[发明专利]基于3D打印技术的浇筑成型仿生毛细血管网的制法

说明书

本发明涉及一种基于3D打印技术的浇筑成型仿生毛细血管网的制法，先利用3D打印技术制备内含三维立体通道和生长因子的水凝胶，再将内皮细胞接种至通道中培养一段时间后，得到浇筑成型仿生毛细血管网，其中，三维立体通道为人体动脉或静脉血管网络状结构，由多个圆柱状通道组成，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。本发明的一种基于3D打印技术的浇筑成型仿生毛细血管网的制法，简单易行，成本低廉，具有环境普适性，可以通过利用水凝胶的多孔性和控制生长因子的浓度使血管网络主干长出支干，从而更形象地模拟生物体内血液流动，还能有效提高整体水凝胶微流体的机械性能。

技术领域

本发明属于水凝胶微流体血管网络技术领域，涉及一种基于3D打印技术的浇筑成型仿生毛细血管网的制法。

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)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，进而无法更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制造过程复杂、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，提供一种基于3D打印技术的浇筑成型仿生毛细血管网的制法。

为达到上述目的，本发明采用的方案如下：

基于3D打印技术的浇筑成型仿生毛细血管网的制法，先利用3D打印技术制备内含三维立体通道和生长因子的水凝胶，再将内皮细胞(具体为人脐静脉内皮细胞(HUVEC)或人微血管内皮细胞(HMVEC))接种至通道中培养一段时间后，得到浇筑成型仿生毛细血管网，其中，三维立体通道为人体动脉或静脉血管网络状结构，由多个圆柱状通道组成，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。相邻两个圆柱通道的中心距是受生长因子浓度的影响，当两个相邻的圆柱通道过近，会导致中间水凝胶厚度很薄，在给与较高压力促使血液在微流体水凝胶中流动，存在血管破裂的潜在因素；当两个相邻的圆柱通道过远，会造成血管支路生长天数增长，在同样的细胞培养天数下，增加通道距离，会使血管间可能并不互通，血管周围仅长有无数的毛细血管。

作为优选的技术方案：

如上所述的基于3D打印技术的浇筑成型仿生毛细血管网的制法，水凝胶为丝素水凝胶，本发明水凝胶的种类包括但不仅限于此，其他种类的生物质水凝胶也在本发明的保护范围。