[发明专利]三维毛细血管网络生物芯片的制造方法

说明书

技术领域

本发明属于生物医学领域，特别涉及一种基于3D生物打印的三维毛细血管网络生物芯片的制造方法。即采用生物打印和组织工程相结合的方法，制造出血管化的生物芯片，应用于药物筛选和体外毛细血管类疾病机理研究模型。

背景技术

生物打印是2000年后新兴起的生物制造技术，其拥有的无模直写特点在生物加工领域拥有令传统的加工方法无法企及的优势。其可以通过3D建模软件，将设计的结构逐层打印出来，而不需要其他的工序。

3D微流控生物芯片技术的目的是将样品的制备、生化反应到检测的整个分析过程集成化为全微分析系统(μTAS),亦即芯片实验室(lab-on-a-chip)。传统设计方法是根据需要设计微流控反应器线路,利用喷绘技术将线路绘在塑胶片或利用微电子工艺的布线技术将图案布在硅片上,硅橡胶从液态到橡胶的硫化过程将线路图案转移到硅橡胶芯片上,硅橡胶层间以及与基底间的键合构成微流控生物芯片。传统的微流控芯片加工过程繁琐，成本也相对较高。

在毛细血管类药物筛选和疾病机理研究时，一般使用动物作为药物筛选的模型，但是动物毕竟不是人体，只能是一种间接性的研究，只在一个局部或者某个方面与人类似，与人类疾病存在一定的差异。

发明内容

本发明的目的是提供一种三维毛细血管网络生物芯片的制造方法，以解决传统微流控芯片加工工艺繁琐的技术问题。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种三维毛细血管网络生物芯片的制造方法，其包括以下步骤：

将高分子水凝胶利用3D生物打印机制成模拟毛细血管的牺牲性三维网络支架；

在所述支架周围及构成该支架的水凝胶线之间填充可固化的液态生物相容性高分子材料；

待所述液态生物相容性高分子材料固化后，去除所述支架，得到具有中空毛细管网络的微流控芯片；

在所述微流控芯片的毛细管网络中种植内皮细胞；

培养所述内皮细胞使其贴壁生长内皮化成为毛细血管，从而将所述微流控芯片制成三维毛细血管网络生物芯片。

在上述的三维毛细血管网络生物芯片的制造方法中，优选地，所述高分子水凝胶为泊洛沙姆407、普朗尼可F127、聚-异丙基丙烯酰胺或者明胶丙烯酸水凝胶，浓度为1-99wt/v％，打印成型的三维网络支架在常温下且无紫外交联的条件下立即保持固态。

在上述的三维毛细血管网络生物芯片的制造方法中，优选地，所述可固化的液态生物相容性高分子材料为可以固化的液态硅橡胶、可以固化的液态聚二甲基硅氧烷或者可以固化的液态环氧树脂。

在上述的三维毛细血管网络生物芯片的制造方法中，优选地，去除支架的方法包括：将所述支架置于与所述高分子水凝胶具有相容性的液体中浸泡和清洗。

在上述的三维毛细血管网络生物芯片的制造方法中，优选地，所述高分子水凝胶为泊洛沙姆407、普朗尼可F127、聚-异丙基丙烯酰胺或者明胶丙烯酸水凝胶，用于去除支架的液体为水、酒精、四氢呋喃或者一四二氧六环。

在一些实施方式中，所述三维毛细血管网络生物芯片中具有至少两个直径不同的毛细血管，相应的，在所述的将高分子水凝胶利用3D生物打印机制成模拟毛细血管的牺牲性三维网络支架的步骤中包括：变换打印针头，打印相应直径的水凝胶线。打印针头的直径范围为1微米—1毫米。

在另一些实施方式中，所述三维毛细血管网络生物芯片中具有至少两个直径不同的毛细血管，相应的，在所述的将高分子水凝胶利用3D生物打印机制成模拟毛细血管的牺牲性三维网络支架的步骤中包括：使用同一种打印针头，在同一种挤出速率下，调控打印针头的水平移动速度打印相应直径的水凝胶线。

还有一些实施方式中，所述三维毛细血管网络生物芯片中具有直径线性变化的毛细血管，相应的，在所述的将高分子水凝胶利用3D生物打印机制成模拟毛细血管的牺牲性三维网络支架的步骤中包括：线性变换打印针头的水平移动速度打印出直径线性变化的水凝胶线。

在上述的三维毛细血管网络生物芯片的制造方法中，优选地，在所述微流控芯片的毛细管网络中种植内皮细胞的步骤包括：制备规定浓度的内皮细胞；对所述微流控芯片先进行无菌处理，再用纤连蛋白溶液做润洗灌注处理；然后将所述规定浓度的内皮细胞注入到上述处理后的微流控芯片的毛细管网络中。培养所述内皮细胞使其贴壁生长内皮化成为毛细血管，从而将所述微流控芯片制成三维毛细血管网络生物芯片的步骤包括：种植内皮细胞后先静置培养一段时间，然后将所述微流控芯片翻转后再静置培养一段时间，最后用PBS清洗微流控芯片的毛细管网络，在毛细管网络中注入新鲜培养基培养使细胞传代长满管道内壁。