[发明专利]用于细胞和组织培养的具有微纳米尺度刚度图形和曲率图形的基底以及制作这种基底的方法

说明书

技术领域

本发明涉及可用于细胞和组织培养的基底材料领域，具体的说，是涉及一种用于细胞和组织培养的具有微纳米尺度刚度图形和曲率图形的基底，同时，还涉及制作这种基底的方法。

背景技术

细胞生长在细胞所属的组织提供的机械环境当中。已经证实的是，细胞行为对它所生长之上的基底的刚度极为敏感。例如，细胞的运动可以由它所生长之上的基底的刚度单独控制；上皮细胞在其基底上所产生的牵引力与基底的刚度成正比；基底刚度指引干细胞的分化方向；在各项异性微结构基底上，上皮细胞沿着最大刚度方向迁移；在生物软组织刚度值范围内，纤维细胞调整它们的内部刚度以与它们的基底刚度一致。

但是，基底刚度是通过什么机制来指引这些细胞行为的，到目前为止我们在很大程度上是不了解的。本发明公开一类独特的，同时又非常简单的细胞培养基底，此类培养基底可以用来研究细胞怎样感受其基底的局部刚度和局部曲率，以及细胞又是怎样将这些基底局部刚度和局部曲率信息集成起来，从而做出控制细胞全局行为的决定。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，适应现实需要，提供一种用于细胞和组织培养的具有微纳米尺度刚度图形和曲率图形的基底，同时，还涉及制作这种基底的方法。

为了实现本发明的目的，本发明采用的技术方案为：

    一种用于细胞和组织培养的具有微纳米尺度刚度图形和曲率图形的基底，包含以下几个部分：

    一个根基；

    置于所述根基之上的具有第一刚度值的第一个区域，所述第一个区域由大量的分区组成；

    置于根基之上的具有第二刚度值的第二个区域，所述第二个区域由大量的分区组成，所述第二刚度值不同于第一刚度值；

第一个区域的一个或多个分区的一部分和第二个区域的一个或多个部分区域的一部分是这个基底的上表面或上表面的一部分。

    所述基底的上表面作为第一、第二区域和细胞的界面，即细胞位于所述基底的上表面之上。

    所述第二个区域的分区布置在第一个区域的相邻两个分区之间的空间中。

    所述基底中的第二个区域包含一个与根基相接触的材料层，所述第一个区域的各个分区的外表面镶嵌于所述材料层的外表面之中。

还包含具有第三刚度值的第一个区域，所述第三刚度值与第一个刚度值和第二个刚度值都不相同。

所述第一个区域中的每个分区的尺寸在大于等于一纳米到小于等于一毫米的范围内，所述第二个区域中的每个分区的尺寸在大于等于一纳米到小于等于一毫米的范围内。

所述第一刚度值大于第二刚度值。

    所述第一个区域的每个分区包含有一个或多个从根基上表面垂直向上地延伸出来的柱子、非规则形状的颗粒、球体、以及轴线与根基上表面垂直的圆柱体。

所述柱子具有圆形、椭圆形、或多边形的横截面。

    所述基底中根基的上表面设有位于根基上表面之下的微井阵列，所述微井阵列的各微井中填充有具有第二刚度值的材料，所述根基上表面构成具有高刚度值的高刚度区域，所述微井阵列中的填充区构成具有低刚度值的低刚度区域。

    所述微井阵列中的各个井具有圆形、椭圆形、或多边形的形状。

    微井阵列中的每一个井有不同的开口面积和井深。

    所述基底中的第一个区域包含一个镂空框架，所述镂空框架包括边界和框壁，所述框壁垂直于边界，所述边界将框壁框住并由框壁和边界形成彼此隔开的一个个格子状的镂空区域，采用填充物将镂空区域填充，所述镂空框架为高刚度区域，所述填充区为低刚度区域。

    所述基底中的格子状的镂空区域中的每一个区域具有多边形、圆形、或椭圆形的断面形状。

    所述基底中的格子状的镂空区域中的每一个区域具有不同的横截面积。

所述基底的上表面包含一个平面或一个曲面或多个曲面。

    所述根基的上表面加工有微井阵列，所述微井阵列的每一个井中装有一个球体或者其他任何几何形状的颗粒，所述球体或几何颗粒的尺寸大于对应的井的尺寸，所述球体或颗粒构成第一个区域，所述各球体或颗粒之间设有填充物，所述填充物具有第二刚度值，所述填充物构成的填充区为第二个区域。

    所述第一个区域为高刚度区域，由微纳米尺度的颗粒物组成，所述颗粒物随机的镶嵌在第二个区域中，所述第二个区域为软的低刚度区域。