CN211311433U - 一种微组织结构的制造与组装集成平台 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种微组织结构的制造与组装集成平台。具体是将微流控系统、紫外光诱导水凝胶制造系统和光诱导介电泳系统相连接形成集制造与组装于一体的多功能平台来实现微组织结构的高通量制造和模块化组装一体化。本实用新型可以在线制造不同种类的三维细胞微组织，并且整个过程采用机器人自动化方法来实现在线组装，因而具备良好的重复性和稳定性。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种微组织结构的制造与组装集成平台，具体为一种微组织结构的高通量制造和模块化组装一体化实现系统。
背景技术
生物学有着很好的发展前景，它与人们的健康、疾病息息相关，许多的问题亟需生物学来解决，目前对生物学方面的研究尤其是对细胞生物学的研究越来越深入。细胞生物学是重要的基础学科，也是现代生命科学发展的支柱之一，它在医学领域得到了广泛的关注，尤其是在治疗癌症方面，系统免疫疾病等方面。细胞生物学是一门研究细胞结构、功能以及细胞生命活动规律的科学，它处处体现着与其他学科的融合和发展，而将微流控技术与生物学相结合，使很多的研究问题变得简单，尤其是在生物医药领域，基于微流控平台的检测与传统的检测技术相比较，反应速度更快，通量高，自动化程度也高。
生物医药领域不同于传统的制造业，其操作对象从结构化的零部件变为非结构化的活体细胞，操作环境也由常态大气变为生理液态环境，这对机器人技术的感知、驱动和控制提出了诸多挑战。在新药研发过程中，药物的毒性和耐药性测试是至关重要的一步，现有的单细胞模型存在药效准确率低、毒性检测效果差等问题，其主要原因是单个细胞乃至二维平面细胞难以精确模拟人体环境所导致的结果。
实用新型内容
为解决上述问题，本实用新型目的是提供一种微组织结构的制造与组装集成平台。进一步具体的，即为一种基于微流控技术、紫外光诱导技术和光诱导介电泳技术的微组织结构的高通量制造和模块化组装一体化实现平台。
本实用新型为实现上述目的所采用的技术方案是：
一种微组织结构的制造与组装集成平台，
包括注射泵1、微流控芯片2、光诱导介电泳芯片3、投影仪4、数字微镜阵列5、紫外激光器6、第一聚焦物镜70、第二聚焦物镜71、控制电脑8，
所述注射泵1与微流控芯片2通过导管连通，所述微流控芯片2通过中空玻璃管与光诱导介电泳芯片3连通，
紫外激光器6配合所述数字微镜阵列5使用，所述数字微镜阵列5对所述紫外激光器6发射的紫外光进行图形化调制并反射到聚焦物镜70的下层镜面，
第一聚焦物镜70置于微流控芯片2与数字微镜阵列5之间对所述数字微镜阵列5调制的紫外光进行聚焦，
第二聚焦物镜71置于光诱导介电泳芯片3与投影仪4之间对所述投影仪4发出的光进行聚焦，
控制电脑8分别与所述数字微镜阵列5、投影仪4连接。
优选，所述紫外激光器6的发射端对向所述数字微镜阵列5的反射面，所述数字微镜阵列5的反射面对向所述第一聚焦物镜70的下方镜面，所述第一聚焦物镜70的上方镜面对向所述微流控芯片2的基底。
进一步的优选，所述的紫外激光器6发射端的光束与所述数字微镜阵列5的反射面成45度夹角，所述数字微镜阵列5表面与水平桌面成30度夹角，所述第一聚焦物镜70垂直水平面放置。
再进一步的优选，所述第一聚焦物镜70与所述数字微镜阵列5反射面中心点的距离为3-5cm，与所述微流控芯片2基底的距离为6-9cm。
优选，所述投影仪4的发射端对向第二聚焦物镜71的下方镜面，所述第二聚焦物镜71的上方镜面对向所述光诱导介电泳芯片3的基底。
进一步的优选，所述第二聚焦物镜71与所述光诱导介电泳芯片3基底的距离为6-9cm，与所述投影仪4发射端的距离为3-5cm。
优选，所述光诱导介电泳芯片3的顶盖、基底均为导电玻璃，且基底的导电玻璃上镀有氢化非晶硅薄膜。
优选，所述光诱导介电泳芯片3的顶盖、基底分别与交流电源的正极、负极连接。
本发明涉及的微组织结构的制造与组装集成平台的实质性特点在于通过微流控系统、紫外光诱导水凝胶制造系统和光诱导介电泳系统相连接形成集制造与组装于一体的多功能平台来实现微组织结构的高通量制造和模块化组装一体化。将微流控系统与紫外光诱导水凝胶制造系统相结合形成光流控系统，可用于快速简易地制作单一的水凝胶微结构和包裹有细胞的水凝胶微结构。利用光诱导介电泳技术在光诱导介电泳芯片上来实现水凝微结构的操作,同时光斑可以将多种不同形状的微结构进行异质结构的组装操作。
本发明涉及的微组织结构的制造与组装集成平台用于体外微组织结构的制造与构建，在线制造不同种类的三维细胞微组织，并且整个过程采用机器人自动化方法来实现在线组装，因而具备良好的重复性和稳定性，保证了类人体生理环境构建的一致性。
有益效果：
本实用新型将微流控系统、紫外光诱导水凝胶制造系统和光诱导介电泳系统相结合，可实现高通量微组织结构的在线制造和模块化组装。
本实用新型对于细胞没有特殊要求，无需对细胞样品进行复杂的处理，并且具有高通量、反应速度快、灵活性好的特点，具备良好的可重复性和稳定性。
本实用新型能够根据需求在线制造不同种类的三维细胞微组织，并能够实时的组织，因此在生命科学领域具有重要的潜在应用，比如药物筛选、组织工程的应用。
附图说明
附图用来提供对本发明技术方案的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本申请的具体实施方式一起用于解释本发明的技术方案，并不构成对本发明技术方案的限制。
图1为本实用新型的微组织结构的制造与组装集成平台示意图。
附图标识说明：注射泵1、微流控芯片2、光诱导介电泳芯片3、投影仪4、数字微镜阵列5、紫外激光器6、第一聚焦物镜70、第二聚焦物镜71、控制电脑8，AC为交流电源。
具体实施方式
下面将参照附图对本发明进行更详细的描述，其中表示了本发明的优选实施例，应该理解本领域技术人员可以修改在此描述的本发明而仍然实现本发明的有益效果。因此，下列描述应当被理解为对于本领域技术人员的广泛知道，而并不作为对本发明的限制。
为了清楚，不描述实际实施例的全部特征。在下列描述中，不详细描述公知的功能和结构，因为它们会使本发明由于不必要的细节而混乱。应当认为在任何实际实施例的开发中，必须作出大量实施细节以实现开发者的特定目标。
为使本发明的目的、特征更明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明。需要说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比率，仅用于方便、清晰地辅助说明本发明实施例的目的。
实施例一
通过本专利的集成平台对包裹细胞的水凝胶模块进行相应的组装为例，并且对不同的细胞进行染色，其中，L929细胞使用鬼笔环肽-488进行染色发绿色荧光，MCF-7细胞使用DAPI染色发蓝色荧光，HEK-293细胞使用中性红染色发红色荧光。
本例中的微组织结构的制造与组装集成平台，包括注射泵1、微流控芯片2、光诱导介电泳芯片3、投影仪4、数字微镜阵列5、紫外激光器6、第一聚焦物镜70、第二聚焦物镜71、控制电脑8，
所述注射泵1与微流控芯片2通过导管连通，所述微流控芯片2通过中空玻璃管与光诱导介电泳芯片3连通，
紫外激光器6配合所述数字微镜阵列5使用，所述数字微镜阵列5对所述紫外激光器6发射的紫外光进行图形化调制并反射到聚焦物镜70的下层镜面，
第一聚焦物镜70置于微流控芯片2与数字微镜阵列5之间对所述数字微镜阵列5调制的紫外光进行聚焦，
第二聚焦物镜71置于光诱导介电泳芯片3与投影仪4之间对所述投影仪4发出的光进行聚焦，
控制电脑8分别与所述数字微镜阵列5、投影仪4连接，所述控制电脑8向数字微镜阵列5传输数据制作图形，所述控制电脑8通过所述投影仪4传输图形数据并控制图形的移动。
并且，所述紫外激光器6的发射端对向所述数字微镜阵列5的反射面，所述数字微镜阵列5的反射面对向所述第一聚焦物镜70的下方镜面，所述第一聚焦物镜70的上方镜面对向所述微流控芯片2的基底。
而且，所述的紫外激光器6发射端的光束与所述数字微镜阵列5的反射面成45度夹角，所述数字微镜阵列5表面与水平桌面成30度夹角，所述第一聚焦物镜70垂直水平面放置。
同时，所述第一聚焦物镜70与所述数字微镜阵列5反射面中心点的距离为3cm，与所述微流控芯片2基底的距离为6cm。
再者，所述投影仪4的发射端对向第二聚焦物镜71的下方镜面，所述第二聚焦物镜71的上方镜面对向所述光诱导介电泳芯片3的基底。
而且，所述第二聚焦物镜71与所述光诱导介电泳芯片3基底的距离为6cm，与所述投影仪4发射端的距离为3cm。
并且，所述光诱导介电泳芯片3的顶盖、基底均为导电玻璃，且基底的导电玻璃上镀有氢化非晶硅薄膜。
并且，所述光诱导介电泳芯片3的顶盖、基底分别与交流电源的正极、负极连接。
通过所述集成平台对包裹细胞的水凝胶模块进行相应的组装步骤如下：
1、利用注射泵1将配置好的带有细胞的水凝胶微结构通过微流控管道通入微流控芯片2的加工区域。
2、溶液静止后，开启数字微镜阵列3和紫外激光器6，使用设计好的图形进行紫外曝光，制作相应的水凝胶微结构。
3、待微结构固化成型之后，再次开启注射泵1通入水凝胶溶液，将水凝胶微结构运输到光诱导介电泳芯片3中。
4、重复上述步骤，分别制作包含细胞MCF-7和HEK-293的不同形状的水凝胶微结构。
5、开启交流电源AC，在光诱导介电泳芯片3中将不同的水凝胶微结构进行组装。
需要说明的是，微流控芯片2的材料是PDMS，由于PDMS是一种极易透过氧气的材料会在表面形成一层氧气薄膜，从而使水凝胶结构悬浮于水凝胶溶液中，而且，当微流控芯片2中通入溶液时，固化的微结构就会被冲走进入下一个工位。待微结构固化成型之后，再次开启注射泵1通入水凝胶溶液，将固化成型的水凝胶微结构运输到光诱导介电泳芯片3中。
另外，光诱导介电泳芯片3是在导电玻璃表面镀一层氧化非晶硅薄膜，由于氧化非晶硅对光照非常敏感，当有光照照射到氧化非晶硅表面时被照射区域的导电性会急剧变大，此时，氧化非晶硅可以作为虚拟电极，通过在上下极板之间施加均匀电场使得光照的图形部分就会产生非均匀电场从而产生介电泳力，然后虚拟电极可以通过控制电脑8对投影仪4的投影图形来控制，即固化成型的水凝胶微结构利用光斑作为虚拟电极来操纵水凝胶微结构运动，如本例中在光诱导介电泳芯片3中利用光斑驱动不同形状的固化的水凝胶微结构移动与组装，将包裹不同种类细胞的水凝胶微结构进行组装来模拟不同的组织。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种微组织结构的制造与组装集成平台，其特征在于包括注射泵（1）、微流控芯片（2）、光诱导介电泳芯片（3）、投影仪（4）、数字微镜阵列（5）、紫外激光器（6）、第一聚焦物镜（70）、第二聚焦物镜（71）、控制电脑（8），
所述注射泵（1）与微流控芯片（2）通过导管连通，所述微流控芯片（2）通过中空玻璃管与光诱导介电泳芯片（3）连通，
紫外激光器（6）配合所述数字微镜阵列（5）使用，所述数字微镜阵列（5）对所述紫外激光器（6）发射的紫外光进行图形化调制并反射到聚焦物镜（70）的下层镜面，
第一聚焦物镜（70）置于微流控芯片（2）与数字微镜阵列（5）之间对所述数字微镜阵列（5）调制的紫外光进行聚焦，
第二聚焦物镜（71）置于光诱导介电泳芯片（3）与投影仪（4）之间对所述投影仪（4）发出的光进行聚焦，
控制电脑（8）分别与所述数字微镜阵列（5）、投影仪（4）连接。
2.根据权利要求1所述的一种微组织结构的制造与组装集成平台，其特征在于，所述紫外激光器（6）的发射端对向所述数字微镜阵列（5）的反射面，所述数字微镜阵列（5）的反射面对向所述第一聚焦物镜（70）的上方镜面，所述第一聚焦物镜（70）的下方镜面对向所述微流控芯片（2）的基底。
3.根据权利要求2所述的一种微组织结构的制造与组装集成平台，其特征在于，所述的紫外激光器（6）发射端的光束与所述数字微镜阵列（5）的反射面成45度夹角，所述数字微镜阵列（5）表面与水平桌面成30度夹角，所述第一聚焦物镜（70）垂直水平面放置。
4.根据权利要求3所述的一种微组织结构的制造与组装集成平台，其特征在于，所述第一聚焦物镜（70）与所述数字微镜阵列（5）反射面中心点的距离为3-5cm，与所述微流控芯片（2）基底的距离为6-9cm。
5.根据权利要求1所述的一种微组织结构的制造与组装集成平台，其特征在于，所述投影仪（4）的发射端对向第二聚焦物镜（71）的下方镜面，所述第二聚焦物镜（71）的上方镜面对向所述光诱导介电泳芯片（3）的基底。
6.根据权利要求5所述的一种微组织结构的制造与组装集成平台，其特征在于，所述第二聚焦物镜（71）与所述光诱导介电泳芯片（3）基底的距离为6-9cm，与所述投影仪（4）发射端的距离为3-5cm。
7.根据权利要求1所述的一种微组织结构的制造与组装集成平台，其特征在于，所述光诱导介电泳芯片（3）的顶盖、基底均为导电玻璃，且基底的导电玻璃上镀有氢化非晶硅薄膜。
8.根据权利要求1所述的一种微组织结构的制造与组装集成平台，其特征在于，所述光诱导介电泳芯片（3）的顶盖、基底分别与交流电源的正极、负极连接。
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|---|---|---|---|---|
| CN111575183A (zh) * | 2020-04-30 | 2020-08-25 | 北京理工大学 | 一种气泡驱动的环状微单元阵列化组装系统及方法 |
| CN113334763A (zh) * | 2021-05-24 | 2021-09-03 | 上海大学 | 一种生物组织微单元的成形系统及方法 |
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| CN111575183B (zh) * | 2020-04-30 | 2021-06-29 | 北京理工大学 | 一种气泡驱动的环状微单元阵列化组装系统及方法 |
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