[发明专利]一种气泡驱动的环状微单元阵列化组装系统及方法

说明书

本发明公开了一种气泡驱动的环状微单元阵列化组装系统及方法，利用左右通气管和变向阀在培养皿的小孔阵列上交替地产生气泡，培养液中上升的气泡推动均匀分布在培养液底部的微血管二维环形单元，微血管二维环形单元在气泡的推动下升至培养液顶部，停止供气后下落，一部分随机落至收集柱上，反复这个过程，实现微血管的自动组装；本发明没有对微血管二维环形单元的释放过程，因此避免了微观物体之间的粘附力影响，由于没有出现较大的操作力，不存在损伤微血管的可能性，最重要的是整个操作平台原理简单，相比较而言成本优势巨大；由于可抓取多种直径的微血管二维环形单元，同时简单的结构带来极低的故障可能性，有较广的适用性和稳定性。

技术领域

本发明属于微纳操作以及微组装领域，尤其涉及一种气泡驱动的环状微单元阵列化组装系统及方法。

背景技术

近年来，组织工程正在经历着史无前例的快速发展期。很多相关科学家和医疗从业者利用这一技术构建人造组织或器官等来替代人体或动物体内受损、恶化或者死亡的组织和器官，给人类健康带来巨大福音，是未来生物高新技术的重要组成部分。但是，由于人造组织内血液循环的缺失，很多已经培育成一定规模的人工组织或器官无法及时获得培养液内的营养物质或氧气而失、死亡，这成为阻碍组织工程发展的一项重要因素。因此，人造血管逐渐成为组织工程不可或缺的一项技术前提。由于分子的扩散效应，人造血管必须足够微细才能使得人造细胞能够主动吸收200μm以内的营养物质。就目前而言，人造微血管需要满足外径范围通常是200-250μm。

总体而言，人工微血管的制备主要是机械接触式操作和基于微流控芯片两种方式。其中，机械接触式操作由于其灵活性高，针对一定粗细范围内的微血管都能够适用。机械接触操作主要使用微纳操作手，在外界复杂的视觉系统的检测和控制下，仿人手对通过光交联材料与细胞群混合并固化来生成微血管二维环状单元进行抓取操作，然后将其制定生长柱上，累计多个单元，经过一段时间的生长即可获得人工培育的微血管。然而，在这个过程中伴随着很多问题，首先，微观世界不同于宏观世界，物体与物体之间的粘附力会随着尺寸的减小而变得十分明显，这使得机械手对微血管二维环形单元的释放变得非常困难，释放成功率低；其次，直接接触往往由于操作失误，不可避免的会损伤已经组装好的微血管，使得前功尽弃；最后整个操作系统由于加入了视觉反馈，较为复杂，且难以实现高效工作。而基于微流控芯片的组装方式，虽然解决了系统复杂、损坏微血管的问题，但由于其流道尺寸固定，不能适用多种目前，灵活性差，又容易出现堵塞流道的问题，也未能广泛应用。以上两种操作方式都是通过“自下而上”的逻辑来实现，所说的微血管二维环状单元即使最小的单元，然后将其装配成形，在培养液内生长而获得微血管。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种气泡驱动的环状微单元阵列化组装系统及方法，有效解决现阶段微血管二维环状单元在微组装过程中系统复杂、灵活性差等问题。

一种气泡驱动的环状微单元阵列化组装系统，包括左进气管2、培养皿3、收集柱4、微血管二维环形单元5、变向阀6、右进气管7；

培养皿3分为上腔室和下腔室，两腔室中间的隔板开有阵列式排布的小通孔；上腔室装有含有微血管二维环形单元5的培养液；下腔室左右两侧开有长孔，分别对应联通左进气管2和右进气管7。

变向阀6的一端固定在两腔室中间的隔板的下表面上，另一端为自由端；相邻两列小通孔之间均固定有一组变向阀6；变向阀6轻质柔性材料制作，在左进气管2和右进气管7进气的作用下，可向右或者向左弯折，并覆盖住隔板上其右侧或者左侧的一列小通孔；

收集柱4以阵列的形式固定在隔板的上表面，隔板上相邻两列小通孔之间设置一列收集柱4，用于收集漂浮下来的微血管二维环形单元5。

进一步的，还包括基台1，用于对培养皿3的支撑和定位。

较佳的，相邻两列小通孔之间变向阀6是一个整体或者是独立的多个变向阀6。

较佳的，培养液的液面高度不低于培养皿3的75％。