[发明专利]一种双锥形圆管腔结构的水凝胶芯片的制备方法

说明书

本发明涉及一种双锥形圆管腔结构的水凝胶芯片及其制备方法，和利用所述水凝胶芯片制备病理血管模型的方法。所述的水凝胶是以水凝胶溶液等为原料，通过模板法制备的，能够真实模拟人体病理血管环境，为基础研究和药物研究提供了一种新的体外病理血管模型。

技术领域：

本发明属于组织工程学和生物医学领域，涉及一种双锥形圆管腔结构的水凝胶芯片及其制备方法，和利用水凝胶芯片制备病理血管模型的方法。

背景技术：

血管是人体内重要的器官，遍布全身，直径从8μm的毛细血管到1cm的大动脉不等，血管的主要功能是在体内运输各种营养物质和代谢产物。体外的血管模型为基础研究和转化医学提供了新的工具，这些模型可以用于研究如生化刺激和物理变化如流速、压力等对内皮细胞的结构和功能的影响，血管生成和血管形成机制，研究药物运输、吸收和治疗效果等。

目前在体外构建血管模型主要是通过干细胞诱导形成血管或模拟血管的器官芯片，如中国专利CN201110077551.4，该专利是从骨髓中分离、培养一类原始干细胞亚群，然后诱导干细胞亚群分化为心血管组织，及体外诱导原始亚细胞亚群分化成心肌和血管内皮细胞，为治疗心血管疾病提供了一种新的途径。但是，干细胞诱导形成血管的方法还存在一定的缺陷，如干细胞培养和分化存在困难，以及内皮层形成耗时较长，通常达1至2周。模拟血管的器官芯片可在较短时间(2～4天)内形成内皮层，常用的制作方法包括：微流控技术、3D打印技术和模板法。基于微流控技术制作的血管模型芯片主要通过光刻技术，在聚二甲基硅氧烷(polydimethylsiloxane,PDMS)材料上构建出细微的流体通道，这种材料的芯片构建的流体通道一般为方形通道，在流体动力学上与人体内圆形的血管有差异；同时由于PDMS材料本身的性质，所制造的芯片一般需要改性后才能培养细胞；并且PDMS材料制造的芯片不具有人体血管的渗透性质，导致体外内皮细胞培养所需要的生理微环境和血管中的各种流体流动、压力以及伸缩力不能很好地重现，无法真实模拟出人体内部的环境。

近年来随着3D打印技术的发展，许多文献报道了通过3D打印水凝胶技术来制作血管结构，如中国专利CN 201410030653.4，该专利通过复合多喷头3D打印技术制备带分支血管的组织器官放生结构，水凝胶结构不必交联或聚合。不过目前3D打印水凝胶技术仍有一定的局限性，打印出来的水凝胶血管结构精度较低，血管结构内表面的光滑度还有待提高，尺寸也相对较大。模板法通常使用均一直径的圆形管作为模板，如中国专利CN201110215024.5，该专利是在光引发剂聚合物的存在下，通过紫外照射水凝胶溶液发生交联凝固制备，其中光引发剂聚合物容易对细胞造成毒害；且该专利仅使用聚甲基丙烯酸甲酯材质模具，材质单一；另外该专利使用的微通道模板为不锈钢毛细管或纤维，为均一直径的圆形管，模板未进行修饰，仅可制作出均一直径的正常血管模型，无法模拟动脉血栓之类的病理血管形态。

已知的血管模型的制备方法，细胞培养和分化工艺较为复杂，血管渗透性、精度还有待提高，且通常制备的是均一直径管状结构，难以有效模拟人体病理血管结构。

发明内容：

针对现有技术的不足，本发明提供一种双锥形圆管腔结构的水凝胶芯片及其制备方法，该水凝胶芯片是采用水凝胶材料浇筑模板后移除模板所形成的。所述芯片具有双锥形管腔结构，管腔内部表面均匀光滑，渗透性优于PDMS材料，不需改性即可培养细胞。

本发明还提供了利用所述水凝胶芯片制备病理血管模型的方法。

本发明的技术方案如下：

一种双锥形圆管腔结构的水凝胶芯片，所述水凝胶芯片内管腔结构为圆形，所述内管腔直径从芯片一端到芯片另一端先逐渐减小然后再逐渐增大。

根据本发明，所述芯片内管腔直径最大处为300～1200μm，内管腔直径最小处为100～600μm；

优选的，所述芯片内管腔直径最大处为300μm，内管腔直径最小处为100μm；