一种可用于肌肉组织构建的磁性微马达及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种可用于肌肉组织构建的磁性微马达及其制备方法，包括以下步骤：S1、微流控芯片由内相毛细管、观察毛细管、外相毛细管、内相进液装置、外相进液装置、载玻片、盖玻片、点样针头和速干胶组装而成；外相毛细管同轴套接于内间相毛细管后部，观察毛细管位于内间相毛细管和外相毛细管接口处，内相进液装置、外相进液装置分别连通内相毛细管、外相毛细管；S2、将掺杂有磁性纳米粒子和肌肉细胞的生物相容性材料与海藻酸钠溶液混合后灌注到内相毛细管中，向外相毛细管中通入氯化钙溶液；S3、将载细胞磁性微马达置于磁场中，调节载细胞磁性微马达的磁响应情况，并使其组装成细胞块；S4、在细胞块表面接种成纤维细胞并在磁场环境中进行培养。进行培养。进行培养。

【技术实现步骤摘要】
一种可用于肌肉组织构建的磁性微马达及其制备方法


[0001]本专利技术属于肌肉组织工程领域，涉及体外构建肌肉组织单元的制备方法，特别涉及一种可用于肌肉组织构建的磁性微马达及其制备方法。

技术介绍

[0002]肌肉组织工程作为一种有前途的治疗肌肉损伤的方法，近几十年来受到了广泛关注。它被广泛应用于修复组织再生、人工肌肉、细胞培养肉等领域。通过结合细胞、支架和生长因子，可以在体外构建肌肉组织单元，这是肌肉组织工程最关键的要素之一。目前，在体外构建肌肉组织单元方法包括电纺、直接激光写入和模板辅助电沉积。这些方法所获得的肌肉组织结构过于简化，这与真实的肌肉组织大不相同。因此，肌肉组织的生理和机械功能在实际应用中受到限制。此外，它们的制造方法受到高电压、昂贵成本、复杂操作或严格实验环境的影响。近年来兴起的微流控技术可在微米尺度范围内集成物理、化学及生物手段，向微型化和低成本、便携式发展，为体外构建复杂肌肉组织单元提供重要的潜在技术手段。
[0003]最近，利用微流控技术制备微马达逐渐获得越来越多的关注。微马达是一类小型化的人造机器，能够将化学或外部能量转化为机械运动。微马达通过将功能元件与其高效运动相结合，可以在药物输送、传感、环境修复、微操作等领域实现不同用途。其中，微马达与细胞组合的动态细胞微载体因其在多种生物医学和临床应用中的广阔前景而受到广泛关注。但是，目前大多数细胞是在微马达的表面上培养的，在微马达内部的细胞封装仍未见报告。此外，在肌肉组织工程领域中，微马达的组装所使用的方法往往存在流程复杂和不可控的问题。<br/>[0004]因此，急需一种可用于肌肉组织构建的磁性微马达及其制备方法。

技术实现思路

[0005]在本专利技术中，我们从构建微马达入手，依托微流控芯片，设计了将肌肉细胞与磁性纳米颗粒一起封装在螺旋纤维模板中的方法，制备出磁性微马达。该微马达利用其磁响应性在磁场作用下两步法组装在一起形成细胞块结构，能模拟的肌肉组织结构。此外，成纤维细胞可以在组装的细胞块结构表面培养，以实现复杂的肌肉组织结构。
[0006]本专利技术针对现有技术中的不足，提供一种可用于肌肉组织构建的磁性微马达及其制备方法。
[0007]为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0008]一种可用于肌肉组织构建的磁性微马达及其制备方法，包括以下步骤：
[0009]S1、设计微流控芯片：微流控芯片由内相毛细管、观察毛细管、外相毛细管、内相进液装置、外相进液装置、载玻片、盖玻片、点样针头和速干胶组装而成；外相毛细管同轴套接于内间相毛细管后部，观察毛细管位于内间相毛细管和外相毛细管接口处，内相进液装置、外相进液装置分别连通内相毛细管、外相毛细管；
[0010]S2、制备载细胞磁性微马达：将掺杂有磁性纳米粒子和肌肉细胞的生物相容性材
料与海藻酸钠溶液混合后灌注到S1制备的微流控芯片的内相毛细管中，并向外相毛细管中通入氯化钙溶液；改变内外向流速实现载细胞微马达的结构设计；
[0011]S3、组装载细胞磁性微马达：将S2制备的载细胞磁性微马达置于磁场中，调节磁场方向、载细胞磁性微马达的结构、液体黏度控制载细胞磁性微马达的磁响应情况，并在磁场作用下使其组装成细胞块；
[0012]S4、接种细胞：在S3制备的细胞块表面接种成纤维细胞悬液并放入37℃培养箱中培养，培养过程中将细胞块置于磁场中，保持细胞块的结构，待细胞大量成长后可撤去磁场。
[0013]为优化上述技术方案，采取的具体措施还包括：
[0014]进一步地，步骤S1中，所述内相毛细管、观察毛细管、外相毛细管的管道材料选用二氧化硅、特氟龙中的一种；外相毛细管的管径为580～750μm，内相毛细管管径为80～200μm。
[0015]进一步地，步骤S2中，海藻酸钠溶液中海藻酸钠的浓度为1～3wt％；氯化钙溶液的浓度为1～2wt％。
[0016]进一步地，步骤S2中，所述磁性纳米粒子选自Fe2O3、Fe3O4、Ni、NdFeB中的一种，磁性纳米粒子的浓度为1～8wt％。
[0017]进一步地，步骤S2中，所述肌肉细胞来源于骨骼肌或心肌，肌肉细胞的密度为0.5～1.5
×
107个/ml。
[0018]进一步地，步骤S2中，所述生物相容性材料为胶原、明胶、多糖中的一种。
[0019]进一步地，步骤S2中，所述磁性微马达螺距为200～2000μm，通过在0～2.5mL/h范围内改变内外向流速调节磁性微马达的螺距，磁性微马达的直径为80～200μm。
[0020]进一步地，步骤S3中，所述磁场的发生装置选自永磁体或电磁体中的一种。
[0021]进一步地，步骤S4中，所述成纤维细胞可以替换为平滑肌、上皮细胞、内皮细胞中的一种。
[0022]一种通过上述制备方法得到的可用于肌肉组织构建的磁性微马达。
[0023]本专利技术的有益效果是：
[0024](1)相对于传统的在微马达的表面培养细胞、构建肌肉组织的方法，本专利技术首次在磁性微马达内部封装大量的肌肉细胞，并通过永磁体或电磁体构建旋转磁场，利用旋转磁场远程操控载细胞磁性微马达高度组装成细胞块以模拟肌肉组织结构，该方法具有易控、安全和成本低的优点。
[0025](2)本专利技术通过优化内相毛细管和外相毛细管的内径，将内相毛细管和外相毛细管的内径范围分别设置在80～200μm和580～750μm之间，保证在此内径范围内微流控芯片可制备出螺旋型纤维；调节内相毛细管和外相毛细管的内径可以改变磁性微马达成螺时的流速；通过调节内相毛细管与外相毛细管内流体的流速，则可以进一步地实现对螺旋型磁性微马达的形貌，包括如螺距、直径等参数的有效而精准的控制。
[0026](3)本专利技术制备得到的磁性微马达在保证良好螺旋结构的同时，被赋予了卓越的磁响应性能和机械性能，组装得到的磁性微马达具有紧密排列的复杂3D结构，在组织再生、人造肌肉、细胞培养肉等领域具有广阔的应用前景。
附图说明
[0027]图1为本专利技术的磁性微马达的制造和应用的示意图；
[0028]图2为螺旋型纤维的探索实例图，其中，图(a)是不同流速的收集通道中的四个流动模式：(i)直线；(ii)波浪；(iii)螺旋；(iv)阻塞，(b)螺旋型纤维的流动模式与内外相流体流速之间的关系，(c
‑
d)螺旋型纤维螺距与内外相流体流速之间的关系，比例尺为500μm；
[0029]图3为螺距和游泳液粘度对磁性微马达运动的影响，其中，图(a)光学快照显示磁性微马达的旋转基运动，其俯仰尺寸为1930μm(i)，1560μm(ii)和900μm(iii)，(b
‑
c)在不同游泳液体中磁性微马达的移动速度与俯仰尺寸之间的关系，其中，磁性微马达在(a
‑
b)游泳液体是5wt％聚乙烯醇和1wt％的CaCl2溶液，在(c)中游泳液体是1wt％CaCl2溶液，磁场的旋转频率为200rpm，磁性纳米颗粒Fe3O4的浓度本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种可用于肌肉组织构建的磁性微马达及其制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、设计微流控芯片：微流控芯片由内相毛细管、观察毛细管、外相毛细管、内相进液装置、外相进液装置、载玻片、盖玻片、点样针头和速干胶组装而成；外相毛细管同轴套接于内间相毛细管后部，观察毛细管位于内间相毛细管和外相毛细管接口处，内相进液装置、外相进液装置分别连通内相毛细管、外相毛细管；S2、制备载细胞磁性微马达：将掺杂有磁性纳米粒子和肌肉细胞的生物相容性材料与海藻酸钠溶液混合后灌注到S1制备的微流控芯片的内相毛细管中，并向外相毛细管中通入氯化钙溶液；S3、组装载细胞磁性微马达：将S2制备的载细胞磁性微马达置于磁场中，调节磁场方向、载细胞磁性微马达的结构、液体黏度控制载细胞磁性微马达的磁响应情况，并在磁场作用下使其组装成细胞块；S4、接种细胞：在S3制备的细胞块表面接种成纤维细胞并在磁场环境中进行培养。2.根据权利要求1所述的一种可用于肌肉组织构建的磁性微马达及其制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述内相毛细管、观察毛细管、外相毛细管的管道材料选用二氧化硅、特氟龙中的一种；外相毛细管的管径为580～750μm，内相毛细管管径为80～200μm。3.根据权利要求1所述的一种可用于肌肉组织构建的磁性微马达及其制备方法，其特征在于，步骤S2中，海藻酸钠溶液中海藻酸钠的浓度为1～3wt％；...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵远锦，王洁，诸葛婉桃，
申请(专利权)人：南京鼓楼医院，
类型：发明
国别省市：