一种囊泡融合芯片制备装置及其制备方法与流程
本发明属于生物，具体涉及一种囊泡融合芯片制备装置及其制备方法。
背景技术：
1、细胞微囊化是将目的细胞包裹于一种或几种生物相容性良好且具有半透膜特性的材料内，使目的细胞既可以实现免疫隔离、避免大分子免疫物质和免疫细胞的攻击，又可以允许代谢产物、小分子营养物及细胞活性物质自由出入微囊，相较于传统的细胞培养具有更好的优势。其中，囊泡包细胞技术可以高通量一步制备类器官，没有清洗的二次过程，便于产业化和标准化；囊泡大小均一可控，可研究细胞球体大小对于活力及功能的影响，也可用于干细胞分化的研究；但是培养操作困难，囊泡在培养基中悬浮培养，不利于培养基换液。
2、基于油包水乳液体系的液滴微流控技术可以生产出大小尺寸均一的载细胞微球，但是通量不足，同时破乳洗球的过程增加了工艺的繁琐程度。结合离子快速交联的气喷微流控技术可以大批制备类器官微囊，但通常只能在低气体流速的条件下制备大尺寸的微囊(大于500μm)。在随着气体流速的提高，微囊形态不稳定，难以制备尺寸均一的小微囊。更为重要的是，以上技术制备的类器官仅能以悬浮状态在培养基中生长，均无法复现血管浸润和转移等一系列的肿瘤生理现象，难以评估抗血管生成药物在肿瘤治疗中的作用和效果。
技术实现思路
1、本申请提供了一种囊泡融合芯片制备装置及其制备方法，用以解决现有技术中囊泡大小无法均一可控、制备的囊泡均为大尺寸囊泡和囊泡在培养基中只能悬浮培养的技术问题。
2、在本发明的第一方面，本发明请求保护一种囊泡融合芯片制备装置，包括囊泡生成装置、囊泡固化装置和囊泡接收装置；所述囊泡生成装置包括水凝胶溶液池1、注射装置、中心管道12和气体装置，所述水凝胶溶液池1下侧设置所述注射装置，所述注射装置设置在中心管道12上方，中心管道12设置在囊泡接收装置上方，所述气体装置设置在中心管道入口处；所述囊泡固化装置包括雾化装置、生物墨水池模块13和紫外光固化装置15，所述雾化装置设置在所述气体装置下方并与所述中心管道12连接，所述生物墨水池13设置在所述雾化装置下方并与所述中心管道12连接，所述紫外光固化装置15设置在所述囊泡接收装置下方。
3、进一步，所述气体装置包括气体管道19、气压计10和气体控制器11，所述气体管道19与中心管道12连接。所述气压计10用于检测气体压力。所述气体控制器11用于调节气体的流速。
4、进一步，所述水凝胶溶液池1上连接有原代消化室18，分离的组织可在所述原代消化室18中消化。
5、进一步的，所述注射装置包括注射头大小转换器3和不同型号的注射头。
6、再进一步，所述不同型号的注射头包括32g注射头4、34g注射头5和28g注射头6。
7、进一步，所述水凝胶溶液池1上设置液体控制器2。
8、进一步，所述雾化装置包括雾化器7、雾化喷雾管8和阀门9，雾化交联剂溶液通过雾化器形成雾化喷雾，雾化喷雾通过所述雾化喷雾管8进入所述中心管道12。
9、进一步，囊泡接收装置包括x-y轴移动装置17和接收孔板16，所述接收孔板16可沿x、y轴移动，所述接收孔板16下方设置紫外光固化装置15。
10、进一步，所述雾化喷雾管8的下方设置排废管14。
11、在本发明的第二方面，本申请请求保护一种囊泡融合芯片制备方法，采用本发明第一方面所述的囊泡融合芯片制备装置，包括如下制备步骤：
12、1)细胞与水凝胶溶液在所述水凝胶溶液池1中混合，混有细胞的水凝胶溶液通过注射头流入所述中心管道12；
13、2)溶液在所述中心管道12的入口处受气体剪切作用形成水凝胶液滴(即囊泡)，水凝胶液滴从所述中心管道12中下落；
14、3)雾化交联剂溶液通过所述雾化器7形成雾化喷雾，打开阀门9，雾化喷雾通过所述雾化喷雾管8进入中心管道12，水凝胶液滴的表面接触到交联剂雾气后交联并固化形成微囊；
15、4)固化后的水凝胶微囊在中心管道12中继续下落，生物墨水池模块13将可交联的水凝胶打印墨水推入中心管道中，微囊与生物墨水混合，并落入下方的接收孔板16中；
16、5)紫外光固化装置15照射接收孔板16，交联固化融合生物墨水，使微囊固定在光交联水凝胶中。
17、进一步，在所述步骤1)中，分离的组织可先在所述原代消化室18中消化，消化后的原代细胞悬液与水凝胶溶液交汇进入水凝胶溶液池1中混合。
18、进一步，在所述步骤1)中，所述水凝胶溶液的流速通过所述液体控制器2控制，通过所述注射头大小转换器3调节注射头的型号。
19、进一步，在所述步骤2)中，通过所述气体控制器11调节气体的流速。
20、有益效果
21、本申请的融合芯片制备技术采用气切水+定位光固化的同步技术，通过液流直径，精准控制囊泡大小，实现区域化囊泡定量固化。由于液体的流速、针头的直径和气流速度的不同均会影响囊泡的大小，越细的针头内径更易产生较小的囊泡，气流速度越快囊泡越小，本申请水凝胶溶的液流速、注射头的大小和气体的流速均可以调节，我们可以根据所需囊泡的大小控制水凝胶溶的液流速、注射头的大小和气体的流速，使气流、水凝胶溶液流速和针头型号协同调节从而产生尺寸均一的小囊泡。相对于现有技术中通常只能在低气体流速的条件下制备大尺寸的微囊(大于500μm)，本申请28g注射头能做到的微囊尺寸下限约为300μm，32g注射头能做到的微囊尺寸下限约150μm，34g注射头能做到的微囊尺寸下限约80μm。
22、现有技术中形成的水凝胶液滴直接落入交联池中，液滴碰撞交联池液面时会不可避免地导致部分囊泡的分裂，从而影响微囊的均一性，在溶液流速大的时候影响更加显著，本申请将交联剂雾化后再与囊泡交联固化可以减少囊泡的碰撞，温和地交联水凝胶液滴，从而保证尺寸均一性。
23、现有技术中的微囊通过交联池交联后在后续的微囊培养过程中呈悬浮状态，不便于更换培养基，换液的过程中可能会吸走部分漂着的微囊从而产生损耗，发明人团队在研究过程中发现囊泡通过生物墨水和紫外光固化装置固化后，微囊可以固定在水凝胶基质中，便于换液操作。
技术特征：
1.一种囊泡融合芯片制备装置，包括囊泡生成装置、囊泡固化装置和囊泡接收装置；所述囊泡生成装置包括水凝胶溶液池1、注射装置、中心管道12和气体装置，所述水凝胶溶液池1下侧设置所述注射装置，所述注射装置设置在中心管道12上方，中心管道12设置在囊泡接收装置上方，所述气体装置设置在中心管道入口处；所述囊泡固化装置包括雾化装置、生物墨水池模块13和紫外光固化装置15，所述雾化装置设置在所述气压计10下方并与所述中心管道12连接，所述生物墨水池13设置在所述雾化装置下方并与所述中心管道12连接，所述紫外光固化装置15设置在所述囊泡接收装置上方。
2.如权利要求1所述的装置，所述水凝胶溶液池1上连接有原代消化室18。
3.所述注射装置包括注射头大小转换器3和不同型号的注射头。
4.如权利要求2所述的装置，所述不同型号的注射头包括32g注射头4、34g注射头5和28g注射头6。
5.如权利要求1所述的装置，所述水凝胶溶液池1上设置液体控制器2。
6.如权利要求1所述的装置，所述气体装置包括气体管道19、气压计10和气体控制器11，所述气体管道19与中心管道12连接，所述气压计10用于检测气体压力，所述气体控制器11用于调节气体的流速。
7.如权利要求1所述的装置，所述雾化装置包括雾化器7、雾化喷雾管8和阀门9，雾化交联剂溶液通过雾化器形成雾化喷雾，雾化喷雾通过所述雾化喷雾管8进入所述中心管道12。
8.如权利要求1所述的装置，囊泡接收装置包括x-y轴移动装置17和接收孔板16，所述接收孔板16可沿x、y轴移动，所述接收孔板16上方设置紫外光固化装置15。
9.如权利要求1所述的装置，所述雾化喷雾管8的下方设置排废管14。
10.一种囊泡融合芯片制备方法，采用权利要求1-9任一项所述的囊泡融合芯片制备装置，包括如下制备步骤：
11.如权利要求10所述的方法，分离的组织可先在所述原代消化室18中消化，消化后的原代细胞悬液与水凝胶溶液交汇进入水凝胶溶液池1中混合。
12.如权利要求10所述的方法，所述水凝胶溶液的流速通过所述液体控制器2控制，通过所述注射头大小转换器3调节注射头的型号。
13.如权利要求10所述的方法，通过所述气体控制器11调节气体的流速。
技术总结
本申请提供了一种囊泡融合芯片制备装置及其制备方法，包括囊泡生成装置、囊泡固化装置和囊泡接收装置；所述囊泡生成装置包括水凝胶溶液池1、注射装置、中心管道12和气压计10，所述囊泡固化装置包括雾化装置、生物墨水池模块13和紫外光固化装置15，解决了现有技术中囊泡大小无法均一可控、制备的囊泡均为大尺寸囊泡和囊泡在培养基中只能悬浮培养的技术问题。
技术研发人员：刘琼,熊利泽,陈泽昊
受保护的技术使用者：上海市第四人民医院
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23