細(xì)胞介電泳空間操作及微組裝的自動(dòng)化技術(shù)研究.pdf

1、組織工程學(xué)是一門多學(xué)科交叉的研究領(lǐng)域，其目的是在體外構(gòu)建人造組織，然后將其移植到體內(nèi)進(jìn)行組織的修復(fù)和再生。組織的構(gòu)造通常包括兩個(gè)主要的步驟，首先是從病人的骨髓中取得干細(xì)胞，隨后將這些細(xì)胞在生物相容性的支架上進(jìn)行培養(yǎng)以此來促使組織的發(fā)育。然而大多數(shù)現(xiàn)有的支架結(jié)構(gòu)都過于簡(jiǎn)單，難以控制細(xì)胞的分布。本論文中，我們?cè)O(shè)計(jì)了新型的生物支架結(jié)合介電泳技術(shù)來實(shí)現(xiàn)細(xì)胞在支架上的自動(dòng)種植。本文由以下三個(gè)方面展開:
　　首先，提出了一種由多層生物相容性材

2、料構(gòu)成的新型生物支架，該支架結(jié)合介電泳技術(shù)實(shí)現(xiàn)了對(duì)生物細(xì)胞的三維操作和排列。我們檢驗(yàn)了不同的工藝參數(shù)對(duì)三維細(xì)胞構(gòu)型的質(zhì)量和細(xì)胞成活率的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明我們所提出的三維支架能夠利用介電泳力機(jī)理實(shí)現(xiàn)細(xì)胞的自動(dòng)排列，從而構(gòu)建組織工程學(xué)上所需的人造組織。不同的外加電壓所產(chǎn)生的電場(chǎng)力對(duì)被操作生物細(xì)胞生存率的影響也做了評(píng)估，選擇了最合適的外加電場(chǎng)。
　　其次，設(shè)計(jì)了一種蜂窩狀的模擬原始骨組織結(jié)構(gòu)的多孔生物支架。該支架能夠自動(dòng)將細(xì)胞排列成多層

3、的蜂窩狀構(gòu)型。我們使用三種不同的哺乳動(dòng)物的細(xì)胞進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，以檢測(cè)影響蜂窩狀細(xì)胞構(gòu)型形成過程中的不同因素。我們還對(duì)材料的生物相容性進(jìn)行了測(cè)試，以保證細(xì)胞在支架上的生存。在介電泳操作中，不同的電壓、頻率和操作時(shí)間下的細(xì)胞生存率也進(jìn)行了測(cè)試，選擇了合適的參數(shù)進(jìn)行細(xì)胞的排列實(shí)驗(yàn)。
　　最后，我們將三維細(xì)胞種植的介電泳技術(shù)與三維打印技術(shù)相結(jié)合。該生物支架采用同心圓的結(jié)構(gòu)，意在模擬原始骨組織的構(gòu)型。這種支架可以用3D打印機(jī)來制造。我們選擇聚乳酸

4、作為支架的打印材料，在打印出來的結(jié)構(gòu)上鍍一層金以增加其導(dǎo)電性，從而可以采用介電泳的機(jī)理來操作細(xì)胞。將建立的支架模型導(dǎo)入COMSOL中仿真，結(jié)果表明在支架上施加電壓后，其構(gòu)成的空間中能夠形成非均勻的三維電場(chǎng)。隨后我們做了一系列的實(shí)驗(yàn)來測(cè)試三維支架的特性。
　　概括來說，我們所提出的幾種生物支架都成功對(duì)生物細(xì)胞進(jìn)行了特定形狀的排列，進(jìn)而構(gòu)建三維的人造組織實(shí)現(xiàn)組織工程學(xué)上的應(yīng)用。基于介電泳的多層支架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了生物細(xì)胞的三維自動(dòng)化排