[發明專利]制備微球的裝置和制備微球的方法

在審

• 申請號: 201610786492.0
• 申請日: 2016-08-31
• 公開（公告）號: CN107418872A
• 公開（公告）日: 2017-12-01
• 發明（設計）人: 張雅雅;溫學敏
• 申請（專利權）人: 四川藍光英諾生物科技股份有限公司
• 主分類號: C12M1/00
• 分類號: C12M1/00;C12N11/10;C12N11/08;C12N11/04;B33Y40/00
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所11038
• 代理人: 艾春慧

技術領域

本發明涉及微球制備技術領域，尤其是涉及生物打印的生物墨汁制備領域，特別涉及一種制備微球的裝置和制備微球的方法。

背景技術

生物打印領域的生物墨汁中包括具有生物活性的微球。該微球通常以包含細胞的膠原溶液作為主要原材料。在制作微球時，首先將該主要原材料作為構成核芯的組成成分的核芯液分成預設粒徑大小的核芯液液滴，再基于該核芯液液滴形成微球，以滿足3D生物打印時形成生物組織或器官的需求?，F有技術的微球通常是不分層的單一球狀結構，此時，單一球狀結構僅由核芯液液滴固化后成形。

生物3D打印領域對用于生物墨汁的微球制備成型后的粒徑以及尺寸一致性有較高的要求，并且需要制得的微球兼具生物學功能和一定的機械強度。

現有技術中，制造生物3D打印所需的生物墨汁時，主要通過以下兩種方法生成核芯液液滴：

一、采用振動或脈沖法分液。

主要利用疊加振動作用，將層流狀態的液體噴射流分成尺寸相等的液滴，生成液滴的粒徑和數量與選擇的振動或脈沖頻率相關。采用振動或脈沖法制得的液滴粒徑較大，所生成的液滴的粒徑范圍通常是0.15～2mm。

二、采用微量液體分液儀分液。

利用空氣活塞的原理使液體分液至微量體積。借助精密進樣針頭以及后續的分液動力裝置，可以分得的液量最小在0.1μL，其制得的液滴粒徑通常在500μm以上。微量液體分液儀可以是移液槍或精密進樣針等。

本申請的申請人還提出了一種用于生物墨汁的具有生物活性的微球。該微球為沿微球的徑向分層設置的分層球狀結構。

分層球狀結構一般是利用成膜材料將固體、液體或氣體等材料包覆于成膜材料中，其直徑為1～1000μm。分層球狀結構例如可以包括核芯和在核芯徑向外側的包覆層兩層結構。核芯由核芯液形成，包覆層則由包覆液形成。

由于生物打印技術產生的生物組織和器官均要求具有一定的生物學功能，因此，用于生物墨汁的前述具有生物活性的分層球狀結構的核芯通常由包含細胞的膠原溶液形成。在制備分層球狀結構時，需要在核芯外再形成包覆層。由于生物組織和器官的結構均非常精細，因此，該分層球狀結構的粒徑通常需要控制在10～200μm之間，并且尺寸精度要求非常高。

現有技術中采用生化室實驗室手動制備工藝來制備分層球狀結構，其中最常用的制備微球的方法是銳孔法。銳孔法通常將核芯液和包覆液混合形成混合溶液，然后對盛裝有核芯液和包覆液的混合溶液的滴管或注射器等滴液裝置施加振動或電壓脈沖將混合溶液滴入固化劑中，混合溶液在固化劑中迅速固化從而形成分層球狀結構。

相應地，現有的制備微球的裝置，通常也是基于銳孔法來制備分層球狀結構。其包括振動(或脈沖)施加裝置、滴液裝置和設置在滴液裝置下方的反應容器。其中，振動(或脈沖)施加裝置對滴液裝置內的溶液的流動通道部位施加一定頻率和一定振幅的振蕩使溶液射流斷裂形成預設粒徑大小的液滴。滴液裝置則在振動(或脈沖)施加裝置的作用下將混合溶液滴入反應容器中。反應容器中盛放有固化劑，滴入反應容器中的混合溶液在固化劑的作用下固化形成分層球狀結構。

在實現本發明的過程中，設計人員經過分析研究發現，現有的制備微球的方法和制備微球的裝置存在以下幾方面的問題：

1、制造生物墨汁的微球所需的核芯液液滴通常具有特殊的性能要求，采用振動或脈沖法分液容易影響制得的液滴的性能。例如，如果要求核芯液液滴內含有生物活性細胞、核芯液液滴的粒徑為比較小的、幾百微米的粒徑，如10～200μm，采用振動或脈沖法分液就難以滿足該核芯液液滴的制備要求。核芯液液滴的較小的粒徑意味著需要更高的振動頻率，而在分液過程中采用較高的振動頻率通常會對核芯液中含有的細胞造成嚴重的損害和影響，從而影響細胞的活性以及生物性功能實現。同樣地，對于分層球狀結構，通過振動或脈沖法進行分液，也會影響核芯液以及包覆液的性能和分層結果，如粘性較高的物質，可能會產生每次分液量不均勻和/或分液形成的形狀不統一。因此，通過振動或脈沖法進行分液會影響分層球狀結構的性能，尤其對于有特殊性能要求的分層球狀結構，例如核芯含有細胞和/或要求各個分層精確區分的分層球狀結構，振動或脈沖分液法的不利影響更加突出。