[发明专利]一种体外三维组织模型的制备方法及装置

权利要求书

1.一种体外三维组织模型的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)利用计算机辅助设计软件设计出体外三维组织模型，将设计出的组织模型逐一分层，分层后得到各层组织，生成各层组织图案数据；

(2)用含细胞、生长因子的细胞外基质材料、光固化水凝胶和光引发剂配制得到混有细胞的光固化复合溶液；

(3)将配制好的光固化复合溶液加入成型托盘内，复合溶液的添加量由该层组织的预设厚度决定；由控制电极阵列产生变化的可控电场，借助介电泳力操纵细胞，使细胞移动，并到达目标区域；

(4)将一层组织图案数据导入数字微镜装置芯片，通过各个微型反射镜产生该层组织图案的光掩模，使用面曝光技术固化光固化复合溶液；

(5)结束一层组织的光固化之后，重复步骤(3)、(4)，进行下一层组织的细胞操纵和光固化，层层累加，得到体外三维仿生组织模型。

2.如权利要求1所述的体外三维组织模型的制备方法，其特征在于：所述步骤(3)中，通过精密蠕动泵或注射器控制新进入复合溶液的溶液剂量，进而实现每层的厚度控制，每一层的厚度为20μm-100μm。

3.如权利要求1至2任一项所述的体外三维组织模型的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中，所述光固化复合溶液中含有多种细胞并配以相应的适合细胞生长的生长因子和细胞外基质。

4.如权利要求1至2任一项所述的体外三维组织模型的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中的细胞外基质材料为胶原、水凝胶、琼脂的一种或混合物；光固化水凝胶为聚乙二醇丙烯酸酯或聚乙二醇甲基丙烯酸酯；光引发剂为2-羟基-4’-(2-羟乙基)-2-对羟基苯甲酸甲酯或1-羟基苯基酮或2，2-二甲氧基-1,2-二苯基甲烷1-1或2羟基2甲基苯丙酮；光固化复合溶液中光固化水凝胶的质量浓度为10％-30％，光引发剂的质量浓度为0.1％-1％。

5.如权利要求1至2任一项所述的体外三维组织模型的制备方法，其特征在于：所述步骤(4)中采用面曝光技术固化光固化复合溶液时的激光功率密度为10—1000mW/cm²，激光波长为350-400nm，曝光时间为20-30s。

6.一种体外三维组织模型的制备装置，其特征在于，包括：支架(101)、运动平台(102)、下部微电极阵列(103)、上部电极板(104)、光路装置(106)、支撑立柱(108)、旋转装置(107)、成形托盘(109)、控制单元(110)、X向运动机构(201)、Y向运动机构(202)和升降装置(105)；所述升降装置(105)安装于所述支架(101)上并耦合到所述运动平台(102)上；所述X向运动机构(201)、所述Y向运动机构(202)安装于所述运动平台(102)上，所述运动平台(102)安装于所述支架(101)上，所述运动平台(102)上还安装有所述下部微电极阵列(103)，所述控制单元(110)连接所述光路装置(106)和所述下部微电极阵列(103)，控制各个微电极与高电平的通断，同时所述上部电极板(104)连接低电平，以形成可控的变化电场；所述成形托盘(109)安装于所述下部微电极阵列(103)上方；所述支撑立柱(108)与所述支架(101)固定连接；所述旋转装置(107)安装于所述支撑立柱(108)上，可绕所述支撑立柱(108)进行转动，所述上部电极板(104)和所述光路装置(106)安装在所述旋转装置(107)。

7.如权利要求6所述的一种体外三维组织模型的制备装置，其特征在于：所述可控的变化电场的高低电平间电势差为10-20V。

8.如权利要求6或7所述的一种体外三维组织模型的制备装置，其特征在于：所述旋转装置(107)设有2个卡位装置，分别对应所述光路装置(106)和所述上部电极板(104)位于所述运动平台(102)正上方的位置。

9.如权利要求6至7任一项所述的一种体外三维组织模型的制备装置，其特征在于：所述光路装置(106)含有激光光源(303)、DMD芯片(301)及透镜装置(302)，激光由所述激光光源(303)产生，经所述DMD芯片(301)与所述透镜装置(302)，从所述光路装置(106)中输出，照射到所述成形托盘(109)上的复合溶液；所述DMD芯片(301)由所述控制单元(110)控制，使激光形成光掩模的图案。