本發(fā)明屬于生物醫(yī)用材料，涉及一種血管芯片，尤其涉及一種基于微流控核殼纖維的動態(tài)灌流血管芯片及其制備方法。

背景技術：

1、器官芯片技術作為一種新興的生物醫(yī)學工程手段，近年來在疾病研究、藥物篩選和再生醫(yī)學等領域得到了廣泛關注。相比傳統(tǒng)的二維細胞培養(yǎng)和動物模型，器官芯片技術具有獨特的優(yōu)勢。二維細胞培養(yǎng)雖然簡單易行，但缺乏三維微環(huán)境，無法充分模擬體內組織的復雜結構和功能，導致研究結果的生理相關性較低。動物模型雖然可以模擬體內環(huán)境，但存在物種差異，研究結果難以直接應用于人體。此外，動物實驗成本高，時間周期長，且存在倫理問題，限制了其廣泛應用。

2、血管芯片作為器官芯片技術的一個重要分支，能夠在微尺度上重建血管的三維結構和動態(tài)灌流環(huán)境，提供更加生理相關的細胞培養(yǎng)平臺?，F有的血管芯片通常采用微流控技術，通過精確控制流體流動，實現對細胞微環(huán)境的調控。這些芯片在研究血管生物學、疾病機制和藥物篩選等方面展現出巨大潛力。然而，現有技術在如何構建更加接近人體實際結構的血管仍存在不足，存在如細胞共培養(yǎng)問題，生物材料細胞相容性，通道微結構等問題。

技術實現思路

1、針對現有技術中的不足，本發(fā)明提供基于微流控核殼纖維的動態(tài)灌流血管芯片及其制備方法，該方法利用微流控技術制備具有核殼結構的水凝膠纖維，在纖維內腔種植人臍靜脈內皮細胞并在外表面種植人冠狀動脈平滑肌細胞，然后將水凝膠纖維置入預先設計好的芯片內，灌入培養(yǎng)基，構建出可以動態(tài)灌流培養(yǎng)的血管芯片。該芯片不僅能夠實現細胞的三維共培養(yǎng)，而且實現了動態(tài)灌流培養(yǎng)，較好地模擬了人體血管的結構和功能，為研究人類血管疾病的發(fā)病機制、藥物篩選和個性化治療等提供了新的研究手段。

2、為實現上述目的，本發(fā)明采用以下技術方案：

3、一種基于微流控核殼纖維的動態(tài)灌流血管芯片的制備方法，包括以下步驟：

4、步驟一、利用微流控技術制備具有中空內腔的水凝膠纖維；步驟二、在水凝膠纖維外表面種植人冠狀動脈平滑肌細胞(hcasmcs)，在水凝膠纖維腔內種植人臍靜脈內皮細胞(huvecs)，實現兩種細胞的三維共培養(yǎng)；步驟三、將種植有細胞的水凝膠纖維浸泡在人冠狀動脈平滑肌細胞完全培養(yǎng)基中，并使其與人臍靜脈內皮細胞完全培養(yǎng)基連接，使人臍靜脈內皮細胞完全培養(yǎng)基不斷灌入種植有細胞的水凝膠纖維的內腔中，得到動態(tài)灌流血管芯片。

5、為優(yōu)化上述技術方案，采取的具體措施還包括：

6、進一步地，步驟一中，所述水凝膠纖維的制備方法為：以水凝膠前驅體溶液作為外相，支持液作為內相，分別注入微流控纖維生成裝置的外相通道和內相通道，在外相通道和內相通道出口對水凝膠前驅體溶液進行固化，得到具有中空內腔的水凝膠纖維；微流控纖維生成裝置包括同軸組裝的外相毛細管和內相毛細管，內相毛細管為內相通道，內相毛細管與外相毛細管之間的通道為外相通道；外相毛細管的直徑為800～1000μm，內相毛細管的直徑為300～500μm；相應的，得到的水凝膠纖維的外徑為750～950μm，內徑為350～550μm。

7、進一步地，步驟一中，所述水凝膠前驅體溶液中的水凝膠前驅體包括甲基丙烯?；髂z(gelma)和聚乙二醇二丙烯酸酯(pegda)；甲基丙烯?；髂z的濃度為5～15m/v％，優(yōu)選為10m/v％，聚乙二醇二丙烯酸酯的濃度為1～4v/v％，優(yōu)選為2.5v/v％；支持液為聚乙烯醇(pva)溶液，濃度為5～15m/v％，優(yōu)選為10m/v％；外相通道的流速為20～40ml/h，內相通道的流速為10～30ml/h。

8、進一步地，步驟一中，固化方式為紫外光照固化，水凝膠前驅體溶液中含有光引發(fā)劑；光引發(fā)劑為2,4,6-三甲基苯甲?；鶃喠姿徜?lap)，濃度為0.1～0.3m/v％，優(yōu)選為0.2m/v％。

9、進一步地，步驟二中，待人冠狀動脈平滑肌細胞在水凝膠纖維外表面的生長密度達到70～80％時，再在水凝膠纖維腔內種植人臍靜脈內皮細胞。

10、進一步地，步驟二中，在種植細胞前，對水凝膠纖維進行滅菌處理；滅菌處理的方法為：將水凝膠纖維浸泡在磷酸緩沖鹽溶液(pbs)中，紫外照射4～6h。

11、進一步地，步驟二中，用于水凝膠纖維外表面種植的人冠狀動脈平滑肌細胞懸液的細胞密度為1×107/ml；在水凝膠纖維腔內種植人臍靜脈內皮細胞的方法為向水凝膠纖維的內腔中注入人臍靜脈內皮細胞懸液；人臍靜脈內皮細胞懸液的細胞密度為8×106/ml。

12、進一步地，步驟三的具體方法為：將種植有細胞的水凝膠纖維固定在芯片上；芯片具有固定槽，固定槽兩端的槽壁上均開設有固定孔，固定孔內均插有接頭；水凝膠纖維置于固定槽內，兩端分別與兩個接頭連接；固定槽內盛有人冠狀動脈平滑肌細胞完全培養(yǎng)基，浸泡水凝膠纖維；一個接頭通過pe管與人臍靜脈內皮細胞完全培養(yǎng)基連接，人臍靜脈內皮細胞完全培養(yǎng)基泵入水凝膠纖維的內腔中。芯片由定制的模版使用聚二甲基硅氧烷(pdms)翻制出來；中間的固定槽尺寸為長25mm，寬16mm，高6mm，固定槽左右兩側由1mm打孔器打孔，然后在打孔處插入10μl點樣槍頭作為接頭。pe管的內徑為0.6mm，外徑為0.9mm。

13、進一步地，步驟三中，所述人臍靜脈內皮細胞完全培養(yǎng)基灌入水凝膠纖維的流速為1～2ml/h。

14、本發(fā)明還提供上述的制備方法制得的基于微流控核殼纖維的動態(tài)灌流血管芯片。

15、本發(fā)明的有益效果在于：

16、一、本發(fā)明依托微流控技術，采用微流控纖維生成裝置制備具有殼核結構(核即內腔)的水凝膠纖維，具有操作簡便、內外徑尺寸可控、成本低廉、易于復制等優(yōu)點。

17、二、本發(fā)明制備的水凝膠纖維是使用生物相容性良好的復合水凝膠體系構建的，因此其表面及內部均具有較大的孔隙，有利于細胞的附著及細胞與培養(yǎng)基進行物質交換，且生物相容性好，細胞易于生長和繁殖。具體的，本發(fā)明所使用的水凝膠前驅體包括甲基丙烯?；髂z(gelma)和聚乙二醇二丙烯酸酯(pegda)，其中天然來源的gelma具有良好的生物相容性，有利于細胞的黏附和增殖，而且可通過紫外光照快速便捷的固化，實時在線的生成殼核纖維；同時pegda組分的加入能夠調節(jié)纖維的力學性能，一方面使得纖維能夠更好的維持其殼核結構，另一方面通過調節(jié)pegda的濃度能夠獲得與體內真實血管壁力學性質相當的殼核纖維，更真實地模擬體內血管的力學性能?？偟膩碚f，gelma和pegda兩種水凝膠組分的復合使得水凝膠纖維兼具生物相容性和力學性質，進而在體外更真實的重現體內血管的結構和生理功能。此外，兩種細胞分別生長在不同位置，互不干擾，形成共培養(yǎng)狀態(tài)，較好仿生了人體內的血管結構。

18、三、本發(fā)明制備的血管芯片引入了微泵系統(tǒng)來控制培養(yǎng)基的流動，模擬了血液在血管內的流動，從而實現了研究剪切力等對細胞生長的影響。該血管芯片可以用來構建各種人類血管性疾病模型，研究其發(fā)病機制、藥物篩選及個性化治療等。

技術特征：

1.一種基于微流控核殼纖維的動態(tài)灌流血管芯片的制備方法，其特征在于：

2.根據權利要求1所述的基于微流控核殼纖維的動態(tài)灌流血管芯片的制備方法，其特征在于：

3.根據權利要求2所述的基于微流控核殼纖維的動態(tài)灌流血管芯片的制備方法，其特征在于：

4.根據權利要求2所述的基于微流控核殼纖維的動態(tài)灌流血管芯片的制備方法，其特征在于：

5.根據權利要求1所述的基于微流控核殼纖維的動態(tài)灌流血管芯片的制備方法，其特征在于：

6.根據權利要求1所述的基于微流控核殼纖維的動態(tài)灌流血管芯片的制備方法，其特征在于：

7.根據權利要求1所述的基于微流控核殼纖維的動態(tài)灌流血管芯片的制備方法，其特征在于：

8.根據權利要求1所述的基于微流控核殼纖維的動態(tài)灌流血管芯片的制備方法，其特征在于：

9.根據權利要求1所述的基于微流控核殼纖維的動態(tài)灌流血管芯片的制備方法，其特征在于：

10.如權利要求1～9任意一項所述的制備方法制得的基于微流控核殼纖維的動態(tài)灌流血管芯片。

技術總結
本發(fā)明公開了一種基于微流控核殼纖維的動態(tài)灌流血管芯片及其制備方法，屬于生物醫(yī)用材料技術領域，制備方法包括：步驟一、利用微流控技術制備具有中空內腔的水凝膠纖維；步驟二、在水凝膠纖維外表面種植人冠狀動脈平滑肌細胞，在水凝膠纖維腔內種植人臍靜脈內皮細胞，實現兩種細胞的三維共培養(yǎng)；步驟三、將種植有細胞的水凝膠纖維浸泡在人冠狀動脈平滑肌細胞完全培養(yǎng)基中，并使其與人臍靜脈內皮細胞完全培養(yǎng)基連接，使人臍靜脈內皮細胞完全培養(yǎng)基不斷灌入種植有細胞的水凝膠纖維的內腔中，得到動態(tài)灌流血管芯片。本發(fā)明芯片不僅能夠實現細胞的三維共培養(yǎng)，而且實現了動態(tài)灌流培養(yǎng)，較好地模擬了人體血管的結構和功能。

技術研發(fā)人員：褚茂平,邵長敏,張旭挺,牛超,賈嘗,榮星,孫佳
受保護的技術使用者：溫州醫(yī)科大學附屬第二醫(yī)院（溫州醫(yī)科大學附屬育英兒童醫(yī)院）
技術研發(fā)日：
技術公布日：2024/12/10