CN110514714A - 一种用于在线监测神经细胞释放多巴胺的聚乳酸/纸杂交芯片 - Google Patents

一种用于在线监测神经细胞释放多巴胺的聚乳酸/纸杂交芯片 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种用于在线监测神经细胞释放多巴胺的聚乳酸/纸杂交芯片。基于3D打印层层精确堆积、一次性成型和打印材料多元化的特点，结合纸芯片来源广泛、方便携带、绿色环保及价格低廉等优势，构建了聚乳酸/纸杂交芯片用于神经细胞的三维培养及阿尔茨海默病（AD）细胞模型的建立。本发明将AD细胞模型的构建及多奈哌齐、干细胞接触液和骨髓间充质干细胞（MSC）对AD细胞模型的干预集成在聚乳酸/纸杂交芯片上完成，并采用电化学分析法检测神经细胞释放多巴胺的含量，从而实现对正常肾上腺嗜铬细胞瘤细胞（PC12）、AD模型细胞及干预后AD模型细胞释放多巴胺的在线监测。

Description

一种用于在线监测神经细胞释放多巴胺的聚乳酸/纸杂交 芯片
技术领域
本发明涉及一种用于在线监测神经细胞释放多巴胺的聚乳酸/纸杂交芯片，成功在聚乳酸/纸杂交芯片上建立了对照组、模型组、多奈哌齐干预组、干细胞接触液干预组及干细胞干预组，并采用差示脉冲伏安法检测各组神经细胞释放多巴胺水平，能够应用于疾病的早期诊治、药物疗效评价等领域。
背景技术
三维快速成型打印简称3D打印，又称增材制造，是指将需要的产品的三维模型文件通过3D打印设备进行分层离散处理，通过激光照射等方式将某些特定材料逐层叠加精确堆积，一次性成型制造成所需产品的技术，被誉为“第三次工业革命”的核心技术。与传统制造技术相比，3D打印不必事先制造模具，通过三维软件的设计所需产品，直接导入3D打印设备即可获得自己所需产品。3D打印材料种类繁多，尤其熔融材料价格低廉、生物相容性好，使得基于熔融沉积原理的3D打印普及度最高。由于3D打印同时具备可灵活设计产品构型、打印成本低、制作效率高且精密度好等特点，被广泛应用于实验室模型设计、模具制造、珠宝制作、牙科和医疗产业等领域。将3D打印与微型化、便携化、易加工处理的纸芯片结合，制作适用于三维细胞培养的微流控芯片模型引起本课题组的关注。
三维细胞培养技术是指将具有三维结构的不同材料作为载体来支撑细胞的生长，从而在体外实现共同培养。这样可以使细胞在载体的三维立体空间结构中生长、移动、繁殖，构成三维的细胞-载体复合物。体外的三维细胞培养相较于二维培养可以更大程度上模拟细胞的生长状态，提供细胞：体内相似的酸碱度、营养物质、生长因子等内环境，还可以充分展示细胞-细胞、细胞-基质间的相互作用。利用纸芯片作为细胞培养的载体，可借助纸纤维的毛细管作用吸取营养物质或排出代谢物。又因为纸芯片的纤维结构与人体内微环境非常相似，表面性质和纸基厚度方便调节，是理想的细胞培养材料。
在此研究基础上，本课题组结合3D打印技术与纸芯片技术设计制作了一种聚乳酸/纸杂交芯片用于三维细胞培养，并结合电化学传感技术，实现神经细胞释放多巴胺的在线检测。细胞分为五组，包括对照组，模型组、多奈哌齐干预组、干细胞接触液干预组和干细胞干预组。MTT结果显示，多奈哌齐与干细胞接触液均对Aβ25-35引起的神经细胞损伤有保护作用。基于纸芯片的电化学检测结果与MTT结果相一致。纸芯片细胞共培养结果表明，MSC在一定程度上可保护PC12免受Aβ25-35损伤。
本发明基于3D打印层层精确堆积、一次性成型和打印材料多元化的特点，利用生物相容性较好的聚乳酸材料制作微流控芯片模型，结合纸芯片来源广泛、方便携带、绿色环保及价格低廉等优势，构建了聚乳酸/纸杂交芯片用于神经细胞的三维培养及阿尔茨海默病细胞模型的构建。
发明内容
1.本发明的目的是提供一种用于在线监测神经细胞释放多巴胺的聚乳酸/纸杂交芯片。
2.本发明所述的聚乳酸/纸杂交芯片，以聚乳酸模型为细胞营养物质的传输通道，以滤纸和A4纸为细胞培养载体，成功实现细胞的三维培养。
3.本发明所述的聚乳酸/纸杂交芯片上神经细胞的培养，包括对照组、 模型组、多奈哌齐干预组、干细胞接触液干预组和干细胞干预组。
4.本发明的一种用于在线监测神经细胞释放多巴胺的聚乳酸/纸杂交芯片测定神经细胞释放多巴胺的过程，依序包括如下步骤 ：
（1）丝网印刷碳电极的修饰
将丝网印刷碳电极清洗干净后，用计时电流法将金纳米粒子沉积于其表面。
（2）聚乳酸/纸杂交芯片的设计与制作
聚乳酸模型为十字形通道，通道末端为四个贮液池。通道内注入水凝胶，用于细胞培养所需营养物质的传递。贮液池用于存放细胞培养液，保证细胞增殖所需物质与能量。热蜡打印法制作的图案化纸芯片分为亲水区与疏水区两部分，亲水区用于细胞培养。用圆形票夹将聚乳酸模型与纸芯片紧紧固定在一起，使得经水凝胶输送的营养物质可顺利到达细胞培养区域。
（3）聚乳酸/纸杂交芯片上细胞的培养
取10 uL细胞-水凝胶悬液滴加到纸芯片表面，放置一旁待用。向聚乳酸模型十字通道中注入2 mL水凝胶，待其凝固后，向四个贮液池中添加培养液。将接种细胞的纸芯片用夹子固定在聚乳酸模型表面，放到培养箱中培养，每天换一次培养液。
（4）聚乳酸/纸杂交芯片上细胞释放多巴胺的测定
将培养有神经细胞的聚乳酸/纸杂交芯片与已修饰的丝网印刷电极固定于自制装置中，使用高钾溶液刺激神经细胞释放多巴胺，设置电化学工作站参数，采用差示脉冲伏安法检测神经细胞释放的多巴胺。
具体地说，本发明所述的一种用于在线监测神经细胞释放多巴胺的聚乳酸/纸杂交芯片，其特征在于，以聚乳酸模型为细胞培养液的支撑基底，以滤纸或A4纸为细胞培养的载体，实现神经细胞的三维培养。
本发明利用3D打印的方法获取聚乳酸模型，利用热蜡打印法获取图案化纸芯片；所述聚乳酸模型由下述方法制作的：（1）建模：利用123D Design软件构建模型三维结构，尺寸为45 mm × 45 mm × 11 mm，贮液池直径为5 mm，高度为5 mm； 构建长方形通道宽度为8 mm，深度为2.5 mm；（2）切片：利用Cura 15.02.1软件将3D模型进行分层切片，具体参数：层高：0.1 mm；外壳壁厚：0.8 mm；底部/顶部厚度：1.2 mm；填充密度：80%；打印温度：190℃；平台温度：10 ℃；打印速度：30 mm/s；将电脑和A8S型3D打印机连接，然后将经过切片的三维结构图以gcode格式导入3D打印机；（3）打印：聚合物材料的线材通过齿轮机构被送入具有加热装置的金属喷头，聚合物材料被加热到玻璃转换温度以上，软化了的聚合物材料熔丝从喷头喷出到底板上降温固化成型；具体操作：连接电源，开机，调平，进料，选择需要打印的模型，待喷嘴温度升到190℃后，开始打印；（4）修饰：将配制好的PDMS溶液，脱气后，均匀涂抹于模型表面，然后放置于85℃烘箱中固化1小时；所述图案化纸芯片由下述方法制作的：利用Abode Illustrator CS6矢量绘图软件设计纸芯片图案，纸基中心的方形细胞培养区长度为5mm，宽度亦为5mm；圆形细胞培养区直径为4mm；方形与圆形细胞培养区间隔4mm；将上述图案，用Xerox ColorQube 8870型热蜡打印机打印出来，随后放到烘箱中在95℃烘烤，直至纸基表面的石蜡完全熔化并渗透至纸基内部，形成封闭的亲水区域限定细胞图形化生长。
本发明成功在聚乳酸/纸杂交芯片上建立了对照组、模型组（Aβ25-35组）、多奈哌齐干预组、干细胞接触液干预组及干细胞干预组，并与丝网印刷电极结合，用于各组神经细胞释放多巴胺的检测，五组的多巴胺水平表达有差异。
本发明所述的一种用于在线监测神经细胞释放多巴胺的聚乳酸/纸杂交芯片的多巴胺检测方法，包括如下步骤：（1）聚乳酸/纸杂交芯片的设计与制作：聚乳酸模型为十字形通道，通道末端为四个贮液池；通道内注入水凝胶，用于细胞培养所需营养物质的传递；贮液池用于存放细胞培养液，保证细胞增殖所需物质与能量；热蜡打印法制作的图案化纸芯片分为亲水区与疏水区两部分，亲水区用于细胞培养；用圆形票夹将聚乳酸模型与纸杂交芯片紧紧固定在一起，使得经水凝胶输送的营养物质可顺利到达细胞培养区域；（2）聚乳酸/纸杂交芯片上细胞的培养：取细胞-水凝胶悬浮液滴在步骤（1）制得的纸芯片上，将此装置放在可透气的盒子中，放在5wt % CO2，37 ℃培养箱中离水近的地方，每天换一次培养液。
本发明优点：
聚乳酸/纸杂交芯片是利用快速成型技术及纸纤维的毛细作用构建的微流控芯片，具有易加工、低成本、微型化、高生物相容性的独特优势，成功实现细胞的三维培养。与电化学检测手段联用，在线监测对照组、模型组、多奈哌齐干预组、干细胞接触液干预组和干细胞干预组中神经细胞释放多巴胺的含量，为阿尔兹海默症等神经相关疾病的药物疗效评价、新药开发等研究提供新技术。
附图说明
图1为本发明一种用于在线监测神经细胞释放多巴胺的聚乳酸/纸杂交芯片工作原理图。（图中：1：亲水区-细胞培养区；2：疏水区；3：纸基；4：细胞-水凝胶混悬液；5：聚乳酸模型；6：十字通道；7：贮液池；8：水凝胶；9：丝网印刷碳电极；10：PDMS基质；11：带孔PDMS；12：含有神经细胞的纸芯片；13：转换器）
图2为本发明一种用于在线监测神经细胞释放多巴胺的聚乳酸/纸杂交芯片中滤纸的扫描电镜表征（左边）与A4纸的扫描电镜表征（右边）的比较图。
图3为本发明一种用于在线监测神经细胞释放多巴胺的聚乳酸/纸杂交芯片中聚乳酸/纸杂交芯片神经细胞培养的荧光成像对照图，图3中A从左到右分别为细胞于滤纸表面培养1-3天的增殖情况图；图3中B从左到右分别为细胞于A4纸表面培养1-3天的增殖情况图。
图4为本发明一种用于在线监测神经细胞释放多巴胺的聚乳酸/纸杂交芯片中多奈哌齐与干细胞接触液保护组神经细胞的生存活率对比图，图4中的A为浓度梯度上市药多奈哌齐作用下神经细胞的生存活率图，图4中的 B为不同孵育天数收集干细胞接触液干预下神经细胞的生存活率图。
图5为本发明一种用于在线监测神经细胞释放多巴胺的聚乳酸/纸杂交芯片中各实验组在芯片表面测得神经细胞释放多巴胺的电流响应值对照图；图5中的A为在滤纸表面进行实验后的神经细胞释放多巴胺的电流响应值；图5中的B为在A4纸表面进行实验后的神经细胞释放多巴胺的电流响应值。
具体实施方式
为了使本发明要解决的技术问题、技术方案及效果更加清晰，以下结合实施例和附图，对本发明进行进一步详细说明。
本发明所述的纸基包括预处理的滤纸或预处理的A4纸，所述的预处理滤纸或预处理A4纸均由下述预处理方法制成的：首先将纸张浸泡在乙二胺四乙酸二钠溶液内以螯合纸基中存在的重金属离子，再将纸浸泡在乙醇中，自然晾干后高压蒸汽灭菌30分钟，取出烘干，最后用壳聚糖修饰，晾干后备用。
如图1所示，本发明所述的一种用于在线监测神经细胞释放多巴胺的聚乳酸/纸杂交芯片工作原理图：将细胞-水凝胶-培养液混悬液滴加到纸基3表面的亲水区-细胞培养区1，使细胞能够附着于纸基3，顺利增殖。在聚乳酸模型5的十字通道6内部填充有水凝胶8，其作用是运输培养液等营养物质及作用药物至亲水区-细胞培养区1中。以上两者准备完毕，将四个贮液池7加满培养液，纸基3移到聚乳酸模型5上，用夹子夹紧。把夹紧后的模型放到带有透气孔的盒子中，放至培养箱进行培养。每天换液。
实施例1：
（1）丝网印刷电极的纳米金粒子修饰
将丝网印刷碳电极清洗干净后，用计时电流法将金纳米粒子沉积于电极表面形成纳米金修饰的丝网印刷碳电极9。
（2）聚乳酸/纸杂交芯片的设计与制作
聚乳酸模型5上有十字形通道，十字形通道6末端为四个贮液池7。十字形通道6内注入水凝胶8，用于神经细胞培养所需营养物质的传递。贮液池7用于存放神经细胞培养液，保证细胞增殖所需物质与能量。热蜡打印法制作的图案化纸芯片（本发明简称：纸基3）分为亲水区-细胞培养区1（本发明简称：亲水区）与疏水区2两部分，亲水区用于细胞培养。用圆形票夹将聚乳酸模型5与含有神经细胞的纸芯片12紧紧固定在一起，使得经水凝胶8输送的营养物质可顺利到达神经细胞培养区域。
所述聚乳酸模型由下述方法制作的：（1）建模：利用123D Design软件构建模型三维结构，尺寸为45 mm × 45 mm×11 mm，贮液池直径为5 mm，高度为5 mm； 构建长方形通道宽度为8 mm，深度为2.5 mm；（2）切片：利用Cura 15.02.1软件将3D模型进行分层切片，具体参数：层高：0.1 mm；外壳壁厚：0.8 mm；底部/顶部厚度：1.2 mm；填充密度：80%；打印温度：190 ℃；平台温度：10 ℃；打印速度：30 mm/s；将电脑和A8S型3D打印机连接，然后将经过切片的三维结构图以gcode格式导入3D打印机；（3）打印：聚合物材料的线材通过齿轮机构被送入具有加热装置的金属喷头，聚合物材料被加热到玻璃转换温度以上，软化了的聚合物材料熔丝从喷头喷出到底板上降温固化成型；具体操作：连接电源，开机，调平，进料，选择需要打印的模型，待喷嘴温度升到190℃后，开始打印；（4）修饰：将配制好的PDMS溶液，脱气后，均匀涂抹于模型表面，然后放置于85℃烘箱中固化1小时；所述图案化纸芯片由下述方法制作的：利用Abode Illustrator CS6矢量绘图软件设计纸芯片图案，纸基中心的方形细胞培养区长度为5mm，宽度亦为5mm；圆形细胞培养区直径为4mm；方形与圆形细胞培养区间隔4mm；将上述图案，用Xerox ColorQube 8870型热蜡打印机打印出来，随后放到烘箱中在95℃烘烤，直至纸基表面的石蜡完全熔化并渗透至纸基内部，形成封闭的亲水区域限定细胞图形化生长。
（3）神经细胞释放多巴胺的检测
细胞释放多巴胺的检测体系为四层结构，上层为带孔PDMS 11，底层为同等大小的密闭PDMS基质10，中间层为步骤（2）制得的含有神经细胞的纸芯片12和步骤（1）制得的修饰纳米金的丝网印刷碳电极 9。纸芯片直径为9 mm且中间有个直径为4 mm的孔，孔的作用是促进多巴胺与工作电极——修饰纳米金的丝网印刷碳电极 9更好的接触，有利于多巴胺的检测。这四层结构用夹子紧密固定，通过转换器 13与电化学工作站连接，在线监测神经细胞释放多巴胺的情况。所述的转换器 13可以采用如CN201810807409.2公开的印刷电极链接端口，是商业化产品，为常规技术。
由图2可知，左边滤纸的纤维结构较为疏松，纤维间空隙较大，远大于细胞直径；而右边A4纸的纤维结构较为致密，纤维间空隙较小，但仍大于细胞直径。两者表面均比较粗糙，有利于细胞附着。
（4）聚乳酸/纸杂交芯片上细胞的培养
取10 uL神经细胞-水凝胶悬液滴加到纸芯片表面，放置一旁待用。向聚乳酸模型十字通道中注入2 mL水凝胶，待其凝固后，向四个贮液池中添加培养液。将接种细胞的纸芯片用夹子固定在聚乳酸模型表面，再将模型整体放在可透气的盒子中，一起转移至5wt % CO2，37 ℃培养箱中离水近的地方，每天换一次培养液。
（5）聚乳酸/纸杂交芯片上神经细胞释放多巴胺的测定
将培养有细胞的聚乳酸/纸杂交芯片与已修饰纳米金粒子的丝网印刷碳电极固定于自制装置中，使用高钾溶液刺激神经细胞产生多巴胺，设置电化学工作站参数，采用差示脉冲伏安法检测神经细胞释放的多巴胺。
实施例2：
一种用于在线监测神经细胞释放多巴胺的聚乳酸/纸杂交芯片中细胞培养方法如下：
小鼠骨髓间充质干细胞用0.25 %胰酶消化，待细胞皱缩，细胞间距逐渐变大，有少许细胞漂浮于液体表面时，加入MEM培养液终止消化。先取10 μL 细胞悬液进行细胞计数，然后将剩余细胞悬液用巴氏吸管移取至离心管中离心，1000 rpm，5分钟。倒掉上清液，取离心后沉淀，加入新鲜MEM培养基，配制细胞浓度为1×106 细胞/mL的细胞悬液。将水凝胶和细胞悬液以1:1的比例配制成浓度梯度为5×105 个/mL的细胞-水凝胶混悬液，取10 μL滴加在细胞培养区域。将聚乳酸/纸杂交芯片放入培养箱中靠近水盘的地方培养1-3天，于荧光显微镜下观察细胞增殖情况。
如图3中的A所示，分别为细胞于滤纸表面培养1-3天的生长情况，可见明显的细胞增殖现象，说明细胞可在滤纸表面正常生长，不影响增殖能力。
如图3中的B所示，分别为细胞于A4纸表面培养1-3天的生长情况，未见明显的细胞增殖现象，且由于滤纸的纤维空隙明显大于A4纸，排除进入A4纸纤维的细胞量大于滤纸的情况，说明细胞在A4纸表面能正常生长，但增殖能力受到影响。
实施例3：
一种用于在线监测神经细胞释放多巴胺的聚乳酸/纸杂交芯片中AD细胞模型的建立与干预方法如下：
为确定适宜的多奈哌齐干预浓度，CCK-8实验中将PC12细胞分为8组，每组6个复孔，分别为对照组、模型组和多奈哌齐浓度梯度为3、5、8、10、20和30μmol/L的保护组，孵育6 h后，加入40μmol/L Aβ25-35，孵育24 h后，用酶标仪在450 nm处测定OD值。
为确定适宜的干细胞接触液（MEM）接触干细胞的时间，CCK-8实验中将PC12细胞分为5组，每组6个复孔，分别为对照组、模型组和孵育天数为1、2和3天的MEM培养液保护组，类似多奈哌齐组的操作，MEM孵育6 h后，加入40μmol/L Aβ25-35，孵育24 h后，用酶标仪在450nm处测定OD值。为了避免MEM中胎牛血清的影响，MEM与干细胞孵育时，未添加胎牛血清。
如图4 中的A所示，上市药多奈哌齐对Aβ25-35诱导的细胞损伤起到剂量依赖性的保护作用，浓度为20 μmol/L时，细胞生存率最高，为61.67 %。分别用干细胞接触时间为1、2和3天的MEM培养液前处理6 h，再用Aβ25-35处理24 h，如图4 中的B所示，MEM保护组细胞存活率明显高于模型组，细胞生存率最高为86.62 %。对比上述实验结果发现，干细胞培养液的保护作用强于多奈哌齐，可有效抑制Aβ25-35对神经细胞的损伤作用，降低神经细胞凋亡率。
实施例4：
一种用于在线监测神经细胞释放多巴胺的聚乳酸/纸杂交芯片中在芯片表面测细胞释放多巴胺的操作步骤如下：
取对数生长期的PC12细胞，消化、离心后用完全培养液重悬，稀释至浓度为1×106 细胞/mL，种植在实施例1制得的聚乳酸/纸杂交芯片中，将实验分成对照组、模型组、干细胞接触液干预组、多奈哌齐干预组和干细胞干预组并施加相应操作处理，结合实施例1制得的纳米金修饰的丝网印刷碳电极作为工作电极，用105 mmol/L高钾溶液刺激细胞释放多巴胺，用差示脉冲伏安法在线监测各组神经细胞释放多巴胺的含量。
如图5中的A所示，为在滤纸表面进行上述实验后的检测结果，对照组的多巴胺响应信号值最大，Aβ组响应信号最小，上市药多奈哌齐干预组的信号响应小于干细胞共培养组与MEM组。MEM组与干细胞共培养组的响应信号差别不大。该结果与MTT测试所得细胞活力相一致，证明骨髓间充质干细胞可分泌某些物质如外泌体、囊泡、细胞因子等在一定程度上保护PC12细胞免受损伤。
如图5中的B所示，为在A4纸表面进行上述实验后的检测结果。数据表明，骨髓间充质干细胞无论在滤纸表面还是A4纸表面均能分泌有效物质对PC12细胞起保护作用。

Claims (4)

1.一种用于在线监测神经细胞释放多巴胺的聚乳酸/纸杂交芯片，其特征在于，以聚乳酸模型为细胞培养液的支撑基底，以滤纸或A4纸为细胞培养的载体，实现神经细胞的三维培养。
2.如权利要求1所述的一种用于在线监测神经细胞释放多巴胺的聚乳酸/纸杂交芯片，其特征在于，利用3D打印的方法获取聚乳酸模型，利用热蜡打印法获取图案化纸芯片；所述聚乳酸模型由下述方法制作的：（1）建模：利用123D Design软件构建模型三维结构，尺寸为45 mm × 45 mm × 11 mm，贮液池直径为5 mm，高度为5 mm； 构建长方形通道宽度为8mm，深度为2.5 mm；（2）切片：利用Cura 15.02.1软件将3D模型进行分层切片，具体参数：层高：0.1 mm；外壳壁厚：0.8 mm；底部/顶部厚度：1.2 mm；填充密度：80%；打印温度：190 ℃；平台温度：10 ℃；打印速度：30 mm/s；将电脑和A8S型3D打印机连接，然后将经过切片的三维结构图以gcode格式导入3D打印机；（3）打印：聚合物材料的线材通过齿轮机构被送入具有加热装置的金属喷头，聚合物材料被加热到玻璃转换温度以上，软化了的聚合物材料熔丝从喷头喷出到底板上降温固化成型；具体操作：连接电源，开机，调平，进料，选择需要打印的模型，待喷嘴温度升到190℃后，开始打印；（4）修饰：将配制好的PDMS溶液，脱气后，均匀涂抹于模型表面，然后放置于85℃烘箱中固化1小时；所述图案化纸芯片由下述方法制作的：利用Abode Illustrator CS6矢量绘图软件设计纸芯片图案，纸基中心的方形细胞培养区长度为5mm，宽度亦为5mm；圆形细胞培养区直径为4mm；方形与圆形细胞培养区间隔4mm；将上述图案，用Xerox ColorQube 8870型热蜡打印机打印出来，随后放到烘箱中在95℃烘烤，直至纸基表面的石蜡完全熔化并渗透至纸基内部，形成封闭的亲水区域限定细胞图形化生长。
3.如权利要求2所述的一种用于在线监测神经细胞释放多巴胺的聚乳酸/纸杂交芯片，其特征在于，成功在聚乳酸/纸杂交芯片上建立了对照组、模型组（Aβ25-35组）、多奈哌齐干预组、干细胞接触液干预组及干细胞干预组，并与丝网印刷电极结合，用于各组神经细胞释放多巴胺的检测，五组的多巴胺水平表达有差异。
4.如权利要求1-3任一所述的一种用于在线监测神经细胞释放多巴胺的聚乳酸/纸杂交芯片的多巴胺检测方法，包括如下步骤：（1）聚乳酸/纸杂交芯片的设计与制作：聚乳酸模型为十字形通道，通道末端为四个贮液池；通道内注入水凝胶，用于细胞培养所需营养物质的传递；贮液池用于存放细胞培养液，保证细胞增殖所需物质与能量；热蜡打印法制作的图案化纸芯片分为亲水区与疏水区两部分，亲水区用于细胞培养；用圆形票夹将聚乳酸模型与纸杂交芯片紧紧固定在一起，使得经水凝胶输送的营养物质可顺利到达细胞培养区域；（2）聚乳酸/纸杂交芯片上细胞的培养：取细胞-水凝胶悬浮液滴在步骤（1）制得的纸芯片上，将此装置放在可透气的盒子中，放在5wt % CO2，37 ℃培养箱中离水近的地方，每天换一次培养液。
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