基于电纺膜的细胞微球制造和培养一体化装置及其制造培养方法
| 专利类型 | 发明公开 | 法律事件 | 公开; |
| 专利有效性 | 公开 | 当前状态 | 公开 |
| 申请号 | CN202411876674.8 | 申请日 | 2024-12-19 |
| 公开(公告)号 | CN119662407A | 公开(公告)日 | 2025-03-21 |
| 申请人 | 上海大学; 上海大学温州研究院; | 申请人类型 | 学校 |
| 发明人 | 刘媛媛; 靳翱翔; 陆春祥; 张毅; 刘华振; 杨士模; | 第一发明人 | 刘媛媛 |
| 权利人 | 上海大学,上海大学温州研究院 | 权利人类型 | 学校 |
| 当前权利人 | 上海大学,上海大学温州研究院 | 当前权利人类型 | 学校 |
| 省份 | 当前专利权人所在省份：上海市 | 城市 | 当前专利权人所在城市：上海市宝山区 |
| 具体地址 | 当前专利权人所在详细地址：上海市宝山区上大路99号 | 邮编 | 当前专利权人邮编：201900 |
| 主IPC国际分类 | C12M3/00 | 所有IPC国际分类 | C12M3/00 ; C12M1/00 ; C12M1/38 ; C12N5/00 ; B29C64/10 ; B33Y10/00 ; D04H1/728 ; D01D5/00 ; D04H1/43 ; B01L3/00 ; B01D71/42 ; B01D69/08 ; B01J13/14 |
| 专利引用数量 | 0 | 专利被引用数量 | 0 |
| 专利权利要求数量 | 6 | 专利文献类型 | A |
| 专利代理机构 | 池州优佐知识产权代理事务所 | 专利代理人 | 王德金; |
| 摘要 | 本 发明 公开了一种基于电纺膜的细胞微球制造和培养一体化装置和制造培养方法，本装置包括细胞微球制造装置以及细胞微球培养装置，所述的细胞微球制造装置包括 静电纺丝 膜、带有表面微结构的微 流体 基板 和凝胶装置，可以实现快速批量地制造细胞微球；所述的细胞微球培养装置即微流体培养器，用来保证细胞培养液的动态灌输。本发明结合静电纺丝制造 纳米 纤维 膜的工艺，实现了细胞微球的原位培养，本发明提供的装置大大提高了细胞微球的制造效率，可复现性强，容易实现批量生产，方便了后续细胞的培养，该装置具有操作简单、可复现性强、可批量生产、细胞存活率高等优点，适用于细胞微球的制造和培养。 | ||
| 权利要求 | 1.基于电纺膜的细胞微球制造和培养一体化装置，包括细胞微球制造装置以及细胞微球培养装置，其特征在于，所述的细胞微球制造装置包括静电纺丝膜（1）、表面微结构（3）、带有表面微结构（3）的微流体基板（2）和凝胶装置；利用微流体基板（2）塑形静电纺丝膜（1），使膜形成微结构，借此制造细胞微球，再利用静电纺丝膜（1）的物质交换性来进行细胞微球的后续培养。 |
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| 说明书全文 | 基于电纺膜的细胞微球制造和培养一体化装置及其制造培养方法 技术领域背景技术[0002] 目前主要用于生产纳米纤维的方法是静电纺丝，它通过电场力拉伸聚合物，利用介质和电场之间的相互作用产生纳米纤维。静电纺丝是一种操作简单但潜力巨大的纤维加工技术。纤维结构的多样性和可调节的制备设计意味着它被广泛使用。优点可以概括为实验条件简单，实验成本低，纤维产量高，材料适用性高。 [0003] 目前主要用于制造微球的传统技术有模板成型、乳液聚合、分散聚合、喷雾干燥、基于挤出的方法等，在制造具有良好单分散性、受控几何形状、定制结构和复杂成分的材料方面面临着固有的挑战，为了应对这些挑战，微流体，涉及在微米尺寸的通道内对小体积液体的精细操作，已成为制备具有明确特征的微球的有前途的替代方案，微流体已成为一种强大的平台技术，用于合理设计和制造具有复杂且精确可调的尺寸、形状、结构和成分的材料，通过适当调整流速和粘度等操作参数，但是在现有技术中，在具有特定芯片设计的微流体平台上成功生产出具有理想均匀性和可调几何形状的材料还需要进行突破。 发明内容[0004] （一）解决的技术问题针对现有技术的不足，本发明提供了基于电纺膜的细胞微球制造和培养一体化装置，具备避免了微球制造后单独进行收集然后培养的步骤，这样可以将培养好的细胞微球取出后直接使用的问题。 [0005] （二）技术方案为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：基于电纺膜的细胞微球制造和培养一体化装置，包括细胞微球制造装置以及细胞微球培养装置，其特征在于，所述的细胞微球制造装置包括静电纺丝膜、表面微结构、带有表面微结构的微流体基板和凝胶装置；利用微流体基板塑形静电纺丝膜，使膜形成微结构，借此制造细胞微球，再利用静电纺丝膜的物质交换性来进行细胞微球的后续培养。 [0006] 优选的，静电纺丝膜1采用的静电纺丝系统制得，系统由三个基本元件组成：直流电源、毛细管和接地导电收集器；毛细管通常是带有喷丝头的溶液容器，材料方面选用天然聚合物材料，可根据需要将其他组分掺入聚合物纺丝溶液中对其进行改性，利用收集器使用表面带有微结构的微流体来代替，以制得具有有序堆叠结构的纳米纤维膜。 [0007] 优选的，所述的细胞微球培养装置即微流体培养器，采用上述微流体基板所使用的制造技术，所述微流体培养器内设置有培养器凹槽，培养器凹槽左右两侧各打一个通孔相互贯穿分别作为培养液入口以及培养液出口，采用动态灌注，以保持培养液的充分营养供给和细胞代谢废物的及时排出。 [0008] 优选的，还包括用于液体刮除处理除的刮板。 [0009] 优选的，整个装置的组装将微流体培养器放置在最下层，将带有表面微结构的微流体基板放置其上，而静电纺丝膜则置于基板之上，而凝胶装置则根据微球制造所用材料的特性选用和放置。 [0010] 本发明要解决的另一技术问题是提供基于电纺膜的细胞微球制造和培养一体化装置的制造培养方法，包括以下步骤：1）制造带有表面微结构的微流体基板：先用光固化3D打印制造负模，然后用PDMS聚二甲基硅氧烷软光刻制造表面微结构，得到微流体基板； 2）在微流体基板上静电纺丝得到膜：所采用的静电纺丝系统由三个基本元件组成：直流电源、毛细管和收集器，收集器使用上步制得的微流体基板，纺丝材料选用PAN聚丙烯腈，在微流体基板上得到带有微结构的膜。 [0011] 3）获得球状液体：将载有人体成纤维细胞的丝素蛋白溶液注射到静电纺丝膜表面，等待溶液落到膜表面微结构中之后，用刮板将多余液体刮去，微结构中含有球状液体；4）交联形成细胞微球：使用可见光照射静电纺丝膜表面液体，1min即可快速交联，制得所需细胞微球。 [0012] 5）通入细胞培养液：将含有20%CS及PS的DMEM培养液通过微流体培养器的入口处缓慢注入，直到其从另一端出口处流出，培养液达到动态平衡即可；6）实现细胞微球后续培养：移去微流体基板，将静电纺丝膜放置在微流体培养器上方，使得微结构处的膜底部与微流体培养器中培养液直接接触为宜，最后将装置放入 37.5% CO2的恒温培养箱中进行后续培养。 [0013] （三）有益效果与现有技术相比，本发明提供了基于电纺膜的细胞微球制造和培养一体化装置，具备以下有益效果： 该基于电纺膜的细胞微球制造和培养一体化装置，轻松实现了批量制造细胞微球的目的，并且基本可以保证一个细胞微球中只含有一个细胞，实现了细胞微球的制造和后续培养的一体化，防止了细胞微球制造出来后需要取出并转移到细胞培养液里进行培养的步骤，避免了细胞微球在培养之前因操作不当而造成死亡的风险，本次设计的装置主体都是由微流控技术和静电纺丝技术制造的，这两种技术的操作难度不高，可复现性强，容易实现批量生产，利用微流控技术和静电纺丝技术实现了细胞微球的制造和后需培养的一体化，该装置具有操作简单、可复现性强、可批量生产、细胞存活率高等优点，适用于细胞微球的制造和培养。 附图说明 [0014] 图1为本发明提供的细胞微球制造与培养一体化装置的结构示意图。 [0015] 图2为静电纺丝膜的示意图。 [0016] 图3为带有表面微结构的微流体基板示意图。 [0017] 图4为刮板示意图。 [0018] 图5为微流体培养器的结构示意图。 [0019] 图6为整个装置复合的简易工艺流程图。 [0020] 图中：1、静电纺丝膜；2、微流体基板；3、表面微结构；4、微流体培养器；5、刮板；6、培养器凹槽；7、培养液入口；8、培养液出口。 具体实施方式[0021] 下面将结合本发明的实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。 [0022] 实施例一：基于电纺膜的细胞微球制造和培养一体化装置，包括细胞微球制造装置以及细胞微球培养装置，细胞微球制造装置包括静电纺丝膜1、表面微结构3、带有表面微结构3的微流体基板2和凝胶装置；利用微流体基板塑形静电纺丝膜，使膜形成微结构，借此制造细胞微球，再利用静电纺丝膜的物质交换性来进行细胞微球的后续培养。 [0023] 细胞微球制造装置包括静电纺丝膜1、带有表面微结构3的微流体基板2和凝胶装置；静电纺丝膜采用典型的静电纺丝系统制得，系统由三个基本元件组成：直流电源、毛细管和接地导电收集器；毛细管通常是带有喷丝头的溶液容器，选用天然聚合物材料，将其他组分掺入聚合物纺丝溶液中对其进行改性，利用收集器使用表面带有微结构的微流体来代替，以制得具有有序堆叠结构的纳米纤维膜。 [0024] 带有表面微结构3的微流体基板2可以预先通过3D建模软件设计出表面微结构3和整体形状，然后通过3D打印技术如光固化3D打印技术打印出来；或者采用软光刻技术制作结构母模，然后通过材料翻模得到带有表面微结构3的微流体基板2。 [0025] 凝胶装置则根据所制造微球采用的材料的特性进行设计，比如常见的热凝胶特性、光交联特性和离子交联特性等。 [0026] 细胞微球培养装置即微流体培养器4，采用上述微流体基板2所使用的制造技术，形状为一个类似于培养皿的空心结构，左右两侧各打一个通孔相互贯穿分别作为培养液的入口和出口，采用动态灌注的方法，以保持培养液的充分营养供给和细胞代谢废物的及时排出。 [0027] 细胞微球培养装置即微流体培养器4，采用上述微流体基板2所使用的制造技术，微流体培养器4内设置有培养器凹槽6，培养器凹槽6左右两侧各打一个通孔相互贯穿分别作为培养液入口7以及培养液出口8，采用动态灌注，以保持培养液的充分营养供给和细胞代谢废物的及时排出。 [0028] 整个装置的组装将微流体培养器4放置在最下层，将带有表面微结构3的微流体基板2放置其上，而静电纺丝膜1则置于基板之上，而凝胶装置则根据微球制造所用材料的特性选用和放置。 [0029] 1）制造带有表面微结构3的微流体基板2：先用光固化3D打印制造负模，然后用PDMS聚二甲基硅氧烷软光刻制造表面微结构3，得到微流体基板2；2）在微流体基板2上静电纺丝得到膜：所采用的静电纺丝系统由三个基本元件组成：直流电源、毛细管和收集器，收集器使用上步制得的微流体基板2，纺丝材料选用PAN聚丙烯腈，在微流体基板2上得到带有微结构的膜； 3）获得球状液体：将载有人体成纤维细胞的丝素蛋白溶液注射到静电纺丝膜1表面，等待溶液落到膜表面微结构3中之后，用刮板5将多余液体刮去，微结构中含有球状液体； 4）交联形成细胞微球：使用可见光照射静电纺丝膜1表面液体，1min即可快速交联，制得所需细胞微球； 5）通入细胞培养液：将含有20%CS及PS的DMEM培养液通过微流体培养器（4）的入口处缓慢注入，直到其从另一端出口处流出，培养液达到动态平衡即可； 6）实现细胞微球后续培养：移去微流体基板2，将静电纺丝膜1放置在微流体培养器4上方，使得微结构处的膜底部与微流体培养器4中培养液直接接触为宜，最后将装置放入37.5% CO2的恒温培养箱中进行后续培养。 [0030] 本发明的有益效果是：该基于电纺膜的细胞微球制造和培养一体化装置，轻松实现了批量制造细胞微球的目的，并且基本可以保证一个细胞微球中只含有一个细胞，实现了细胞微球的制造和后续培养的一体化，防止了细胞微球制造出来后需要取出并转移到细胞培养液里进行培养的步骤，避免了细胞微球在培养之前因操作不当而造成死亡的风险，.本次设计的装置主体都是由微流控技术和静电纺丝技术制造的，这两种技术的操作难度不高，可复现性强，容易实现批量生产，利用微流控技术和静电纺丝技术实现了细胞微球的制造和后需培养的一体化，该装置具有操作简单、可复现性强、可批量生产、细胞存活率高等优点，适用于细胞微球的制造和培养。 |
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