[发明专利]一种基于微流控的负载细胞水凝胶微珠制备装置及方法

说明书

本发明属于生物医学工程与微流控技术领域，具体为一种基于微流控的负载细胞水凝胶微珠制备装置及方法。本发明装置包含一个液滴微流控芯片以及一个负压装置；芯片包含有一个细胞与水凝胶前体的入口、一个油相入口，及一个出口；在芯片的入口处各设有一个储液池，在芯片出口处设有一个收集池，且该收集池连通提供负压的装置。首先将细胞与水凝胶前体溶液加入到对应的储液池内，再将含有表面活性剂与交联剂的油加入到对应的储液池内。对收集池施加一定的负压，使水相和油相流入芯片通道内，并形成油包水的液滴，待水凝胶前体交联后即形成负载细胞的水凝胶微珠，可以进行后续的三维培养等应用。

技术领域

本发明属于生物医学工程与微流控技术领域，具体涉及一种基于微流控的负载细胞水凝胶微珠制备装置及方法。

背景技术

体内细胞处于细胞-细胞，细胞-基质相互作用的三维微环境。传统体外二维细胞培养技术在一定程度上缺乏上述微环境，导致细胞的生物学功能以及病理过程与体内相差较大。因此，体外提供细胞三维培养体系，实现近生理的细胞微环境是组织工程、器官再造前提。

利用水凝胶进行细胞三维培养已经广泛的应用于生物医学工程、组织工程等领域。水凝胶通过包裹细胞使细胞处于三维空间，并促进细胞-细胞间的相互作用。此外，水凝胶通过模拟细胞外基质为细胞提供合适的物理、化学、机械等微环境，促进细胞维持近生理的生物学功能和组织形态。

制备负载细胞的水凝胶的方法包括单纯的水凝胶与细胞混合，可控的3D打印，悬滴法，微流体技术等。单纯将水凝胶与细胞混合，加入到培养皿中常规培养存在细胞分布不均匀，细胞容易坏死，可操控性差。悬滴法操作繁琐，通量低，液滴大小的可控性差；3D打印技术无法实现较小液滴的精确操作，细胞沉降导致细胞分布不均匀等问题。

微流控液滴技术可以实现对产生的液滴进行精确操控，因此，利用液滴芯片可以制备出具有可控尺寸均一的水凝胶微珠。然而，现有液滴技术大多采用正压的注射泵、蠕动泵等作为驱动力将水相和油相注入到芯片内。该方法需要相对比较昂贵的设备，且具有较大的死体积，造成细胞以及试剂的浪费。

本发明以液滴微流控为基础，采用一个负压系统，方便快捷的产生负载细胞的水凝胶微珠，并可以在水凝胶微珠内进行细胞的三维培养，以及应用于生物医学工程、组织工程、药物研发等研究领域。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于微流控的负载细胞水凝胶微珠制备装置及方法。

本发明提供的基于微流控的负载细胞水凝胶微珠制备装置，主要包含一个微流控芯片和一个负压设备，参见图1所示。所述微流控芯片具有一个细胞与水凝胶前体的入口，一个油相入口，以及一个出口；其中，两个入口分别设有储液池，出口处设有一个收集池；所述负压设备与收集池连接。

该装置中，所述微流控芯片内流体通道的宽度为50-200微米，高度为50-200微米。

该装置中，所述微流控芯片的水相通道与油相通道以“十”字结构交汇，或以“T”字结构交汇。

该装置中，所述储液池的体积为100-500微升，所述收集池的体积为1-5毫升。

本发明装置通过对芯片出口施加一定的负压，使细胞与水凝胶前体混合液和液滴生成油进入芯片通道内，并形成稳定的液滴；待水凝胶交联后即形成负载细胞的水凝胶微珠，可以进行三维培养，并可以应用于生物医学工程、组织工程、药物研发等研究领域。

本发明提供的基于微流控的负载细胞水凝胶微珠制备方法，是基于上述装置的，具体步骤如下：

（1）配置细胞与水凝胶前体混合液，其中，细胞浓度为100-10000个每微升，水凝胶前体质量浓度为0.5-15%；并将该混合液加入到水相的储液池中；

（2）将含有表面活性剂的油加入到油相的储液池中；