一种微液滴群的生物反应器构建方法技术

本发明专利技术公开了一种微液滴群的生物反应器构建方法。属于生物反应器领域，其包含两个组分，第一组为细胞载体；第二个组为基质；两个组分混合后转移至模板中或采用3D打印等方式成型，然后固化得到微液滴群的生物反应器。本发明专利技术采用一步法可控制备核壳结构的水凝胶微球，以核相的微液滴为培养单元，实现细胞密度可调的封装；基质的混合与固化不影响核壳结构水凝胶微球内部的液体环境，一方面提高了微液滴群的生物反应器的机械强度，另一方面防止细胞的泄露，为细胞的生长与代谢提供了独立、平行的液体培养空间；本发明专利技术的构建方法简单、高效，可广泛的应用于悬浮细胞的单细胞或多细胞的培养，在生物催化、生物传感、组织工程等方面有巨大的应用前景。大的应用前景。大的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种微液滴群的生物反应器构建方法


[0001]本专利技术涉及生物反应器领域，具体的是，涉及了一种微液滴群的生物反应器构建方法。

技术介绍

[0002]生物反应器是利用酶或生物体(如微生物)所具有的生物功能，在体外进行生化反应的装置系统，是一种生物功能模拟机，如发酵罐、固定化酶或固定化细胞反应器等。生物反应器主要用于动植物细胞培养、微载体培养、转基因制药工程等。固定化细胞反应器主要利用包埋法来固定细胞，将细胞固定在各种不同的凝胶、薄膜以及多聚物的网孔内。用包埋法固定细胞，方法比较简单，活性回收率比较高，固定化的细胞活性保持时间也较长。但传统的固定化细胞反应器，细胞活性与机械强度是一对矛盾体,尤其不利于悬浮细胞的培养。传统的固定化细胞反应器机械性能差，不利于制备成型，功能应用以及细胞稳定培养。通常直接提高聚合物浓度，从而提高交联密度，增加生物反应器的机械强度，存在包埋在水凝胶里细胞(尤其是悬浮细胞)的生物活性降低，细胞泄露等问题。

技术实现思路

[0003]针对上述问题，本专利技术目的是针对传统水凝胶材料的机械性能与细胞生物活性不兼容的矛盾，第一次提出一种微液滴群的生物反应器的构建方法，构建一种新型生物反应器，通过液液相分离的方法既保留了液体的细胞生存环境，核壳结构与基质可以增强材料的机械性能且有效防止细胞生物泄露。通过3D打印可制备，实现细胞生物3D图案化培养等目标。
[0004]本专利技术的技术方案是：本专利技术所述的一种微液滴群的生物反应器构建方法，该生物反应器包含两个组分，第一组分为负载细胞的核壳结构水凝胶微球，称为细胞载体；第二个组分为可以与核内溶液形成液液相分离的功能高分子材料的溶液，称为基质；
[0005]该构建方法是将上述两个组分混合后转移至模板中或采用3D打印等方式，成型后固化得到微液滴群的生物反应器。
[0006]进一步的，所述一种微液滴群的生物反应器构建方法，其具体操作步骤如下：
[0007](1)、利用相分离的原理，采用液滴微流控，膜乳化等方法获得第一组分，即用于细胞载体的核壳结构的水凝胶微球；
[0008](2)、预备第二组分，即基质；
[0009]将其与一定体积分数的细胞载体混合，从而得到共混物；
[0010](3)、将上述细胞载体与基质的共混物转移至模板中或进行3D打印，最终得到所述微液滴群的生物反应器。
[0011]进一步的，在步骤(1)中，所述用于细胞载体的核壳结构的水凝胶微球的具体制备方法：
[0012]以表面活性剂的氟油为油相、功能性高分子溶液为中间水相、能与中间水相形成
液液相分离的高分子水溶液为内水相，在微流控芯片的通道中，利用外油相的剪切作用，产生油包水包水(W/W/O)乳液，一步法生成单分散双重乳液固化所得。
[0013]进一步的，所述内水相中的高分子水溶液可以是羧甲基纤维素钠、羧甲基纤维素、葡聚糖中的一种。
[0014]进一步的，所述的功能性高分子为双键明胶、双键Pluronic F
‑
127、双键PVA、多乙烯基聚乙二醇中的一种或多种。
[0015]进一步的，所述多乙烯基聚乙二醇是多臂聚乙二醇、树形聚乙二醇((mPEG)4
‑
(PEG)2
‑
MAL)、超支化聚乙二醇(超支化聚乙二醇二丙烯酸酯(HB
‑
PEGDA))中的一种或多种的组合；
[0016]其中，所述多臂聚乙二醇是二臂聚乙二醇((Propargyl
‑
PEG)2
‑
Allyl)、三臂聚乙二醇(3Arm(PEG
‑
Allyl3)、四臂聚乙二醇(4Arm(PEG
‑
Allyl)4)、六臂聚乙二醇(6Arm
‑
PEG
‑
DA))中的一种或多种的组合。
[0017]进一步，所述液滴微流控可以是微管型同轴环管三重同轴毛细管芯片、PDMS芯片及玻璃芯片中的一种。
[0018]进一步的，在步骤(2)中，所述基质为具有可打印性且能与核壳微液滴的核相高分子溶液形成液液相分离的功能性高分子材料。
[0019]进一步的，所述的基质为具有可打印性且能与核壳结构水凝胶微球的核相高分子溶液形成液液相分离的功能性高分子材料；
[0020]所述的基质为双键明胶、双键Pluronic F
‑
127中的一种或多种，具有与羧甲基纤维素钠、羧甲基纤维素、葡聚糖等聚合物溶液相分离的特征。
[0021]进一步的，所述的细胞载体与基质的共混物，可以通过调节细胞载体与基质的比例，调节细胞密度与分布；
[0022]其比例是：1：0.1～1。
[0023]进一步的，所述的核壳液滴生物活体材料可以独立封装菌，藻，动物细胞、植物细胞等一种或多种细胞。
[0024]本专利技术的有益效果是：本专利技术首先将细胞生物分散在内水相中，通过内水相与外水相的液液相分离，得到油包水包水(W/W/O)乳液。外水相采用光交联、迈克尔加成、二硫键形成、席夫碱反应、酶交联、离子交联或点击化学交联形成核壳液滴，将细胞封装在核壳液滴内部；再采用与核内溶液形成液液相分离的功能高分子材料为基质，将离散的核壳液滴固定，避免了3D打印过程中挤压造成的细胞活性降低、又减少了细胞的逃逸；本专利技术所述的一种核壳液滴生物活体材料的制备方法，具有生物相容性好，机械强度可调，细胞生物3D培养等优点。
附图说明：
[0025]图1是本专利技术的制备流程图；
[0026]图2是本专利技术实施例中负载生物体的核壳液滴显微镜图；
[0027]图3是本专利技术实施例中微流控制备核壳液滴示意图；
[0028]图4是本专利技术实施例中核壳液滴生物活体材料流体力学性能图；
[0029]其中，图(a)是核壳液滴生物活体材料应变
‑
模量性能曲线图，图(b)是核壳液滴生
物活体材料角速度
‑
模量性能曲线图，图(c)及(d)是核壳液滴生物活体材料g固化前剪切速率
‑
粘度性能曲线图和自愈合性能示意图；
[0030]图5是本专利技术中核壳液滴生物活体材料微观SEM图。
具体实施方式
[0031]为了更清楚地说明本专利技术的技术方案，下面结合附图对本专利技术的技术方案做进一步的详细说明：
[0032]实施例1
[0033](1)、双键明胶与羧甲基纤维素钠(CMC)制备载枯草芽孢杆菌核壳液滴：
[0034]将枯草芽孢杆菌加入LB培养基中活化12h，取1mL菌液离心去上清液，备用；将表面活性剂(FE
‑
surf)溶于氟油中配制成质量分数为3％，记为连续相P1(油相)；将80mg双键明胶、10毫克蓝光引发剂(LAP)溶于1mL(20mg/mL)氯化钠溶液中，配制成8％(w/v)的双键明胶溶液，记为分散相P2；将10mgCMC溶于1mL水中，并用它重悬枯草芽孢杆菌，配制成1％(w本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种微液滴群的生物反应器构建方法，其特征在于：该生物反应器包含两个组分，其中，第一组分为负载细胞的核壳结构水凝胶微球，称为细胞载体；第二个组分为可与核内溶液形成液液相分离的功能高分子材料的溶液，称为基质；其构建方法是将两个组分混合后转移至模板中或采用3D打印的方式成型，成型固化后最终得到微液滴群的生物反应器。2.根据权利要求1所述的一种微液滴群的生物反应器构建方法，其特征在于：其具体制备步骤如下：步骤(1)、利用相分离的原理，采用液滴微流控及膜乳化的方法获得第一组分，即用于细胞载体的核壳结构的水凝胶微球；步骤(2)、制备第二组分，即基质；按比例将第二组分的基质与第一组分的细胞载体进行混合，从而得到含有基质与细胞载体的共混物；步骤(3)、将制得的含有细胞载体与基质的共混物转移至模板中或进行3D打印，最终制得微液滴群的生物反应器。3.根据权利要求2所述的一种微液滴群的生物反应器构建方法；其特征在于：在步骤(1)中，所述用于细胞载体的核壳结构的水凝胶微球的具体制备方法：以表面活性剂的氟油为油相、功能性高分子溶液为中间水相、能与中间水相形成液液相分离的高分子水溶液为内水相，在微流控芯片的通道中，利用外油相的剪切作用，产生油包水包水(W/W/O)乳液，一步法生成单分散双重乳液固化所得。4.根据权利要求3所述的一种微液滴群的生物反应器构建方法；其特征在于：所述内水相中的高分子水溶液是羧甲基纤维素钠、羧甲基纤维素及葡聚糖中的一种。5.根据权利要求3所述的一种微液滴群的生物反应...

【专利技术属性】
技术研发人员：余子夷，文慧琳，张静，沈海霞，
申请(专利权)人：南京工业大学，
类型：发明
国别省市：