载有装载的支架的相转移制造技术

本发明专利技术提供了一种制备组合物的方法，所述组合物包含水性介质和设置在水性介质中的第一体积的第一水凝胶，所述方法包括：(i)提供包含第一疏水介质的组合物，并且在第一疏水介质中设置第一体积的第一水凝胶；(ii)围绕第一体积的第一水凝胶设置一定体积的包含水凝胶化合物的水性组合物；(iii)使包含水凝胶化合物的水性组合物形成凝胶，从而形成水凝胶物体，所述水凝胶物体包含第一体积的第一水凝胶和第二体积的第二水凝胶，所述第二体积的第二水凝胶围绕第一体积的第一水凝胶设置；以及(iv)将水凝胶物体从第一疏水介质转移到水性介质中，从而制备组合物，所述组合物包含水性介质和设置在水性介质中的第一体积的第一水凝胶。本发明专利技术进一步提供一种水凝胶物体，所述水凝胶物体包含第一体积的第一水凝胶和第二体积的第二水凝胶，所述第二体积的第二水凝胶围绕第一体积的第一水凝胶设置。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】载有装载的支架的相转移
本专利技术涉及一种制备组合物的方法，所述组合物包含水性介质和设置在水性介质中的第一体积的第一水凝胶。本专利技术还涉及水凝胶物体，所述水凝胶物体包含第一体积的第一水凝胶和第二体积的第二水凝胶，所述第二体积的第二水凝胶围绕所述第一体积的第一水凝胶设置。
技术介绍
先前已经证明，使用实验室制造的3D液滴打印机，可以在油包脂溶液中形成包含数千个皮升(pL)体积液滴的图案化液滴网络(Villar,G.,Graham,A.D.&Bayley,H.Atissue-likeprintedmaterial.Science340,48–52(2013)andWO2014/087175)。由于先前的液滴结构主要在主体油溶液中制备，因此，它们易于脱水，这会导致原始图案的聚结和损失。使用水化腔室可以减少这些问题，因为可以其将结构保持在露点，但是这些方法最终限于实验并且可能应用有限。另外，限于主体油的结构也限制了主体相的交流。通过制造诸如多重体的结构已经部分地避免了这种情况(Villar,G.,Heron,A.J.&Bayley,H.Formationofdropletnetworksthatfunctioninaqueousenvironments.Nat.Nanotechnol.6,803–8(2011))，即，以悬浮在主体水相中的油滴形成的液滴网络，显示出对pH变化的响应并且可以与主体相交换分子。然而，多重体的几何形状因制备方法而受限，目前，多重体仅限于巢状式球状体。因此，有必要相转移水凝胶液滴网络以随时间保持复杂的结构并将分子交换到结构中。专利技术人特别致力于水凝胶体积的相转移，例如载有细胞的3D图案化液滴网络。水凝胶的选择在于提供机械强度，但其也可以充当细胞化支架，允许设置其内的细胞培养成微组织。将微组织发育成生物相关结构高度依赖于不同细胞类型的空间排列。特别地，期望将高分辨率打印方法与支架辅助相转移结合，以合成具有涌现性生物学特性的组织样品。现有方法描述了单个液滴或液滴簇(～1-10)的相转移产生巨大的单层囊泡(GUV)(Pautotetal,Proc.Natl.Acad.Sci.U.S.A.100,10718–10721(2003)；Yamadaetal,Langmuir22,9824–8(2006)；Waldeetal,Chembiochem11,848–65(2010)；Abkarianetal,SoftMatter7,4610(2011)；Yanagisawaetal,J.Am.Chem.Soc.133,11774–9(2011)；Itoetal,SoftMatter9,9539(2013))和多隔室囊泡。这通过使结构通过水溶液上方的油包脂溶液的两相柱的界面来证明(Elani,etal,Chem.Sci.4,3332(2013))。GUV形成方法使用旋转管来施加离心力以帮助相转移。多隔室囊泡方法使用重力介导的方法，依赖于相对于主体相增加内部液滴密度以促进液滴沉降。然而，尽管有先前的努力，相转移较大脂质稳定化液滴网络仍然具有挑战性，因为所有制备结构不仅需要克服油-水界面的表面张力，而且还需要用外部脂质完全包覆(以形成具有内部液滴-液滴双分子层和外部液滴-主体水性双分子层的水性液滴网络)。液滴网络相转移只有两个文献例子(Elani,etal,Chem.Sci.4,3332(2013)和Elanietal,Nat.Commun.5,1–5(2014))。在这些例子中，作者通过两相柱界面相转移致密的蔗糖基液滴。该研究的局限性如下：相转移物种寿命短(一般最大值为1小时)；仅有蔗糖液滴(其非理想的细胞环境)作为示例；液滴体积大(即≥65nL)；网络简单(由2-8个液滴组成)；并且，相转移的发生概率仅为43％或80％(取决于溶液)。因此，本专利技术的一个目的是开发一种方法，该方法允许高分辨率水凝胶体积(可以载有装载)进行相转移而不损失图案保真度。
技术实现思路
鉴于现有技术方法的上述问题，本专利技术人开发了一种将一定体积的水凝胶(例如，载有诸如珠子或生物细胞等装载的图案化液滴网络，例如如图2至5所示)从主体疏水相相转移到主体水相中的技术。这是通过使用多步基于凝胶的方法实现的，该方法造成对图案保真度的最小破坏。本专利技术将珠子或细胞悬浮在水凝胶化合物的溶液(例如琼脂糖基溶液)中，并将其3D打印为图案化液滴网络，随后将其凝胶化，包封在二级稳定凝胶中，然后使用两相柱进行相转移。基本上，液滴网络被转变成凝胶支架，然后下沉通过油-水界面。本专利技术的方法通过包封在固体凝胶内保持图案化装载的位置，如通过相转移之前和之后的成像所示(例如图2)。该方法还会破坏存在的所有内部脂质，这可以通过分别将细胞染料和细胞营养物质掺入主体水相中进行支架内细胞染色和细胞增殖来证明。转移后的凝胶组件包含的内部结构比模塑支架更大(用于基于细胞的实验)。载有细胞的支架可以通过本专利技术的方法转移到渗透平衡的培养基中，然后培养细胞数天。已显示这种转移网络内的生物细胞在支架内可存活、可增殖并可保持其分化能力。本专利技术方法的其他优点如下。本专利技术的方法具有高度可重复性并且具有高成功率。特别地，水凝胶物体最经常发生相转移而不是停留在油-水界面上。这是由于水凝胶基凝胶比下部水溶液更致密，因此它在重力作用下下沉。毫米级支架(通常为1×1×0.4mm3)的相转移已经重复多次(n>100)次，并且根据经验，当放置在柱中而不另加力时，～90％的支架进行转移，而～10％的支架需要轻微的手工机械扰动(即，腔室载玻片以慢速圆周运动旋转)。相比之下，Elanietal,Chem.Sci.4,3332(2013)具有较低的相转移成功率，其为43％，当掺入囊泡时，其上升至80％。不成功的尝试使液滴网络在相转移期间破裂入主体水相。在本专利技术的方法中，水凝胶体积(例如支架)是固体凝胶，并且不存在水凝胶体积与主体相溶解或聚结的风险。该支架可以在室温和细胞培养条件下使用而不降解。这已经在许多实验中得到证实，因为专利技术人经常在支架中培养细胞超过1周。Elanietal,Chem.Sci.4,3332(2013)显示相结构平均寿命为60分钟。与现有技术方法不同，该结构不需要包覆在脂质双分子层中，并且不必将两相柱培养以在油-水界面处形成连续的脂质单层。这意味着水凝胶物体倾向于在约60秒内转移。所有其他GUV和多隔室囊泡方法通常需要将脂质单层培养0.5至4.0小时。本专利技术的方法与高阶液滴网络的水凝胶体积相容。例如，已成功将含有数百个液滴(～1nL体积)的高阶液滴网络转化为水凝胶支架并进行相转移。该方法还与单个大液滴(200nL体积)相兼容。相反，在Elanietal,Chem.Sci.4,3332(2013)中，相转移的最复杂液滴网络相是由七个液滴组成的网络。用本专利技术的方法可以保持高图案保真度。在凝胶化步骤和最终的相转移步骤中自始至终保全设置在一定体积的水凝胶中的装载图案，例如液滴组件中的珠子或细胞，。本专利技术人已经通过相转移支架显示了这一点，该支架由细胞类型2和细胞类型1双分子层组成(例如，如图4所示)。已证实，小分子如细胞染料和细胞营养物质可渗透相转移后的水凝胶体积。使用钙黄绿素-AM和本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.用于制备组合物的方法，所述组合物包含水性介质和设置在所述水性介质中的第一体积的第一水凝胶，所述方法包括：(i)提供一种组合物，其包含第一疏水介质和设置在所述第一疏水介质中的第一体积的第一水凝胶；(ii)围绕所述第一体积的第一水凝胶设置一定体积的包含水凝胶化合物的水性组合物；(iii)使所述包含水凝胶化合物的水性组合物形成凝胶，从而形成水凝胶物体，所述水凝胶物体包含所述第一体积的第一水凝胶和第二体积的第二水凝胶，所述第二体积的第二水凝胶围绕第一体积的第一水凝胶设置；以及(iv)将所述水凝胶物体从所述第一疏水介质转移到水性介质中，从而制备所述组合物，所述组合物包含水性介质和设置在水性介质中的第一体积的第一水凝胶。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.03.01 GB 1603560.2;2016.03.01 GB 1603564.41.用于制备组合物的方法，所述组合物包含水性介质和设置在所述水性介质中的第一体积的第一水凝胶，所述方法包括：(i)提供一种组合物，其包含第一疏水介质和设置在所述第一疏水介质中的第一体积的第一水凝胶；(ii)围绕所述第一体积的第一水凝胶设置一定体积的包含水凝胶化合物的水性组合物；(iii)使所述包含水凝胶化合物的水性组合物形成凝胶，从而形成水凝胶物体，所述水凝胶物体包含所述第一体积的第一水凝胶和第二体积的第二水凝胶，所述第二体积的第二水凝胶围绕第一体积的第一水凝胶设置；以及(iv)将所述水凝胶物体从所述第一疏水介质转移到水性介质中，从而制备所述组合物，所述组合物包含水性介质和设置在水性介质中的第一体积的第一水凝胶。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一体积的第一水凝胶包含一个或多个设置在其中的装载物品。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述一个或多个装载物品是一个或多个生物细胞。4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述第一体积的第一水凝胶还包含培养基。5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述第一体积的第一水凝胶包含液滴组合，所述液滴组合包含多个第一水凝胶液滴。6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述液滴组合包含多个以三维结构排列的所述第一水凝胶的液滴，并且其中所述三维结构中的每个液滴与所述三维结构中的至少一个其他液滴接触。7.根据权利要求5或6所述的方法，其特征在于，所述液滴组合包含50个或更多个第一水凝胶的液滴。8.根据权利要求5至7中任一项所述的方法，其特征在于，所述液滴组合包含：第一批多个所述第一水凝胶的第一批多个液滴，每个所述液滴包含一个或多个设置在所述第一水凝胶中的第一类型生物细胞；和所述第一水凝胶的第二批多个液滴第二批多个，每个所述液滴包含一个或多个设置在所述第一水凝胶中的第二类型生物细胞。9.根据权利要求5至8中任一项所述的方法，其特征在于，所述液滴组合包含一个或多个体积为0.001至100nL的液滴。10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述第一水凝胶包含多糖，优选其中所述第一水凝胶包含琼脂糖。11.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述第一疏水介质包含碳氢化合物和/或硅油，优选其中所述碳氢化合物是C8至C16烷烃，更优选其中碳氢化合物是十一烷。12.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述第一疏水介质包含碳氢化合物和硅油，其体积比例为碳氢化合物：硅油为50：50至80：20，优选体积比例为60：40到70：30。13.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述第一疏水介质包含一种或多种两亲化合物，所述两亲化合物的总浓度小于或等于0.1mM，优选总浓度小于或等于0.05mM。14.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，水凝胶物体包含设置在所述第一体积的第一水凝胶的表面上的第二水凝胶层。15.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述围绕所述第一体积的第一水凝胶设置一定体积的包含水凝胶化合物的水性组合物，包括：在所述第一疏水介质中制备水性组合物的液滴；以及使所述水性组合物的液滴与所述第一体积的第一水凝胶接触。16.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述水性组合物包含水凝胶化合物，所述水凝胶化合物是多糖，优选所述水凝胶化合物是琼脂糖。17.根据前述权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：哈根·贝利，萨姆·奥诺夫，亚历山大·D·格雷厄姆，
申请(专利权)人：牛津大学创新有限公司，
类型：发明
国别省市：英国,GB