三维毛细血管网络生物芯片的制造方法技术

技术编号:13340173 阅读:223 留言:0更新日期:2016-07-13 14:58
一种三维毛细血管网络生物芯片的制造方法,包括以下步骤:将高分子水凝胶利用3D生物打印机制成模拟毛细血管的牺牲性三维网络支架;在所述支架周围及构成该支架的水凝胶线之间填充可固化的液态生物相容性高分子材料;待所述液态生物相容性高分子材料固化后,去除所述支架,得到具有中空毛细管网络的微流控芯片;在所述微流控芯片的毛细管网络中种植内皮细胞;培养所述内皮细胞使其贴壁生长内皮化成为毛细血管,从而将所述微流控芯片制成三维毛细血管网络生物芯片。本发明专利技术生物芯片制造方法具有工艺简单,成本低等特点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于生物医学领域,特别涉及一种基于3D生物打印的三维毛细血管网络生物芯片的制造方法。即采用生物打印和组织工程相结合的方法,制造出血管化的生物芯片,应用于药物筛选和体外毛细血管类疾病机理研究模型。
技术介绍
生物打印是2000年后新兴起的生物制造技术,其拥有的无模直写特点在生物加工领域拥有令传统的加工方法无法企及的优势。其可以通过3D建模软件,将设计的结构逐层打印出来,而不需要其他的工序。3D微流控生物芯片技术的目的是将样品的制备、生化反应到检测的整个分析过程集成化为全微分析系统(μTAS),亦即芯片实验室(lab-on-a-chip)。传统设计方法是根据需要设计微流控反应器线路,利用喷绘技术将线路绘在塑胶片或利用微电子工艺的布线技术将图案布在硅片上,硅橡胶从液态到橡胶的硫化过程将线路图案转移到硅橡胶芯片上,硅橡胶层间以及与基底间的键合构成微流控生物芯片。传统的微流控芯片加工过程繁琐,成本也相对较高。在毛细血管类药物筛选和疾病机理研究时,一般使用动物作为药物筛选的模型,但是动物毕竟不是人体,只能是一种间接性的研究,只在一个局部或者某个方面与人类似,与人类疾病存在一定的差异。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种三维毛细血管网络生物芯片的制造方法,以解决传统微流控芯片加工工艺繁琐的技术问题。为实现上述目的,本专利技术采用以下技术方案:一种三维毛细血管网络生物芯片的制造方法,其包括以下步骤:将高分子水凝胶利用3D生物打印机制成模拟毛细血管的牺牲性三维网络支架;在所述支架周围及构成该支架的水凝胶线之间填充可固化的液态生物相容性高分子材料;待所述液态生物相容性高分子材料固化后,去除所述支架,得到具有中空毛细管网络的微流控芯片;在所述微流控芯片的毛细管网络中种植内皮细胞;培养所述内皮细胞使其贴壁生长内皮化成为毛细血管,从而将所述微流控芯片制成三维毛细血管网络生物芯片。在上述的三维毛细血管网络生物芯片的制造方法中,优选地,所述高分子水凝胶为泊洛沙姆407、普朗尼可F127、聚-异丙基丙烯酰胺或者明胶丙烯酸水凝胶,浓度为1-99wt/v%,打印成型的三维网络支架在常温下且无紫外交联的条件下立即保持固态。在上述的三维毛细血管网络生物芯片的制造方法中,优选地,所述可固化的液态生物相容性高分子材料为可以固化的液态硅橡胶、可以固化的液态聚二甲基硅氧烷或者可以固化的液态环氧树脂。在上述的三维毛细血管网络生物芯片的制造方法中,优选地,去除支架的方法包括:将所述支架置于与所述高分子水凝胶具有相容性的液体中浸泡和清洗。在上述的三维毛细血管网络生物芯片的制造方法中,优选地,所述高分子水凝胶为泊洛沙姆407、普朗尼可F127、聚-异丙基丙烯酰胺或者明胶丙烯酸水凝胶,用于去除支架的液体为水、酒精、四氢呋喃或者一四二氧六环。在一些实施方式中,所述三维毛细血管网络生物芯片中具有至少两个直径不同的毛细血管,相应的,在所述的将高分子水凝胶利用3D生物打印机制成模拟毛细血管的牺牲性三维网络支架的步骤中包括:变换打印针头,打印相应直径的水凝胶线。打印针头的直径范围为1微米—1毫米。在另一些实施方式中,所述三维毛细血管网络生物芯片中具有至少两个直径不同的毛细血管,相应的,在所述的将高分子水凝胶利用3D生物打印机制成模拟毛细血管的牺牲性三维网络支架的步骤中包括:使用同一种打印针头,在同一种挤出速率下,调控打印针头的水平移动速度打印相应直径的水凝胶线。还有一些实施方式中,所述三维毛细血管网络生物芯片中具有直径线性变化的毛细血管,相应的,在所述的将高分子水凝胶利用3D生物打印机制成模拟毛细血管的牺牲性三维网络支架的步骤中包括:线性变换打印针头的水平移动速度打印出直径线性变化的水凝胶线。在上述的三维毛细血管网络生物芯片的制造方法中,优选地,在所述微流控芯片的毛细管网络中种植内皮细胞的步骤包括:制备规定浓度的内皮细胞;对所述微流控芯片先进行无菌处理,再用纤连蛋白溶液做润洗灌注处理;然后将所述规定浓度的内皮细胞注入到上述处理后的微流控芯片的毛细管网络中。培养所述内皮细胞使其贴壁生长内皮化成为毛细血管,从而将所述微流控芯片制成三维毛细血管网络生物芯片的步骤包括:种植内皮细胞后先静置培养一段时间,然后将所述微流控芯片翻转后再静置培养一段时间,最后用PBS清洗微流控芯片的毛细管网络,在毛细管网络中注入新鲜培养基培养使细胞传代长满管道内壁。在上述的三维毛细血管网络生物芯片的制造方法中,优选地,所述液态生物相容性高分子材料的固化采用常温固化;在所述支架周围及构成该支架的水凝胶线之间填充可固化的液态生物相容性高分子材料的步骤包括抽真空以去除气泡。本专利技术生物芯片制造方法具有工艺简单,成本低等特点。具体实施方式本专利技术生物芯片制造方法使用3D生物打印机在载玻片上打印高分子水凝胶制成模拟毛细血管的牺牲性三维网络支架,再在所述支架周围及构成该支架的水凝胶线之间填充液态生物相容性高分子材料,等生物相容性高分子材料固化之后,除去牺牲性三维网络支架,获得具有中空的毛细管网络的微流控芯片,再在微流控芯片的毛细管网络中种上内皮细胞,体外培养,让内皮细胞血管化成为血管,从而制成具有毛细血管网络的生物芯片。相较于传统的生物芯片制造方法,本专利技术方法具有工艺简单,成本低等特点,而且通过调节打印水凝胶线的粗细可以调节芯片内毛细血管的直径,可以实现从1微米到毫米级别的不同尺度的毛细血管网络的形成,也可以制造多层的三维毛细血管网络结构生物芯片。制得的生物芯片可以作为药物筛选的体外血管模型,同时可以作为体外毛细血管疾病机理研究模型。下面结合具体实例对本专利技术做进一步说明。一些实施例三维毛细血管网络生物芯片的制造方法包括以下步骤:步骤1,配置浓度为60wt/v%的高分子水凝胶泊洛沙姆407作为牺牲性高分子水凝胶,进行超声处理,使其均匀混合,抽真空除去里面的气泡。然后利用3D生物打印机将处理好的水凝胶在载玻片上面打印,获得模拟毛细血管的牺牲性三维网络支架。针头直径100微米。步骤2,在所述牺牲性三维网络支架周围及构成该支架的水凝胶线之间填充可以固化的液态聚二甲基硅氧烷(PDMS),填充完毕之后,抽真空除去多余的气泡,然后在常温下固化,不可加热,以免出现气泡。步骤3,待填充的PDMS固化之后,采用酒精浸泡的办法将三维网络支架去除,得到具有中空毛细管网络的微流控芯片。步骤4,在步骤3制得的微流控芯片的毛细管网络中种植内皮本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种三维毛细血管网络生物芯片的制造方法,其特征在于,该制造方法包括以下步骤:将高分子水凝胶利用3D生物打印机制成模拟毛细血管的牺牲性三维网络支架;在所述支架周围及构成该支架的水凝胶线之间填充可固化的液态生物相容性高分子材料;待所述液态生物相容性高分子材料固化后,去除所述支架,得到具有中空毛细管网络的微流控芯片;在所述微流控芯片的毛细管网络中种植内皮细胞;培养所述内皮细胞使其贴壁生长内皮化成为毛细血管,从而将所述微流控芯片制成三维毛细血管网络生物芯片。

【技术特征摘要】
1.一种三维毛细血管网络生物芯片的制造方法,其特征在于,该制造方法包括以下步
骤:
将高分子水凝胶利用3D生物打印机制成模拟毛细血管的牺牲性三维网络支架;
在所述支架周围及构成该支架的水凝胶线之间填充可固化的液态生物相容性高分子
材料;
待所述液态生物相容性高分子材料固化后,去除所述支架,得到具有中空毛细管网络
的微流控芯片;
在所述微流控芯片的毛细管网络中种植内皮细胞;
培养所述内皮细胞使其贴壁生长内皮化成为毛细血管,从而将所述微流控芯片制成三
维毛细血管网络生物芯片。
2.如权利要求1所述的三维毛细血管网络生物芯片的制造方法,其特征在于:所述高
分子水凝胶为泊洛沙姆407、普朗尼可F127、聚-异丙基丙烯酰胺或者明胶丙烯酸水凝胶,
浓度为1-99wt/v%,打印成型的三维网络支架在常温下且无紫外交联的条件下立即保持固
态。
3.如权利要求1所述的三维毛细血管网络生物芯片的制造方法,其特征在于:所述可
固化的液态生物相容性高分子材料为可以固化的液态硅橡胶、可以固化的液态聚二甲基硅
氧烷或者可以固化的液态环氧树脂。
4.如权利要求1所述的三维毛细血管网络生物芯片的制造方法,其特征在于,去除支
架的方法包括:将所述支架置于与所述高分子水凝胶具有相容性的液体中浸泡和清洗。
5.如权利要求4所述的三维毛细血管网络生物芯片的制造方法,其特征在于:所述高
分子水凝胶为泊洛沙姆407、普朗尼可F127、聚-异丙基丙烯酰胺或者明胶丙烯酸水凝胶,
用于去除支架的液体为水、酒精、四氢呋喃或者一四二氧六环。
6.如权利要求1所述的三维毛细血管网络生物芯片的制造方法,其特征在于,所述三
维毛细血管网络生物芯片中具有至少两个直径不同的毛细血管,相应的,在所述的将高分
子水凝胶利用3D生物打印机制成模拟毛细血管...

【专利技术属性】
技术研发人员:李勃朱朋飞许国军王进周济
申请(专利权)人:清华大学深圳研究生院
类型:发明
国别省市:广东;44

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