一種基于可移動電極的細(xì)胞三維組裝裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于生物制造技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種基于可移動電極的細(xì)胞三維組裝裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]生物工程中要解決的一個(gè)關(guān)鍵問題是如何把生物細(xì)胞組裝成具有生物活性的人工替代物，用以維持、恢復(fù)或提高人體組織的功能。為了更好地了解細(xì)胞如何生長發(fā)育成有功能性的組織器官，現(xiàn)有方法一般是通過在培養(yǎng)皿上培養(yǎng)細(xì)胞來研宄細(xì)胞的生長特性。近年來，越來越多的研宄表明，細(xì)胞在二維平面上的生長狀態(tài)不能真實(shí)地反應(yīng)細(xì)胞在人體中的生長環(huán)境。因此，如何把生物細(xì)胞固定在三維空間并讓其生長是生物工程中的一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)，即將生物細(xì)胞固定并形成一個(gè)生物細(xì)胞的三維空間固定結(jié)構(gòu)。
[0003]海藻酸鈉(Sodium Alginate)是一種天然多糖，具有穩(wěn)定性、溶解性和無毒性，廣泛應(yīng)用在食品加工、藥物制劑等領(lǐng)域。通過在含有生物細(xì)胞的海藻酸鈉中加入CaCl2溶液，海藻酸鈉會與Ca2+發(fā)生反應(yīng)并生成一種水凝膠:海藻酸媽(Calcium Alginate)。該水凝膠具有制備簡單，生物兼容性好等優(yōu)點(diǎn)，已廣泛被用作生物支架來固定細(xì)胞，實(shí)現(xiàn)細(xì)胞在三維空間的培養(yǎng)。然而，傳統(tǒng)的制備方法中，Ca2+的濃度和分布在混合溶液中很難被控制。因此，含有細(xì)胞的水凝膠形狀也難以精確控制，導(dǎo)致細(xì)胞在三維空間的生長也難以控制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于針對上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種基于可移動電極的細(xì)胞三維組裝裝置，其結(jié)構(gòu)簡單、設(shè)計(jì)合理且使用操作簡便、使用效果好，能對內(nèi)含細(xì)胞的水凝膠形狀進(jìn)行簡便調(diào)整，且水凝膠形狀易于控制。
[0005]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:一種基于可移動電極的細(xì)胞三維組裝裝置，其特征在于:包括導(dǎo)電底板、位于導(dǎo)電底板上方的導(dǎo)電針管、將內(nèi)含生物細(xì)胞的細(xì)胞固定液輸送至所述導(dǎo)電針管內(nèi)的注液裝置和帶動所述導(dǎo)電針管在導(dǎo)電底板上方移動的針管移動機(jī)構(gòu)，所述導(dǎo)電針管安裝在所述針管移動機(jī)構(gòu)上；所述導(dǎo)電針管包括內(nèi)套管和覆蓋在內(nèi)套管外側(cè)壁上的導(dǎo)電金屬層，所述內(nèi)套管的上端開有進(jìn)液口且其下端開有出液口，所述注液裝置通過連接管與內(nèi)套管的進(jìn)液口連接；所述細(xì)胞固定液為由海藻酸鈉、碳酸鈣和水均勻混合而成的水溶液，所述水溶液中海藻酸鈉的重量百分含量為1%?4%，所述水溶液中碳酸I?的重量百分含量為0.1%?0.4%;所述導(dǎo)電底板和導(dǎo)電金屬層分別與直流供電單元的兩個(gè)電源輸出端相接，所述導(dǎo)電底板、導(dǎo)電金屬層和直流供電單元組成對所述細(xì)胞固定液進(jìn)行電解并生成水凝膠的電解裝置，所述導(dǎo)電底板和導(dǎo)電金屬層均為電解用電極；所述導(dǎo)電針管為將內(nèi)含生物細(xì)胞的細(xì)胞固定液或內(nèi)含生物細(xì)胞的水凝膠涂覆在導(dǎo)電底板上的涂覆裝置。
[0006]上述一種基于可移動電極的細(xì)胞三維組裝裝置，其特征是:所述直流供電單元為電流值可調(diào)的可調(diào)直流電源，所述注液裝置和/或所述連接管上裝有對所述連接管內(nèi)的內(nèi)含生物細(xì)胞的細(xì)胞固定液流量進(jìn)行調(diào)節(jié)的流量調(diào)節(jié)裝置。
[0007]上述一種基于可移動電極的細(xì)胞三維組裝裝置，其特征是:所述導(dǎo)電底板呈水平布設(shè)，所述導(dǎo)電針管呈豎直向布設(shè)。
[0008]上述一種基于可移動電極的細(xì)胞三維組裝裝置，其特征是:所述注液裝置為注射器，所述內(nèi)套管為玻璃針管。
[0009]上述一種基于可移動電極的細(xì)胞三維組裝裝置，其特征是:所述內(nèi)套管的中上部為圓柱管且其下部為直徑由上至下逐漸縮小的圓錐管，所述圓錐管的上端直徑與所述圓柱管的直徑相同且其底端為所述出液口 ；所述出液口的口徑為Φ50μπι?Φ200 μπι。
[0010]上述一種基于可移動電極的細(xì)胞三維組裝裝置，其特征是:所述針管移動機(jī)構(gòu)為操作器，所述操作器包括底座、安裝在所述底座上的立柱、固定在所述立柱上的支撐臂和安裝在所述支撐臂上且對所述導(dǎo)電針管上部進(jìn)行夾持的夾持機(jī)構(gòu)。
[0011]上述一種基于可移動電極的細(xì)胞三維組裝裝置，其特征是:所述內(nèi)套管的中下部外側(cè)壁上均覆蓋有導(dǎo)電金屬層，所述導(dǎo)電金屬層為金屬沉積層。
[0012]上述一種基于可移動電極的細(xì)胞三維組裝裝置，其特征是:所述金屬沉積層為金沉積層。
[0013]上述一種基于可移動電極的細(xì)胞三維組裝裝置，其特征是:所述導(dǎo)電金屬層與直流供電單元的正電源輸出端或負(fù)電源輸出端連接；當(dāng)導(dǎo)電金屬層與直流供電單元的正電源輸出端時(shí)，所述導(dǎo)電底板與直流供電單元的負(fù)電源輸出端連接，此時(shí)導(dǎo)電金屬層為所述電解裝置的陽極，且所述導(dǎo)電針管為將內(nèi)含生物細(xì)胞的水凝膠涂覆在導(dǎo)電底板上的涂覆裝置；當(dāng)導(dǎo)電金屬層與直流供電單元的負(fù)電源輸出端時(shí)，所述導(dǎo)電底板與直流供電單元的正電源輸出端連接，此時(shí)導(dǎo)電底板為所述電解裝置的陽極，且所述導(dǎo)電針管為將內(nèi)含生物細(xì)胞的細(xì)胞固定液涂覆在導(dǎo)電底板上的涂覆裝置。
[0014]同時(shí)，本發(fā)明還公開了一種方法步驟簡單、實(shí)現(xiàn)方便且使用效果好、通過控制移動電極的位置和/或電流的大小調(diào)整水凝膠形狀的基于可移動電極的細(xì)胞三維組裝方法，其特征在于該方法包括以下步驟:
[0015]步驟一、電解裝置接線:將導(dǎo)電底板和導(dǎo)電金屬層，分別與直流供電單元的兩個(gè)電源輸出〗而相接；
[0016]步驟二、細(xì)胞固定液輸送:將生物細(xì)胞放入所述生物固定液后，通過注液裝置將內(nèi)含生物細(xì)胞的生物固定液送入所述導(dǎo)電針管內(nèi)；
[0017]步驟三、導(dǎo)電針管位置調(diào)整及電解電流調(diào)整:開啟直流供電單元，并根據(jù)預(yù)先設(shè)計(jì)的生物細(xì)胞所固定的三維空間形狀，通過所述針管移動機(jī)構(gòu)對所述導(dǎo)電針管的位置進(jìn)行調(diào)整和/或?qū)χ绷鞴╇妴卧碾娏髦颠M(jìn)行調(diào)整，便獲得生物細(xì)胞的三維空間固定結(jié)構(gòu)；所述三維空間固定結(jié)構(gòu)為位于導(dǎo)電底板上且內(nèi)含生物細(xì)胞的水凝膠。
[0018]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0019]1、所采用的細(xì)胞三維組裝裝置，結(jié)構(gòu)簡單、設(shè)計(jì)合理且拆裝方便，投入成本較低。
[0020]2、所采用的細(xì)胞三維組裝裝置使用操作簡便且使用效果好，能對內(nèi)含細(xì)胞的水凝膠形狀進(jìn)行簡便調(diào)整，且內(nèi)含細(xì)胞的水凝膠(即生物細(xì)胞的三維空間固定結(jié)構(gòu))的形狀易于控制。實(shí)際使用時(shí)，基于電沉積的原理，通過控制移動電極的位置和電流的大小(即電場的強(qiáng)度)，來精確控制Ca2+產(chǎn)生的位置和濃度，從而控制含有生物細(xì)胞的水凝膠的形狀，并且能實(shí)現(xiàn)水凝膠形狀的精確控制，最終實(shí)現(xiàn)細(xì)胞的三維組裝。
[0021]3、使用操作方式靈活，既可以導(dǎo)電針管安裝在針管移動機(jī)構(gòu)上，將導(dǎo)電金屬層作為移動電極，導(dǎo)電底板作為固定電極；也可以將導(dǎo)電針管作為固定電極，對導(dǎo)電底板的位置進(jìn)行移動。也就是說，只需導(dǎo)電底板與導(dǎo)電針管之間有相對移動即可。實(shí)際使用時(shí)，通過直流供電單元在導(dǎo)電針管的導(dǎo)電金屬層與導(dǎo)電底板上通電，便能在陽極經(jīng)電沉積生成海藻酸鈣，海藻酸鈣生成過程中，會將生物細(xì)胞固定在水凝膠內(nèi)。其中，導(dǎo)電底板既可以作陽極，也可以作陰極；相應(yīng)地，導(dǎo)電針管的導(dǎo)電金屬層既可以作陰極，也可以作陽極。
[0022]4、所采用的細(xì)胞三維組裝方法步驟簡單、實(shí)現(xiàn)方便且使用效果好、通過移動電極調(diào)整內(nèi)含細(xì)胞的水凝膠形狀實(shí)現(xiàn)細(xì)胞三維組裝。并且，具有生物兼容性好、工藝步驟簡單、三維形狀及結(jié)構(gòu)可控、控制精度高等優(yōu)點(diǎn)。
[0023]實(shí)際使用時(shí)，基于電沉積原理，將含有生物細(xì)胞的細(xì)胞固定液通過注射器注入導(dǎo)電針管，當(dāng)在導(dǎo)電針管和導(dǎo)電底板加電時(shí)，會在陽極形成水凝膠；通過操作器控制導(dǎo)電針管出液口的位置，通過直流供電單元控制電場強(qiáng)度的大小，來實(shí)現(xiàn)對水凝膠形狀的精確控制，最終實(shí)現(xiàn)細(xì)胞的三維組裝。實(shí)際使用過程中，導(dǎo)電針管的出液口靠近導(dǎo)電底板，但二者不接觸；最終生成的內(nèi)部固定有生物細(xì)胞的水泥漿布設(shè)于導(dǎo)電底板上。
[0024]下面通過附圖和實(shí)施例，對本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
【附圖說明】
[0025]圖1為本發(fā)明細(xì)胞三維組裝裝置的使用狀態(tài)參考圖。
[0026]附圖標(biāo)記說明:
[0027]I —操作器；2—注射器； 3 —內(nèi)套管；
[0028]3-1—導(dǎo)電金屬層； 4 一導(dǎo)電底板；5—直流供電單元；
[0029]5-1—第一導(dǎo)線；5-2—第二導(dǎo)線；6—水凝膠。
【具體實(shí)施方式】
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