CN103505304A

CN103505304A - 一种人工软组织及其制备方法

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Publication number: CN103505304A
Application number: CN201310426054.XA
Authority: CN
Inventors: 刘亚雄; 王振; 贺健康; 李涤尘; 连芩; 王玲; 靳忠民; 王满毅
Original assignee: Xian Jiaotong University
Current assignee: Xian Jiaotong University
Priority date: 2013-09-17
Filing date: 2013-09-17
Publication date: 2014-01-15
Anticipated expiration: 2033-09-17
Also published as: CN103505304B

Abstract

本发明公开了一种人工软组织及其制备方法，该人工软组织由具有流道结构的单层支架与实质细胞通过逐层堆积构成，在流道结构的内壁上还粘附有非实质细胞；其制备方法首先采用压印方法结合光固化方法来制造具有流道结构的单层软组织支架，在单层软组织支架完成之后，利用打印方法向流道内注入明胶与非实质细胞的混合物，通过温度控制使流道结构内的明胶固化起支撑作用，通过逐层累积最终形成立体结构，再将该立体结构置于35～45℃下，此时会有一部分内皮细胞，贴着流道结构内壁上，满足了内皮细胞贴壁生长的条件，有利于生成血管，形成了人工软组织。本发明采用了打印和压印相结合，提高了重复性结构的制造效率，同时又能提高精细结构的成型精度。

Description

一种人工软组织及其制备方法

【技术领域】

本发明涉及一种人工组织及支架的生物制造技术领域，具体涉及一种人工软组织及其制备方法。

【背景技术】

软组织工程通过将特定细胞种植在生物可降解支架上，在体外或体内构建出具有生物活性与功能的人工器官替代物，有望从根本上解决当前器官移植手术的供需矛盾。采取细胞打印技术,通过计算机辅助逐层堆积细胞或细胞基质等天然材料来制造三维器官，它可以个性化控制细胞分布和精确化控制细胞成型。但是，目前细胞打印采取的方法主要存在问题是逐点扫描、效率低，在重复性结构中显得尤为突出。

【发明内容】

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种人工软组织及其制备方法，采用打印和压印技术相结合，来解决打印技术在制作重复性结构组织中的不足。

为达到上述目的，本发明一种人工软组织的制备方法，包括以下步骤：

步骤1）通过计算机辅助设计出具有流道结构的单层软组织支架模型，其中，单层软组织支架模型的厚度T为1.5～3mm，流道结构宽度为0.5～2mm，深度为0.5～1mm；

步骤2）制备步骤1）中的单层软组织支架模型的物理模型，利用液态硅胶在真空条件下填充物理模型，真空负压为0.05～0.15MPa，然后在常温下静置放置5～12小时使其固化，固化之后，脱模即可获得流道结构负型，该流道结构负型的厚度为3～10mm；

步骤3）向成型槽内注入支架材料水溶液或者支架材料与实质细胞的混合物水溶液，其中，支架材料或者支架材料与实质细胞的质量分数为1～10%；

步骤4）使用步骤2）中制备的流道结构负型去压成型槽内的支架材料水溶液或者支架材料与实质细胞的混合物水溶液；

步骤5）在流道结构负型的上方采用光交联固化方法使得支架材料水溶液或者支架材料与实质细胞的混合物水溶液固化，以完成第一层具有流道结构的单层软组织支架，然后分离流道结构负型，得到单层软组织支架；

步骤6）向步骤5）中成型的单层软组织支架的流道结构中填充满明胶与非实质细胞的混合物水溶液，利用温度控制使其固化，以完成该层流道结构的填充，其中，明胶与非实质细胞的质量分数为5～20%，固化前明胶与非实质细胞的混合物水溶液的温度为32～38℃，固化后其温度为5～20℃；

步骤7）在单层软组织支架成型后，成型槽内的托盘下降距离H，重复上述步骤3）至步骤6），以实现具有多层软组织支架的成型，其中，距离H等于单层软组织支架的厚度T，当第N层结构成型时，托盘需下降的距离为N*T,其中N≥1；

步骤8）当获得需要的多层软组织支架成型后，托盘向上移动，使成型后的多层软组织支架取出，然后置于35～45℃温度下，使多层软组织支架流道结构内的明胶融化，即可获得带有流道结构的人工软组织，其中，部分非实质细胞粘附于流道结构的内壁上。

本发明进一步改进在于：步骤2）中，利用快速成型、切削加工、电加工或激光加工技术制备单层软组织支架模型的物理模型。

本发明进一步改进在于：步骤2）中，所述液态硅胶为硅胶与交联剂XR-500的混合物，其质量比为100:1.5～100:2。

本发明进一步改进在于：步骤3）中，所述的支架材料为壳聚糖、聚乙二醇或光固化胶原。

本发明进一步改进在于：步骤5）中，采用光交联固化方法使得溶液固化时，光源与流道结构负型上表面的距离为0～80mm，紫外光的波长为350～400nm，光源强度为10～2000mw/cm²。

本发明进一步改进在于：步骤6）中，为实现明胶与非实质细胞的混合物水溶液按需供量填充，先计算得出单层软组织支架的流道结构体积为V，因此每次需向单层软组织支架的流道结构内填充混合溶液的体积为V。

本发明的另一个目的，一种软组织，其由具有流道结构的单层软组织支架通过逐层堆积构成，支架内部分布着实质细胞，在所述流道结构的内壁上还粘附有非实质细胞。

本发明一种人工软组织及其制备方法，采用打印与压印技术相结合，并利用温度控制和光固化方法来制造多层软组织支架，在多层软组织支架完成之后，利用温度控制使压印形成的流道结构内的明胶融化，形成可进一步用于体外培养或体内植入的人工软组织，此时会有一部分内皮细胞，贴着流道壁，满足了内皮细胞贴壁生长的条件，有利于生成血管。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

1、可以直接成型包含复杂空间微流道系统的人工软组织。

2、模拟自然软组织，有利于支架降解向自然组织的转变。

3、采用了打印和压印技术相结合，提高了重复性结构的制造效率和精细结构的制造精度。

4、每层软组织支架的厚度与微流道结构的精度由流道结构负型决定，而流道结构负型则可通过先进制造技术如微制造、快速成形技术制造，自然器官血管系统内尺寸最小的毛细血管能够达到5μm，其在微制造技术所能成形的尺度范围内，而打印技术则可实现微观血管系统与定制化宏观外形的一体化成形。

【附图说明】

图1是向成型槽注入支架材料水溶液或者支架材料与实质细胞的混合物水溶液示意图。

图2是单层软组织支架压印示意图。

图3是在流道结构负型的上方采用光交联固化方法使得溶液固化示意图。

图4是向流道结构内注入明胶与非实质细胞的混合物水溶液示意图。

图5是托盘下降距离H示意图。

图6是再次向成型槽注入支架材料水溶液或者支架材料与细胞的混合物水溶液示意图。

图7是第二层单层软组织支架压印示意图。

图8是再次在流道结构负型的上方采用光交联固化方法使得溶液固化示意图。

图9是再次向流道结构内注入明胶与非实质细胞的混合物水溶液示意图。

图10是托盘再次下降距离H示意图。

图11是托盘上移示意图。

图12是托盘上移后取出的多层人工软组织示意图。

图13是最终成型的人工软组织示意图。

其中：1、成型槽；2、托盘；3、第一注射泵；4、支架材料水溶液或者支架材料与实质细胞的混合物水溶液；5、流道结构负型；6、明胶与非实质细胞的混合物水溶液；7、第二注射泵。

【具体实施方式】

下面结合附图对本发明进一步详述描述。

参见图1至图13所示，本发明一种人工软组织的制备方法，包括以下步骤：

步骤1）采用计算机辅助软件Pro/Engineer、SolidWorks或UG设计出具有流道结构的单层软组织支架模型，其中，单层软组织支架模型的厚度T为1.5～3mm，流道结构宽度为0.5～2mm，深度为0.5～1mm。

步骤2）利用快速成型、切削加工、电加工或激光加工技术制备步骤1）中的单层软组织支架模型的物理模型，利用液态硅胶在真空条件下填充物理模型，真空负压为0.05～0.15MPa，然后在常温下静置放置5～12小时使其固化，固化之后，脱模即可获得流道结构负型5，所述的流道结构负型5的厚度为3～10mm；其中，液态硅胶为硅胶与交联剂XR-500的混合物，其质量比为100:1.5～100:2。

步骤3）用第一注射泵3向成型槽1内的托盘2上注入材料为壳聚糖、聚乙二醇或光固化胶原的支架材料水溶液或者支架材料与实质细胞的混合物水溶液4，其中，支架材料或者支架材料与实质细胞的质量分数为1～10%，参见图1所示。

步骤4）使用步骤2）中制备的流道结构负型5压成型槽1内的支架材料水溶液或者支架材料与实质细胞的混合物水溶液4，参见图2所示。

步骤5）在流道结构负型5的上方采用光交联固化方法使得支架材料水溶液或者支架材料与实质细胞的混合物水溶液4固化，其中，光源与流道结构负型5上表面的距离为0～80mm，紫外光的波长为350～400nm，光源强度为10～2000mw/cm²，以完成第一层具有流道结构的单层软组织支架，然后分离流道结构负型5，得到单层软组织支架，参见图3所示。

步骤6）用第二注射泵7向步骤3）中成型的单层软组织支架的流道结构中填充满明胶与非实质细胞的混合物水溶液6，利用温度控制使其固化，以完成该层流道结构的填充，其中，明胶与非实质细胞的质量分数为5～20%，固化前明胶与非实质细胞6的混合物水溶液的温度为32～38℃，固化后其温度为5～20℃，该步骤中，为实现明胶与非实质细胞的混合物水溶液6按需供量填充，先计算得出单层软组织支架的流道结构体积为V，因此每次需向单层软组织支架的流道结构内填充混合溶液的体积为V，参见图4所示。

步骤7）在单层人工软组织成型后，成型槽1内的托盘2下降距离H，重复上述步骤3）至步骤6），以实现具有多层软组织支架的成型，其中，距离H等于单层软组织支架的高度T，当第N层结构成型时，托盘需下降的距离为N*T,其中N≥1，参见图5至图10所示。

步骤8）当获得需要的多层人工软组织成型后，托盘向上移动，使成型后的多层人工软组织取出，然后置于35～45℃温度下，使多层人工软组织支架流道结构内的明胶融化，即可获得带有流道结构的人工软组织，其中，部分非实质细胞粘附于流道结构的内壁上。

参见图11至图13所示，将获得的人工软组织植入动物体内或经生物反应器培养再植入体内，即可得到所需的自然软组织。

Claims

1.一种人工软组织的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）通过计算机辅助设计出具有流道结构的单层软组织支架模型，其中，单层软组织支架模型的厚度T为1.5～3mm，流道结构宽度为0.5～2mm，深度为0.5～1mm；

2）制备步骤1）中的单层软组织支架模型的物理模型，利用液态硅胶在真空条件下填充物理模型，真空负压为0.05～0.15MPa，然后在常温下静置5～12小时使其固化，固化之后，脱模即可获得流道结构负型，该流道结构负型的厚度为3～10mm；

3）向成型槽内注入支架材料水溶液或者支架材料与实质细胞的混合物水溶液，其中，支架材料或者支架材料与实质细胞的质量分数为1～10%；

4）使用步骤2）中制备的流道结构负型去压成型槽内的支架材料水溶液或者支架材料与实质细胞的混合物水溶液；

5）在流道结构负型的上方采用光交联固化方法使得支架材料水溶液或者支架材料与实质细胞的混合物水溶液固化，以完成第一层具有流道结构的单层软组织支架，然后分离流道结构负型，得到单层软组织支架；

6）向步骤5）中成型的单层软组织支架的流道结构中填充满明胶与非实质细胞的混合物水溶液，利用温度控制使其固化，以完成该层流道结构的填充，其中，明胶与非实质细胞的质量分数为5～20%，固化前明胶与非实质细胞的混合物水溶液的温度为32～38℃，固化后其温度为5～20℃；

7）在单层软组织支架成型后，成型槽内的托盘下降距离H，重复上述步骤3）至步骤6），以实现具有多层软组织支架的成型，其中，距离H等于单层软组织支架的厚度T，当第N层结构成型时，托盘需下降的距离为N*T,其中N≥1；

8）当获得需要的多层软组织支架成型后，托盘向上移动，使成型后的多层软组织支架取出，然后置于35～45℃温度下，使多层软组织支架流道结构内的明胶融化，即可获得带有流道结构的人工软组织，其中，部分非实质细胞粘附于流道结构的内壁上。

2.如权利要求1所述的人工软组织的制备方法，其特征在于：步骤2）中，利用快速成型、切削加工、电加工或激光加工技术制备单层软组织支架模型的物理模型。

3.如权利要求1所述的人工软组织的制备方法，其特征在于：步骤2）中，所述液态硅胶为硅胶与交联剂XR-500的混合物，其质量比为100:1.5～100:2。

4.如权利要求1所述的人工软组织的制备方法，其特征在于：步骤3）中，所述的支架材料为壳聚糖、聚乙二醇或光固化胶原。

5.如权利要求1所述的人工软组织的制备方法，其特征在于：步骤5）中，采用光交联固化方法使得支架材料水溶液或者支架材料与实质细胞的混合物水溶液固化时，光源与流道结构负型上表面的距离为0～80mm，紫外光的波长为350～400nm，光源强度为10～2000mw/cm²。

6.如权利要求1所述的人工软组织的制备方法，其特征在于：步骤6）中，为实现明胶与非实质细胞的混合物水溶液按需供量填充，先计算得出单层软组织支架的流道结构体积为V，每次需向单层软组织支架的流道结构内填充混合溶液的体积为V。

7.一种如权利要求1-6任一项的制备方法制备的人工软组织，其特征在于：由具有流道结构的单层软组织支架通过逐层堆积构成，在所述流道结构的内壁上还粘附有非实质细胞。