形狀的膠體模塊；——將上層PDMS模具揭開，并且將下層模具氣路內的負壓變為0.03MPa正壓，使PDMS薄膜向上凸起，將已固化的膠體模塊從通道中釋放出來；——將膠體模塊作為細胞支架進行細胞培養，生成細胞模塊。
【技術特征摘要】
1.一種靈活產生形態各異性細胞模塊的方法，其特征在于該方法的具體步驟如下 ——利用常規軟光刻的方法，產生具有特定通道結構的PDMS塊并且在通道結構的中間打孔，同時，將一塊彈性薄膜與上述帶有結構的PDMS塊不可逆封接，作為模具的下層； ——將一塊無結構的PDMS塊兩端打孔為加樣液池，作為模具上層，并通過PDMS聚合物間靜電力與下層模具可逆封接，形成完整模具； ——在模具上層的加樣液池中加入膠體溶液； ——在模具下層的氣孔中施加O. 02-0. 04MPa負壓，使夾在中間的PDMS薄膜產生形變，從而在模具上下兩層之間形成了而形成了空腔并產生負壓，負壓將兩端液池中的膠體溶液吸到通道中并注滿整個模具； ——模具空腔內的膠體溶液通過固化，形成特定形狀的膠體模塊； ——將上層PDMS模具揭開，并且將下層模具氣路內的負壓變為O. 03MPa正壓，使PDMS薄膜向上凸起，將已固化的膠體模塊從通道中釋放出來； ——將膠體模塊作為細胞支架進行細胞培養，生成細胞模塊。2.按照權利要求I所述靈活產生形態...
【專利技術屬性】
技術研發人員：秦建華，張旭，孟昭旭，馬靜云，
申請(專利權)人：中國科學院大連化學物理研究所，
類型：發明
國別省市：
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