[发明专利]一种基于3D打印技术的细胞图案化培养的装置及方法

说明书

技术领域

本发明属于3D打印技术和细胞培养技术领域，具体地，本发明涉及一种能够以3D打印为基础快速制备的细胞图案化共培养的装置及方法。

背景技术

细胞的图案化主要目的是使细胞生长在预先设定的区域，形成特定图案。微图案化技术可以在微米尺度下控制细胞的空间分布，因此对组织工程、生物传感器技术，以及基础生物学问题的研究具有重要意义。微图案化技术可以对包括细胞群落大小、群落间的距离、同种或异种细胞间的相互作用进行直接调控，而对于这些空间参数的控制可以直接影响细胞的代谢和细胞功能。例如，人类脐静脉内皮细胞的大小和所占据的空间会直接影响其分化趋向，而巨噬细胞、成纤维细胞和内皮细胞间的相互作用会促进内皮细胞的血管生成趋势。因此，细胞的微图案化技术显然是一种研究细胞行为和功能的强有力的生物医学工程工具。

在过去的十年中，细胞图案化技术已经被广泛应用于研究细胞间相互作用、细胞对所处环境的响应、细胞极化生长、细胞分化、以及细胞的其他功能。大致说来，细胞图案化的方法可被归为两大类：一类是使用不同的化学试剂，如自组装单分子层和人类纤维蛋白，对培养载体的表面进行修饰，使其排斥或促进细胞的贴附；另一类是使用物理方法把细胞固定在特定区域，典型的有微加工制成的管道、微坑、隔断及小钩。有一些报道将这两种方法巧妙地结合起来研究细胞间的相互作用。

但是，目前利用物理方法实现细胞图案化的加工过程普遍较为复杂，比如光刻技术和软光刻技术，其制备装置过程较复杂，需要特定的仪器设备，一般实验室很难实现。随着3D打印技术的逐渐发展和进步，其能实现多尺度下的制造。3D打印，又称增材制造，属于快速成形技术的一种，它是一种数字模型文件为基础制造几乎任何形状的三维实体的技术。3D打印运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层堆叠积累的方式来构造物体，即“层造形法”。3D打印与传统的机械加工技术不同，后者通常采用切削或钻孔技术（即减材工艺）实现。过去其常在模具制造、工业设计等领域被用于制造模型，现正逐渐用于一些产品的直接制造。特别是一些高价值应用已经有使用这种技术打印而成的零部件，意味着“3D打印”这项技术的普及。现在市面上的3D打印机已经实现微米尺度的制造，而且精度也逐年提高。值得注意的是3D打印技术在生物医学工程领域的应用还处于探索阶段，很多研究集中在对支架和骨质关节等的修复方面，而面对细胞生物学、组织工程等方面的应用并不多见。

利用3D打印制造微米级精度的装置并将之应用在细胞生物学特别是细胞微图案化上的发明还未见到报道。

发明内容

针对上述问题，本申请提供了一种能够利用3D打印快速制备用于细胞培养和细胞图案化共培养的微器件技术，并且该器件能够方便地与现有细胞生物技术相互兼容，如显微成像，细胞免疫染色等。能够方便地实现对多种细胞的图案化，并能够对细胞进行显微成像分析和免疫组化分析，得到定量化的结果。为科研人员能够更快速方便地实现多种细胞的共培养提供了装置和方法。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种基于3D打印技术的多细胞图案化培养的装置，其特征在于，

所述装置包括多组同心设置的中空管体，每组中空管体包括一个外中空管体及至少一个内中空管体，内中空管体的底端与外中空管体的底端同心；所述装置采用3D打印技术制备，中空管体的底端均设置在细胞培养器具上，内中空管体的底端可移出细胞培养器具；内中空管体的外径小于外中空管体的内径。在内中空管体、外中空管体与内中空管体之间的空白区域分别添入不同种类的细胞，待细胞帖壁后移除内中空管体，使多种细胞图案化相邻，同时内中空管体的壁厚使得不同细胞区域保留一定间隙，此装置可以用来方便观察多细胞间的迁移及相互作用。

进一步地，所述装置包括上部分和下部分，下部分包括多个外中空管体和下支撑部；上部分包括多个内中空管体和上支撑部，内中空管体与上支撑部相连，上支撑部和下支撑部可拆卸的相互匹配，上支撑部与下支撑部配合时使得每个内中空管体分别与一个外中空管体底端同中心设置；上支撑部和下支撑部拆卸时可使得内中空管体的底端可抽离细胞培养器具。

进一步地，内中空管体的上端内径大于内中空管体的底端内径。

进一步地，中空管体的内径从微米级到厘米级。

进一步地，通过将上下两支撑部拼插组合，能实现可逆转的封接。

进一步地，3D打印的原材料具有良好的细胞相容性和环境友好性。