[發明專利]一種氣泡驅動的環狀微單元陣列化組裝系統及方法

有效

• 申請號: 202010360541.0
• 申請日: 2020-04-30
• 公開（公告）號: CN111575183B
• 公開（公告）日: 2021-06-29
• 發明（設計）人: 劉曉明;李玉洋;黃強;新井健生
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: C12M3/00
• 分類號: C12M3/00;C12M1/04;C12M1/00;A61F2/06
• 代理公司: 北京理工大學專利中心 11120
• 代理人: 李微微

本發明公開了一種氣泡驅動的環狀微單元陣列化組裝系統及方法，利用左右通氣管和變向閥在培養皿的小孔陣列上交替地產生氣泡，培養液中上升的氣泡推動均勻分布在培養液底部的微血管二維環形單元，微血管二維環形單元在氣泡的推動下升至培養液頂部，停止供氣后下落，一部分隨機落至收集柱上，反復這個過程，實現微血管的自動組裝；本發明沒有對微血管二維環形單元的釋放過程，因此避免了微觀物體之間的粘附力影響，由于沒有出現較大的操作力，不存在損傷微血管的可能性，最重要的是整個操作平臺原理簡單，相比較而言成本優勢巨大；由于可抓取多種直徑的微血管二維環形單元，同時簡單的結構帶來極低的故障可能性，有較廣的適用性和穩定性。

技術領域

本發明屬于微納操作以及微組裝領域，尤其涉及一種氣泡驅動的環狀微單元陣列化組裝系統及方法。

背景技術

近年來，組織工程正在經歷著史無前例的快速發展期。很多相關科學家和醫療從業者利用這一技術構建人造組織或器官等來替代人體或動物體內受損、惡化或者死亡的組織和器官，給人類健康帶來巨大福音，是未來生物高新技術的重要組成部分。但是，由于人造組織內血液循環的缺失，很多已經培育成一定規模的人工組織或器官無法及時獲得培養液內的營養物質或氧氣而失、死亡，這成為阻礙組織工程發展的一項重要因素。因此，人造血管逐漸成為組織工程不可或缺的一項技術前提。由于分子的擴散效應，人造血管必須足夠微細才能使得人造細胞能夠主動吸收200μm以內的營養物質。就目前而言，人造微血管需要滿足外徑范圍通常是200-250μm。

總體而言，人工微血管的制備主要是機械接觸式操作和基于微流控芯片兩種方式。其中，機械接觸式操作由于其靈活性高，針對一定粗細范圍內的微血管都能夠適用。機械接觸操作主要使用微納操作手，在外界復雜的視覺系統的檢測和控制下，仿人手對通過光交聯材料與細胞群混合并固化來生成微血管二維環狀單元進行抓取操作，然后將其制定生長柱上，累計多個單元，經過一段時間的生長即可獲得人工培育的微血管。然而，在這個過程中伴隨著很多問題，首先，微觀世界不同于宏觀世界，物體與物體之間的粘附力會隨著尺寸的減小而變得十分明顯，這使得機械手對微血管二維環形單元的釋放變得非常困難，釋放成功率低；其次，直接接觸往往由于操作失誤，不可避免的會損傷已經組裝好的微血管，使得前功盡棄；最后整個操作系統由于加入了視覺反饋，較為復雜，且難以實現高效工作。而基于微流控芯片的組裝方式，雖然解決了系統復雜、損壞微血管的問題，但由于其流道尺寸固定，不能適用多種目前，靈活性差，又容易出現堵塞流道的問題，也未能廣泛應用。以上兩種操作方式都是通過“自下而上”的邏輯來實現，所說的微血管二維環狀單元即使最小的單元，然后將其裝配成形，在培養液內生長而獲得微血管。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的是提供一種氣泡驅動的環狀微單元陣列化組裝系統及方法，有效解決現階段微血管二維環狀單元在微組裝過程中系統復雜、靈活性差等問題。

一種氣泡驅動的環狀微單元陣列化組裝系統，包括左進氣管2、培養皿3、收集柱4、微血管二維環形單元5、變向閥6、右進氣管7；

培養皿3分為上腔室和下腔室，兩腔室中間的隔板開有陣列式排布的小通孔；上腔室裝有含有微血管二維環形單元5的培養液；下腔室左右兩側開有長孔，分別對應聯通左進氣管2和右進氣管7。

變向閥6的一端固定在兩腔室中間的隔板的下表面上，另一端為自由端；相鄰兩列小通孔之間均固定有一組變向閥6；變向閥6輕質柔性材料制作，在左進氣管2和右進氣管7進氣的作用下，可向右或者向左彎折，并覆蓋住隔板上其右側或者左側的一列小通孔；

收集柱4以陣列的形式固定在隔板的上表面，隔板上相鄰兩列小通孔之間設置一列收集柱4，用于收集漂浮下來的微血管二維環形單元5。

進一步的，還包括基臺1，用于對培養皿3的支撐和定位。

較佳的，相鄰兩列小通孔之間變向閥6是一個整體或者是獨立的多個變向閥6。

較佳的，培養液的液面高度不低于培養皿3的75％。