[發明專利]一種微流控裝置及利用該裝置制備微凝膠的方法

有效

• 申請號: 201610150172.6
• 申請日: 2016-03-16
• 公開（公告）號: CN105641743B
• 公開（公告）日: 2019-05-17
• 發明（設計）人: 王華楠
• 申請（專利權）人: 寧波瑞柏思生物材料科技有限公司
• 主分類號: A61L27/16
• 分類號: A61L27/16;A61L27/18;A61L27/20;A61L27/22;A61L27/50;A61L27/54;C12M1/00
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責任公司 21212
• 代理人: 賈漢生;李馨

本發明提供了一種微流控裝置及利用該裝置制備載細胞微凝膠的方法。該方法包括：(1)以含有活細胞或生物活性分子、光固化劑和水凝膠預聚體的溶液作為內相；以含有油和表面活性劑的混合溶液作為中間相；以聚乙烯醇水溶液作為外相；(2)將所述內相、中間相和外相通過微量泵或微注射器分別輸送至微流控裝置的相應微通道中，形成單分散的水包油包水雙乳液；(3)步驟(2)的所述單分散的水包油包水雙乳液流經微流控裝置的輸出通道，收集在裝有水性溶液的收集容器中，得固載有活細胞或生物活性分子的微凝膠。實現了一步法固載細胞微凝膠的制備，對所得微凝膠尺寸可控，且尺寸分布窄，同時保持了細胞的存活率。

技術領域

本發明屬于生物工程領域，涉及微流控裝置以及利用該微流控裝置制備載有活細胞或生物活性因子的微凝膠的制備方法。

背景技術

針對損傷或病變的人體組織或器官的修復，臨床上的傳統仍依賴于器官捐獻。然而，移植人體組織短缺，有引發傳染疾病等風險使得器官移植面臨諸多問題。僅以美國為例，目前等待器官移植的患者每年超過74000例，而每年只有21000人能夠得到移植手術。近年來，以組織工程和細胞治療為手段的再生醫學技術的誕生和發展，給器官修復重建帶來了新的希望，并有望緩解器官捐獻者短缺的實際問題。其中組織工程是應用工程學和生命科學的原理和方法，利用天然的和合成的成分構建提議恢復、維持或改善組織功能的醫療制品。目前組織工程技術已經相對成功的實現了包括皮膚、軟骨等組織的修復并進入臨床應用。然而，實現復雜結構的、三維(3D)空間工程化組織尚未生成。其中一個只要技術難題就是在大尺寸支架材料中的活體細胞，由于細胞間信號交換和營養物質交換受到限制，因此難以正常繁殖并組織化，因而導致組織缺損修復失敗。

生物相容性的、可降解親水性高分子材料構成的水凝膠可以模擬活體細胞的細胞外微環境，因此被大量用于細胞固載和組織工程方面的應用。然而被包埋在大尺寸水凝膠材料中的活體細胞的細胞間信號交換和營養物質交換都會受到限制。這是因為在微凝膠的交聯高分子網絡中，信號因子和營養物質的滲透速率和距離都受到限制。相對而言，微米尺度的微凝膠更使用于細胞的固載包埋和三維培養，因為微凝膠有利于物質交換并可對細胞外微環境形成更精確控制。因此，實現載細胞微凝膠的高通量制備將有利于推進組織工程和細胞治療技術的發展和臨床應用。

固載有活體細胞的微凝膠可作為基本單元用于構建細胞化的類組織結構，也可以作為藥物控釋載體用于細胞治療技術。然而，如何精確控制微凝膠的尺寸和尺寸分布仍然是現有制備工藝技術難點，而這一參數不但會影響物質交換， 更會直接影響被載細胞的行為。這需要我們開發新技術來實現對微凝膠性能參數的精確調控，同時保持被固載細胞存活率。

現有的可用于載細胞微凝膠的微加工技術包括光刻蝕技術[1]、微模板技術[2,3]等。這些技術都有各自的優勢，例如可實現規模化生產、對微凝膠尺寸形貌精確控制等。然而，這些傳統技術都是基于批量化的生產工藝，無法實現高通量的連續制備，且批次間產品性能存在差異。

微流控液滴技術的發展使精確控制不互溶多相流體成為可能，這一技術可實現連續進樣，快速生產單分散性、可精確控制尺寸的微凝膠或微膠囊材料[4]。油包水(W/O)單乳液液滴技術可通過具有T型流道[5]或流體聚焦結構[6]的微流控裝置制備，并且可作為模板、通過不同聚合方式制備單分散的微凝膠。然而，該方法不能實現連續的載細胞凝膠生成，而需要不間斷的收集產物并破除乳液將細胞轉移到生物相容性的水相溶液中，加工過程費時費力。并且，細胞長時間的暴露在油和表面活性劑中會影響細胞的活性[7]。因此，如何實現細胞在被固載入微凝膠并快速從油相中分離將大大有利于細胞活性的保存，并可實現連續制備，提高生產效率。

另外，水包水(W/W)乳液技術也可以實現微凝膠的制備[8,9]。該方法使用含水的兩相流體，利用兩相間不易共混可形成液滴，并以液滴作為模板，實現在水溶液中生產微凝膠微粒。該方法避免了額外的破除乳液的步驟，可實現一步法細胞包埋。然而，這一體系限于特定組合兩種不混溶含水溶質，如葡聚糖和聚乙二醇，這限制了這一方法的廣泛應用。