[发明专利]用于三维细胞培养的基底、其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明提供了一种适合作为三维细胞培养的基底的层状材料。所述层状材料包括含有酞菁氧钛的光导层。本发明还涉及一种用于生产所述层状材料的方法以及包括该层状材料的制品。本发明还提供了一种用于形成三维水凝胶以及用于形成三维细胞培养的方法。本发明还关于由本发明的方法分别可获得的层状材料和三维水凝胶以及三维细胞培养的应用。

背景技术

在二维细胞培养中，细胞是在表面上生长的，但是在三维细胞培养中，细胞是被相应的基底完全地包围着的，这种在维数上的改变显著影响了细胞环境的许多方面，即三维细胞培养能够提供更自然的环境来为培养细胞，由此三维细胞培养对于实验研究和临床应用而言是是很重要的技术。与传统的细胞培养相比，三维细胞培养尤其提供了更准确的方法以阐明在自然环境中的细胞活性。用于这种三维细胞培养的各基底材料和包埋细胞的方法(即用于形成含有细胞的基底材料)不准损害包埋在其中的细胞并且不准不利于包埋在其中的细胞。因此，用于准备这种三维细胞培养的材料和方法是有所限制的。

随着生物医学和组织工程的快速发展，对细胞友好的三维细胞外基底材料的结构变得迫切需要。近几十年来，已经提出了用于在体外三维细胞培养的几种类型的基底材料，包括微孔和纳米纤维材料等基于天然来源的或合成的聚合物(包括作为水溶性聚合物的三维交联材料的水凝胶)。

由于低且有限的效率和灵活性，应用于制备目前的三维细胞培养的多数方法仍处于初级阶段并且离商业化或大规模可用性有相当的距离。在这方面提出的技术包括立体光刻法、3D印刷、磁珠操作和3D-模塑。立体光刻方法采用激光逐层固化相应的基底材料以最终形成用于细胞培养的三维结构。在工业规模上而言，该方法在提供三维细胞培养方面是低效率的，并且应用的紫外光可能对细胞造成潜在的损害，并导致细胞中蛋白质的变性。此外，这种技术需要昂贵的设备。三维印刷以及迄今为止所报道的精细控制技术也遇到了若干缺点，例如，现有的精细操作技术具有低的效率。由于3D-铸造或模塑的再现性和稳健性，它被认为是最为可行的方法之一。负载有细胞的水凝胶在三维模具(也被称为掩膜，由诸如聚二甲基硅氧烷的材料制成)中形成。与其他常见的3D-制备技术例如光刻、3D-绘图及3-D印刷相比，3D-铸造能够产生一系列不同模式。然而，由于模具在制备之后不能或几乎不能改变，这种方法缺乏根据实际需要同时在形状和高度上适应三维水凝胶的灵活性。

最近，用于基于电沉积制备三维水凝胶的方法已经被报道(Betz,J.F.et al.,Lab Chip 2013,13:1854,Shi,X.-W.et al.,Adv.Funct.Mater,2009,19:2074,Cheng Y.et al.,Lab Chip,2011,11:2316)。然而，电极图案必须通过昂贵且耗时的精密加工预先制备，并且一旦制备就很难改变三维水凝胶的形状。另一种已报道的方法通过在氧化铟锡玻璃板上沉积重掺杂的氢化非晶硅(n⁺α-Si:H)和未掺杂的α-Si:H材料上形成光导板(Huang,S.-H.et al.,Biomicrofluidics,2011,5:034109)。这种多层板能够通过调整可见光投射暂时触发在基底上的电极图案。然而，这种多层板的制备仍需要在清洁室中，以高度专业且昂贵的精密加工来进行。此外，α-Si:H板对所施加的电场具有低物理耐受性的显著缺点，这导致了高的失败率。因此，由于关于光导材料和复杂加工过程这两者的显著缺点，所述方法还远未成熟。

因此，3-D模塑和电沉积方法对于形成三维细胞培养已显示出了一些效用。然而，所需模具或图案化电极的制备不能避免在清洁室中复杂的精密加工。因此，这些技术的应用还仅限于小实验室规模。

因此，仍然强烈需要能够分别用于形成三维基底材料和三维细胞培养的手段和方法，这些手段和方法特别能够以具备成本效益、快捷和易于操作的方式提供具有多种尺寸和高度的不同三维模式，并且其适用于数种细胞类型以及三维基底材料和细胞培养的高规模化生产。特别地，迫切需要能够小规模选择和培养特定的靶细胞的方法和手段。

发明内容

本发明第一方面提供了一种用于制备特别适合作为三维细胞培养基底的层状材料的方法。本发明的所述方法包括步骤(i)：提供第一电导体。所述第一电导体包括第一透明载体层和设置在第一透明载体层上的第一透明导电层。本发明的方法包括另一步骤(ii)：施加光导层至第一导体的第一透明导电层的与对着第一透明载体层的表面相反的表面上。所述光导层含有光导化合物，其中，光电导化合物包括酞菁氧钛(TiOPc)。