細胞介電泳空間操作及微組裝的自動化技術研究.pdf

1、組織工程學是一門多學科交叉的研究領域，其目的是在體外構(gòu)建人造組織，然后將其移植到體內(nèi)進行組織的修復和再生。組織的構(gòu)造通常包括兩個主要的步驟，首先是從病人的骨髓中取得干細胞，隨后將這些細胞在生物相容性的支架上進行培養(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)都過于簡單，難以控制細胞的分布。本論文中，我們設計了新型的生物支架結(jié)合介電泳技術來實現(xiàn)細胞在支架上的自動種植。本文由以下三個方面展開:
　　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)合介電泳技術實現(xiàn)了對生物細胞的三維操作和排列。我們檢驗了不同的工藝參數(shù)對三維細胞構(gòu)型的質(zhì)量和細胞成活率的影響。實驗結(jié)果表明我們所提出的三維支架能夠利用介電泳力機理實現(xiàn)細胞的自動排列，從而構(gòu)建組織工程學上所需的人造組織。不同的外加電壓所產(chǎn)生的電場力對被操作生物細胞生存率的影響也做了評估，選擇了最合適的外加電場。
　　其次，設計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。該支架能夠自動將細胞排列成多層

3、的蜂窩狀構(gòu)型。我們使用三種不同的哺乳動物的細胞進行實驗，以檢測影響蜂窩狀細胞構(gòu)型形成過程中的不同因素。我們還對材料的生物相容性進行了測試，以保證細胞在支架上的生存。在介電泳操作中，不同的電壓、頻率和操作時間下的細胞生存率也進行了測試，選擇了合適的參數(shù)進行細胞的排列實驗。
　　最后，我們將三維細胞種植的介電泳技術與三維打印技術相結(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電性，從而可以采用介電泳的機理來操作細胞。將建立的支架模型導入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。隨后我們做了一系列的實驗來測試三維支架的特性。
　　概括來說，我們所提出的幾種生物支架都成功對生物細胞進行了特定形狀的排列，進而構(gòu)建三維的人造組織實現(xiàn)組織工程學上的應用?；诮殡娪镜亩鄬又Ъ芙Y(jié)構(gòu)的設計實現(xiàn)了生物細胞的三維自動化排