[发明专利]一种体外三维组织模型的制备方法及装置

说明书

一种体外三维组织模型的制备方法和装置，该方法包括以下步骤：(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；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(DMD)芯片，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。本发明可解决现有技术难以操纵细胞和打印速度慢等问题。

技术领域

本发明涉及体外组织模型制备技术领域，具体涉及一种体外三维组织模型的制备方法及装置。

背景技术

各种原因导致的组织、器官缺损或功能障碍是危害人类健康的主要原因，组织、器官缺损的修复和功能重建是医学领域面临的挑战。组织工程的发展为组织、器官的损伤和功能缺失带来了新的治疗希望，应用工程学和生物学原理，联合或单独使用生物材料、细胞和生长因子等，在体外重建组织、器官模型，模拟组织发育、局部微环境与生物力学刺激等因素，对于病理学和药理学的研究有着巨大的帮助。

近年来，3D生物打印技术在体外组织模型构建中的应用愈加广泛，它可以个性化控制细胞分布和精确化控制细胞成型。但是目前在组织构建中应用较多的是挤出式打印，这种方式对于材料的力学性能有着很高的要求，往往难以实现高精度，并且逐点扫描的方式效率较低，在重复性结构中显得尤为突出。而基于光固化的面曝光技术由于其精度高、效率高、适用性强的特点，得到了研究人员的青睐。

中国专利文献201410280450.0涉及一种附带血管网流道的人工软组织体的制造方法，先设计出带血管结构的软组织支架模型，将模型逐一等距分层，制造各层的光掩膜板；然后将细胞与胶原溶液混合均匀，注入光固化水凝胶和光引发剂，得到光固化复合溶液；将光固化复合溶液注射到工作台上，盖上光掩膜板，使用面曝光技术固化光固化复合溶液，然后层层固化累加，获得带血管结构的光固化水凝胶软组织支架；向支架的血管结构中种植血管内皮细胞，使血管内皮细胞附着在血管管道表面，在体外进行静态培养和动态培养，得到附带血管网流道的人工软组织体。

该方法能够解决软组织大块缺损修复中大块组织工程软组织支架内细胞的存活问题，以及软组织支架血管网络制造和血管化的问题，适用性强，也能够提供一定的精度。但是其缺点在于无法对复合溶液中的细胞进行操纵，使细胞可控一定并到达目标位置形成复杂结构。在体外三维组织模型的构建中，为更逼真的仿生，需要将某种细胞限制于一定区域之中，以实现在一定程度上模拟组织结构与功能，这也是实际研究中必须解决的一个难题。

发明内容

本发明的主要目的在于克服现有技术的不足，提供一种体外三维组织模型的制备方法及装置,以解决现有技术难以操纵细胞和打印速度慢等问题。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种体外三维组织模型的制备方法，包括以下步骤：

(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(DMD)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。

进一步地：