[发明专利]基于电沉积和机器人操作的3D微组织构建方法

说明书

本发明提供了一种基于电沉积和机器人操作的3D微组织构建方法，该方法包括：电沉积步骤，通过电沉积形成可控的水凝胶微结构；处理步骤，形成中空的微胶囊结构，并且进行后续培养细胞、接种；拾取步骤，通过流体力将微结构拾取；对准及固定步骤，制造具有复杂结构的微组织。此外，本发明还提供了用于实施该方法的装置。本发明能够有效地实现微组织的3D组装，并且实现多细胞相互作用和复杂的微结构。

技术领域

本发明属于机器人微操作技术领域，具体涉及一种基于电沉积和机器人操作的3D微组织构建方法。

背景技术

用人体组织体外三维(3D)培养技术培养出的三维(3D)组织结构已经在皮肤、角膜和软骨等几种组织中实现了工程化地临床应用。在三维组织结构制造过程中，常用的制造三维组织微结构的途径有装载细胞的微纤维、涂有细胞的薄板和封装细胞的珠子。这些方法大多在模拟原生组织微结构上不够灵活，缺乏近一步操控和装配的能力，而这些对于提供生化环境使细胞实现生物功能是非常重要的。

为解决这个问题，一方面，许多研究集中在用藻酸盐-多聚赖氨酸 (alginate-PLL，AP)封装的形状可控的培养系统的更新换代上。目前，藻酸盐-多聚赖氨酸-藻酸盐(APA)微胶囊已被广泛用于胰腺，骨和肝小叶中以开发仿生体外器官模型。作为病理学、药理学以及病理生理学研究中动物模型的替代者，这些人造组织模型目前已有研究利用微流体，介电电泳和生物打印来制备。然而，超细纤维，细胞片或微细胞聚集体缺乏培养到更复杂的3D结构的能力，使得特定的微环境，多细胞相互作用和复杂的微结构均无法实现。

另一方面，即使在微型组织单元制造后，由于微型机器人操作在开放环境中具有高灵活性和高精度的接触操作能力，而且可以直接操纵充满细胞的微观结构，拾取每个微观结构并在微米尺度上组装，因此微机器人操作可以在自下而上的装配中实现复杂的仿生结构。然而，超细纤维，细胞片或微细胞聚集体，很难构建更复杂的3D结构来模仿例如肝脏，肾脏等器官的微观形态。这其中的主要原因是生物微环境，多细胞相互作用和复杂的微结构无法通过单一形态构建。尽管微机器人操作提供了一种有效的3D组装方法，但是直接接触操作在操作非常软组织单元方面仍然存在局限性，因为这些细胞填充的结构大多数缺乏机械强度和易碎性。所有硬接触的机械臂都很容易破坏细胞结构。因此，需要一种使用基于细胞的微组织单元的组装方法来解决这些问题。

发明内容

本发明的目的是：为了改进现有制造三维组织微结构的方法，同时为了避免现有机器人操作组装过程中对负载结构的损伤，提出一种基于电沉积和机器人操作的3D微组织构建方法及用于实施该方法的设备。

本发明的技术方案如下：

一种3D微组织构建方法，包括：

S1，电沉积步骤，通过电沉积形成可控的水凝胶微结构；

S2，处理步骤，形成中空的微胶囊结构，并且进行后续培养细胞、接种；

S3，拾取步骤，通过流体力将微结构拾取；

S4，对准及固定步骤，制造具有复杂结构的微组织。

优选地，所述步骤S1进一步包括：

S11，提供第一导电玻璃，并在第一导电玻璃上涂覆光刻胶；

S12，利用预先设计具有特定形状的光掩模，在均匀的紫外线下，在所述第一导电玻璃上成像；

S13，对所述第一导电玻璃使用显影液洗涤，使具有所述特定形状的电极留在所述第一导电玻璃上；

S14，提供第二导电玻璃，用所述第一导电玻璃的所述电极作为阳极，所述第二导电玻璃作为阴极；将沉积溶液填充到所述阳极和阴极之间；

S15，在所述两个电极之间施加直流电压，使所述沉积溶液沉积在所述第一导电玻璃的所述电极上沉积，至沉积完全；