[发明专利]一种基于磁控微纤维阵列的微单元组装系统及方法

说明书

本发明提出了一种基于磁控微纤维阵列的微单元组装系统及方法，利用依次在培养皿顶部滴出含有微血管二维环形单元的培养液，根据显微镜及视觉系统的判断，通过改变一对正交电磁铁的磁场强度来控制磁性机械手的弯曲位置来实现微血管的自动组装；本发明不存在与操作目标的释放过程，很大程度上避免了微观物体间的黏附力，大大提高了抓取的成功率和抓取效率，且避免了对微血管二维环形单元的损伤；对比已有的在微流控芯片内微血管组装方式，本发明不受操作任务和微血管尺寸的限制，操作灵活性强；本发明提出的基于磁控微纤维阵列的微单元组装方法，在对微血管二维环状单元的组装操作中显示了很强的优越性。

技术领域

本发明属于微纳操作以及微组装技术领域，具体涉及一种基于磁控微纤维阵列的微单元组装系统及方法。

背景技术

当今社会，人体组织的损伤、器官的衰竭是威胁人类健康的重要因素之一。随着组织工程的发展，越来越多的人发现通过构建人工组织和器官来实现受损部分的替换是解决这个问题的重要途经。然而，由于缺乏血液循环系统，在很多人工组织和器官内部特别容易出现营养和氧气供给不足的情况。同时，根据分子的扩散效应，人工培育的组织细胞能够主动吸收营养的最大距离为200μm。因此，快速培育和构建一套具有小口径的人工微血管结构显得极其重要。

目前，人们主要通过“自下而上”的方式来实现人工微血管的体外构建，即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，然后通过微组装技术将二维环状单元装配成形并生长。目前人们大多采用机械接触的方式来实现二维环状单元装配，机械接触的方式不可避免会涉及到对操作目标的“抓取”和“释放”，而对于微观世界，物体与物体之间的粘附力变得十分明显，这给机械接触式装配带来很大的不便，难以实现高效工作。而基于微流控芯片的装配方式，由于其固定的流道尺寸，不能适应不同目标，缺乏灵活性，又难以重复利用。

因此，现有的二维环状单元的微组装技术已经越来越不能满足人工微血管发展的需求。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种基于磁控微纤维阵列的微单元组装系统及方法，可以有效解决现阶段微血管二维环状单元在微组装过程中成功率低、不灵活的问题。

一种基于磁控微纤维阵列的微单元组装系统，包括第一电磁线圈(2)、第二电磁线圈(3)、显微镜及视觉系统(4)、第三电磁线圈(5)、第四电磁线圈(6)、第一送液管(7)、第二送液管(8)、培养皿(9)、第三送液管(10)、第四送液管(11)、微血管二维环状单元(12)以及磁性机械手(13)；

所述培养皿(9)用于给所述磁性机械手(13)提供操作空间及装载培养液；

所述微血管二维环形单元(12)散落在培养皿(9)的培养液之中；

所述磁性机械手(13)以阵列的方式固定在培养皿(9)底部中心处，用于抓取及收集微血管二维环状单元(12)；

所述第一电磁线圈(2)、第二电磁线圈(3)、第三电磁线圈(5)和第四电磁线圈(6)用于为培养皿(9)内的磁性机械手(13)提供正交磁场，控制磁性机械手(13)上部朝着360°任意方向发生弯曲变形，实现对微血管二维环形单元(12)的抓取；

第一送液管(7)、第二送液管(8)、第三送液管(10)及第四送液管(11)固定在培养皿(9)顶部，用于送出含有微血管二维环状单元(12)的培养液；

所述显微镜及视觉系统(4)用于：

根据磁性机械手(13)的可弯曲角度，事先计算每个机械手(13)的适宜捕捉范围；

实时获取微血管二维环形单元(12)和磁性机械手(13)的图像，并获得微血管二维环形单元(12)和磁性机械手(13)位置关系；

当微血管二维环形单元(12)的80％以上部分位于某个磁性机械手(13)的捕捉范围，则认定该磁性机械手(13)可抓取该微血管二维环形单元(12)；