[发明专利]多片层单元水凝胶包被的仿生毛细血管网的3D打印制法

说明书

本发明涉及一种多片层单元水凝胶包被的仿生毛细血管网的3D打印制法，首先利用3D打印技术制备内含片层单元血管通道和生长因子的水凝胶，然后将内皮细胞接种至通道中培养一段时间后，得到片层单元水凝胶血管网络，接着将多个片层单元水凝胶血管网络变形组装后，采用激光雕刻或切削等方式得到具有特定形状的待修复的血管部位，最后继续培养一段时间得到多片层单元水凝胶包被的仿生毛细血管网；其中，片层单元血管通道为平面人体动脉或静脉血管网络状结构，由多个位于同一空间层面或不同空间层面的圆柱状通道组成，相邻两个圆柱状通道的中心距小于等于5mm，水凝胶为可被内皮细胞及其分化出的细胞侵入的水凝胶。本发明的方法简单易行，具有环境普适性。

技术领域

本发明属于水凝胶微流体血管网络技术领域，涉及一种多片层单元水凝胶包被的仿生毛细血管网的3D打印制法。

背景技术

微流体目前已经实现了精确的流体操作和极小体积控制，以应对高通量生物分子分析、疾病诊断和综合细胞研究领域的挑战。以往的微流体系统以聚二甲基硅氧烷(PDMS)作为细胞间融合、交融的媒介，由于其光学透明性、低毒性、生物惰性，使其在微流体凝胶系统中得到广泛的生物和化学应用。但是，PDMS微流体装置存在如下缺点：

(1)PDMS微流体装置由有机硅预聚物制成，在其制备过程中受高温加工影响使得具有生物功能的组件失效；

(2)PDMS不支持细胞直接表面附着，需要进行物理和化学手段修饰，如利用细胞外基质(EMC，纤维连接蛋白、胶原蛋白等)将PDMS包被后再让细胞附着在其表面；

(3)PDMS微流体水凝胶装置通常不能进行含水试剂或细胞渗透的实验，且质量传递和功能化仅限于微通道的表面；

(4)目前的微流体水凝胶构型收到浇注模具的限制，产品造型单一，不一定能贴合人体需求。

(5)PDMS在生物体内不可降解，因此在临床试验中PDMS不能做到与生物体相融合。

现如今，更多的生物相关的天然水凝胶材料已用于微流体制造。然而，现有的3D微流体网络水凝胶采取多层组装，导致水凝胶内部网络单一，制造过程复杂，还不具备环境普适性，且最终的水凝胶还存有尺寸变化的现象，同时制备得到的微流体血管网络只含有通道主干，无血管支干，进而无法形象地模拟生物体内血液流动；此外，当前多层组装的水凝胶微流体的相邻层之间的强度及整体水凝胶的刚度也亟待解决。

因此，研究一种网络管路形态多样、机械强度优异的水凝胶微流体血管网络的简单且具有环境普适性的制备方法，具有十分重要的意义。

发明内容

本发明的目的是解决现有技术中水凝胶微流体血管网络产品造型单一，不贴和人体特殊器官血管的需要、不具备环境普适性以及制得的微流体血管网络组成简单、机械强度差的问题，提供一种多片层单元水凝胶包被的仿生毛细血管网的3D打印制法。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

多片层单元水凝胶包被的仿生毛细血管网的3D打印制法，首先利用3D打印技术制备内含片层单元血管通道和生长因子的水凝胶，然后将内皮细胞接种至通道中培养一段时间后，得到片层单元水凝胶血管网络，接着将多个片层单元水凝胶血管网络变形组装后(组装方式为堆叠、贴合、缠绕、裹覆，如果组装成立方体，仅用堆叠就可以，如果组装成球体，需要用到贴合、缠绕和裹覆，变形方式为弯曲、扭转)，采用激光雕刻或者切削的方式得到具有特定形状的待修复的血管部位，最后继续培养一段时间得到多片层单元水凝胶包被的仿生毛细血管网；

其中，片层单元血管通道为平面人体动脉或静脉血管网络状结构，由多个位于同一空间层面或不同空间层面的圆柱状通道组成，相邻两个圆柱状通道的中心距小于等于5mm(具体为0.3～5mm)，水凝胶为可被内皮细胞及其分化出的细胞侵入的水凝胶。