一种用于细胞培养的复合支架的制作方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及用于细胞培养的支架，特别涉及一种静电纺丝与3D打印技术相 结合设计的用于模拟天然细胞外基质结构的三维支架。
【背景技术】
[0002] 细胞培养工作现已广泛应用于生物学、医学、毒理学、新药研发、生物工程等各个 领域，研究和观察细胞的形态结构和生命活动的技术手段已成为生命研究的一种必要的筛 选和预实验手段。
[0003] 目前，常规的细胞培养模式包括二维细胞培养，是在细胞培养板如2、4、6、12、24、 48、96孔细胞培养板或细胞培养瓶、生物反应器等中进行，细胞在培养基中以一种二维方式 单层贴壁生长。然而，多项研究发现在体外二维培养的细胞的基因表达、信号转导和形态学 都可能与在生物体内三维生长的细胞有差异。
[0004] 近年来，随着技术发展，建立了多种三维方式的细胞培养方法，以便能够充分模拟 生物体内环境，提供适宜细胞生长的环境。例如纳米纤维支架和多孔支架三维培养（多孔 磷酸钙支架，聚乳酸支架，聚乳酸和乙交酯共聚物支架，胶原蛋白支架，海藻酸钠支架等）， 三维水凝胶支架培养（例如中国专利申请CN201110259019. 4)，搅拌式、中空纤维、旋转烧 瓶培养等方法。
[0005] 其中，以静电纺丝技术获取的纳米纤维支架因其具有极高的比表面积、高孔隙率 和相互连通的三维网络状结构，能够更好的模拟天然细胞外基质的结构特点，为种子细胞 的生长和增殖提供良好的微环境，因此在生物和医学领域都具有广阔的应用前景（例如中 国专利申请 200480004293. 5、CN200710134505. 7、CN200910050507. 7、CN201110397867. 1)。
[0006] 然而，以静电纺丝技术制备三维支架材料，由于其是在静电作用下形成的纺丝膜， 其厚度受到一定的限制，形成的纺丝膜较薄（通常为纳米或微米级），在细胞培养时，很难 在不变形的情况下将其放到固定的培养容器中，也不利于后期对纺丝膜上的细胞进行鉴 定，同时操作不当也会对纺丝膜造成一定程度上的损害。
【发明内容】
[0007] 本实用新型的目的是提供一种用于细胞培养的支架，能够模拟天然细胞外基质的 结构特点，且克服现有技术中三维支架不易操作、刚性差、易受损的缺陷。
[0008] 为了实现本实用新型的目的，本实用新型一方面提供了一种用于细胞培养的复合 支架，包括支架结构和支撑结构，其中，所述支架结构包括通过静电纺丝方法制得的纳米纤 维膜，所述支撑结构包括中部封闭、两端分别具有端口一和端口二的空腔结构，所述支架结 构贴合在所述支撑结构端口 一的端面上。
[0009] 优选的，所述支架结构为具有三维多孔结构的纳米纤维膜。
[0010] 优选的，所述纳米纤维的直径为100~1000 nm ;更优选为200~600nm。
[0011] 本实用新型中，所述支架结构的材料选自以下组中的一种或多种：聚己内酯、聚 乳酸、左旋聚乳酸、聚乙醇酸、聚乙烯醇、聚碳酸酯、聚氨酯、聚磷酸酯、聚苯乙稀、聚对苯二 甲酸乙二酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚羟基丁酸戊酸酯、聚羟基丁酸己酸酯、聚酯酰胺、聚氧乙 烷、聚乙烯吡咯烷酮、胶原蛋白、壳聚糖、改性壳聚糖、淀粉、纤维素、改性纤维素、明胶、纤维 蛋白、丝素蛋白、透明质酸、海藻酸、硫酸软骨素、肝素、琼脂、葡聚糖、褐藻酸；优选为聚己内 酯、聚乳酸、左旋聚乳酸、聚乙醇酸、聚乙烯醇、胶原蛋白中的一种或多种；更优选为聚己内 酯、聚己内酯-胶原蛋白混合物。
[0012] 优选的，所述支架结构通过粘接的方式进行贴合。更优选的，通过医用胶黏剂进行 贴合。
[0013] 本实用新型中，所述贴合也可通过超声或熔融焊接的方式进行贴合；所述医用胶 黏剂可为非细胞毒性的聚合物材料，如聚氨酯、天然橡胶、丙烯酸酯、胶原蛋白等，具体可 为，α -氰基丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、骨水泥、芳香族多甲基丙烯酸聚氨酯等本领域常 规医用胶黏剂，本实用新型对此不作限定。
[0014] 优选的，所述支撑结构通过3D打印制作。
[0015] 本实用新型中支撑结构也可通过注塑等方式制作。本领域技术人员知晓，3D打印 技术（又称3D快速成型技术或增材制造技术）是指在计算机控制下，根据物体的计算机辅 助设计（CAD)模型或计算机断层扫描（CT)等数据，通过材料的精确3D堆积，快速制造任意 复杂形状3D物体的新型数字化成型技术。其中，熔融沉积成型（FDM)是采用热熔喷头，使 得熔融状态的材料按计算机控制的路径挤出、沉积，并凝固成型，经过逐层沉积、凝固，最后 除去支撑材料，得到所需的三维产品。该技术具有成型产品精度高、表面质量好、成型机结 构简单、无环境污染等优点，可快速、准确、简便的制作所需形状和构造的支撑结构。
[0016] 优选的，所述支撑结构做成适合细胞培养平板孔、培养室、培养瓶和/或生物反应 器的尺寸。具体的，所述支撑结构可做成适合细胞培养平板孔的尺寸，例如2孔板、4孔板、 6孔板、12孔板、24孔板、48孔板和96孔板。
[0017] 优选的，所述支撑结构的横截面为圆形，纵截面为正方形、矩形或梯形。
[0018] 本领域技术人员知晓，所述支撑结构的横截面不仅限于圆形，也可为椭圆形、三角 形、方形、矩形、规则多边形等，只要其能与培养结构匹配即可。例如，当细胞培养室为长方 体时，支撑结构截面为矩形。
[0019] 更优选的，所述支撑结构的横截面为圆形，纵截面为梯形，且所述端口一的直径小 于端口二的直径。
[0020] 本实用新型在设计支撑结构的形状和尺寸时，可参考细胞培养平板孔尺寸。通过 将端口一的直径设计为小于端口二的直径，一方面，便于在细胞实验中对常规的二维培养 和本实用新型三维培养进行平行对比实验，支撑结构在细胞培养平板孔中更稳定、不易滑 落；另一方面，采用该设计可以使纳米纤维膜与培养器皿之间有一段距离，使细胞更好的形 成三维结构，也可实现细胞的共培养。例如，当将复合支架置于6孔板进行试验时，支撑结 构端口二的直径可按照6孔板尺寸，端口一的直径按照12孔板尺寸设计，此时复合支架中 用于细胞培养的纳米纤维膜的尺寸也与12孔板尺寸匹配，在进行平行对比试验时，二维对 比组采用12孔板即可。同理，置于12孔板时，端口二的直径按照12孔板尺寸，端口一的直 径按照24孔板尺寸设计；置于24孔板时，端口二的直径按照24孔板尺寸，端口一的直径按 照48孔板尺寸；依次类推。以上具体尺寸的说明不用于限制本实用新型的保护范围，仅用 于说明本实用新型技术方案的设计思路以举例说明一些优选的【具体实施方式】。
[0021] 优选的，所述支撑结构还包括一固定环，所述固定环套接在所述端口一外侧。更优 选的，所述固定环为圆环，所述圆环内壁设置有柱状凸起，优选的，所述柱状凸起沿圆环内 壁周向均勾分布。
[0022] 本实用新型中，在支撑结构上设置固定环，该固定环一方面可用于将纳米纤维膜 更好的固定在端面上，使其不脱落；另一方面，可以使纳米纤维膜与培养器皿之间有一段距 离，使细胞更好的形成三维结构，也可实现细胞的共培养。
[0023] 优选的，所述支撑结构端口二包括向外延伸的边缘，所述边缘上设置有凸起，该凸 起的作用是便于抓持和/或移动所述支撑结构，在一个具体的实施方式凸起可为便于抓持 的把手，可为条状、柱状、板状，可为平整的或凹凸不平的，本实用新型对其形状和结构不作 具体限定。
[0024] 本实用新型中，可将支撑结构端口二的边缘放置在细胞培养平板孔上，采用设置 在其上的把手方便的移动复合支架