一種具有誘導(dǎo)細(xì)胞增殖分化能力的納米形貌芯片的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了一種具有誘導(dǎo)細(xì)胞增殖分化能力的納米形貌芯片，能夠引導(dǎo)干細(xì)胞或骨細(xì)胞增殖方向及調(diào)節(jié)其分化，加快骨組織修復(fù)。包括鉻片基底，鉻片基底上設(shè)有若干硅片單元，硅片單元上排布有表面刻有納米尺度形貌的微圖形。本實(shí)用新型芯片表面的微紋路形貌科引導(dǎo)干細(xì)胞或骨細(xì)胞沿著微紋路的方向排列增殖，這種定向增殖增加了細(xì)胞的生長(zhǎng)效率，從而促進(jìn)成骨細(xì)胞向骨缺損方向集結(jié)，盡早形成通過(guò)骨折線的骨痂，最終加快骨缺損的修復(fù)過(guò)程。
【專利說(shuō)明】一種具有誘導(dǎo)細(xì)胞增殖分化能力的納米形貌芯片

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于醫(yī)療用品，特別涉及一種具有誘導(dǎo)細(xì)胞增殖分化能力的納米形貌
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【背景技術(shù)】
[0002]骨創(chuàng)傷及其導(dǎo)致的骨缺損常困擾骨科臨床工作，骨移植盡管可以解決一些復(fù)雜的病例，但其骨感染、取骨區(qū)骨缺損等并發(fā)癥不可避免。自體骨移植科降低排斥反應(yīng)發(fā)生率，但由于需要多次手術(shù)，且取骨部位取材有限等問(wèn)題困擾著骨缺損的臨床治療。
[0003]長(zhǎng)期以來(lái)，大量研究集中于種植體與骨組織的結(jié)合界面上，即通過(guò)物理、化學(xué)等方式對(duì)材料表面進(jìn)行修飾以改變材料表面的生物活性。從仿生學(xué)角度而言，模仿細(xì)胞外基質(zhì)生物物理特性并進(jìn)行表面修飾，可產(chǎn)生物理刺激從而影響細(xì)胞的生物學(xué)行為。細(xì)胞周圍環(huán)境中的多種物理信號(hào)可通過(guò)單純的機(jī)械力作用轉(zhuǎn)化為生物化學(xué)信號(hào)。細(xì)胞的生長(zhǎng)取向會(huì)沿著溝槽形貌走向鋪展運(yùn)動(dòng)，這種特性被命名為接觸誘導(dǎo)(contact guidance)ο通過(guò)這一特性，無(wú)需化學(xué)修飾就可調(diào)控細(xì)胞的生物學(xué)行為與功能。
[0004]目前已有國(guó)外學(xué)者Hamilton等采用130nm寬、500nm深的溝槽材料，其表面培養(yǎng)鼠間充質(zhì)干細(xì)胞，觀察培養(yǎng)后，呈取向排列，原代軟骨細(xì)胞在750nm寬、80_90nm深的溝槽表面不僅出現(xiàn)取向排列，并且細(xì)胞遷移速率顯著增加。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0005]本實(shí)用新型的目的是提供一種具有誘導(dǎo)細(xì)胞增殖分化能力的納米形貌芯片，能夠引導(dǎo)干細(xì)胞或骨細(xì)胞增殖方向及調(diào)節(jié)其分化，加快骨組織修復(fù)。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用以下技術(shù)方案:
[0007]—種具有誘導(dǎo)細(xì)胞增殖分化能力的納米形貌芯片，包括鉻片基底，在鉻片基底上設(shè)有若干硅片單元，在硅片單元上排布有表面刻有納米尺度形貌的微圖形。
[0008]相鄰的硅片單元之間通過(guò)墻隔開(kāi)。
[0009]所述微圖形由橫截面為三角形、圓形和正方形三種形狀的柱排列而成。
[0010]所述三角形為等腰三角形，角度分別為36°、72°和72°。
[0011]所述正方形邊長(zhǎng)為3 μ m。
[0012]微圖形的深度為5 μ m。
[0013]相鄰微圖形之間的間距為I μ m。
[0014]所述鉻片基底的整體大小為2cmX2cm。
[0015]硅片單元的大小為290 μ mX 290 μ m。
[0016]墻的高度為5-20 μ m。
[0017]本實(shí)用新型的有益效果是:
[0018]I)該表面處理方式不添加額外的化學(xué)組分，生物安全性好，不依賴生物活性組分，成本較低，加工過(guò)程為計(jì)算機(jī)控制的雕刻工藝，成型過(guò)程自動(dòng)化程度高、產(chǎn)量大，加工所得的微陣列仍未胚體金屬材質(zhì)，具備可高溫消毒、堅(jiān)固的特點(diǎn)。
[0019]2)芯片表面形貌可具有接觸誘導(dǎo)作用，通過(guò)對(duì)表面陣列的各參數(shù)進(jìn)行體外篩選，正式只有特定設(shè)計(jì)的微陣列表面可取得對(duì)干細(xì)胞的理想刺激效果，因而我們將優(yōu)化篩選后的微圖形加工植入材料表面，可提供牢固結(jié)合結(jié)締組織與刺激干細(xì)胞定向生長(zhǎng)的效果。
[0020]3)隨著植入性骨缺損修復(fù)手術(shù)的成功率不斷提高，在手術(shù)中獲得良好的結(jié)合后，長(zhǎng)期植入過(guò)程中對(duì)周圍組織的穩(wěn)定支持以及對(duì)骨細(xì)胞遷徙方向的引導(dǎo)作用，是影響骨修復(fù)遠(yuǎn)期成功率的關(guān)鍵因素。本發(fā)明芯片表面的微紋路形貌科引導(dǎo)干細(xì)胞或骨細(xì)胞沿著微紋路的方向排列增殖，這種定向增殖增加了細(xì)胞的生長(zhǎng)效率，從而促進(jìn)成骨細(xì)胞向骨缺損方向集結(jié)，盡早形成通過(guò)骨折線的骨痂，最終加快骨缺損的修復(fù)過(guò)程。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0021]圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖2是本發(fā)明的掃描電鏡圖；
[0023]圖3是本發(fā)明的局部的掃描電鏡圖；
[0024]圖4是硅片單元的排列示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0025]下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步說(shuō)明。
[0026]如圖1-4所示，一種具有誘導(dǎo)細(xì)胞增殖分化能力的納米形貌芯片，包括鉻片基底1，大小為2cmX2cm，鉻片基底I上設(shè)有若干硅片單元2，大小為290 μ mX 290 μ m，硅片單元2上排布有表面刻有納米尺度形貌的微圖形4，相鄰的硅片單元2之間通過(guò)高度為5-20 μ m的墻3隔開(kāi)。
[0027]微圖形4由橫截面為三角形、圓形和正方形三種形狀排列而成，三角形為等腰三角形，角度分別為36°、72°和72°，正方形邊長(zhǎng)為3 μ m。微圖形4的深度為5 μ m，相鄰微圖形4之間的間距為I μ m。
[0028]制作這種微紋路形貌的方法有很多種，這些制備方法可以分成兩類:一類方式是在原表面蝕刻出微凹槽；另一類方式是在原表面上構(gòu)建微凸脊。第一類方法通過(guò)蝕刻的方法，可以包括通過(guò)激光蝕刻的方法或者化學(xué)蝕刻的方法。第二類方法也有很多種，可以通過(guò)電鍍或者通過(guò)磁控濺射鍍膜或者通過(guò)化學(xué)沉積。本發(fā)明優(yōu)先通過(guò)激光蝕刻的方法實(shí)現(xiàn)微紋路的制備，具體來(lái)說(shuō)包括以下步驟:
[0029]步驟I準(zhǔn)備植入物本體原件；
[0030]步驟2激光在計(jì)算機(jī)的控制下在植入物本體的表面蝕刻出微紋路形貌；
[0031]步驟3通過(guò)打磨或化學(xué)方法清除植入物表面的毛刺。
[0032]由于這種微紋路的制備方法很多，具體如何制備帶有表面微紋路的芯片并不對(duì)本發(fā)明的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響，不影響本發(fā)明。
[0033]實(shí)施例1增殖試驗(yàn)
[0034]以市售的人類胚胎干細(xì)胞HN4 (SCSP-303)為研究對(duì)象，并以普通的不具有納米形貌的芯片為對(duì)照，進(jìn)行干細(xì)胞誘導(dǎo)增殖試驗(yàn)研究，具體方法如下:
[0035]I)將制備好的具有納米形貌芯片與對(duì)照芯片一起放入滅菌鍋高溫滅菌；
[0036]2)提前24h準(zhǔn)備MEF細(xì)胞:事先包被Matrigel，按8X 105/T25的量鋪MEF細(xì)胞，使用10%DMEM。待接種上hES細(xì)胞后更換為hES完全培養(yǎng)液；
[0037]3)調(diào)整HN4細(xì)胞濃度后，按常規(guī)方法和條件同時(shí)接入具有納米形貌芯片與對(duì)照芯片，溫度:37°C，氣相:空氣95%、二氧化碳5%，換液頻率:每天，進(jìn)行誘導(dǎo)增殖培養(yǎng)。
[0038]培養(yǎng)20天后觀察結(jié)果，發(fā)現(xiàn)具有納米形貌芯片表面的干細(xì)胞沿著微紋路的方向排列增殖，增加了細(xì)胞的生長(zhǎng)效率，與對(duì)照樣相比，約增加20%生長(zhǎng)速率，切對(duì)照芯片增殖生長(zhǎng)方向雜亂無(wú)章，無(wú)規(guī)律。
[0039]采用同樣方法，對(duì)骨細(xì)胞進(jìn)行誘導(dǎo)增殖對(duì)比試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，具有納米形貌芯片表面的骨細(xì)胞沿著微紋路的方向排列增殖，增加了細(xì)胞的生長(zhǎng)效率，與對(duì)照樣相比，約增加15%生長(zhǎng)速率，切對(duì)照芯片增殖生長(zhǎng)方向雜亂無(wú)章，無(wú)規(guī)律。
【權(quán)利要求】
1.一種具有誘導(dǎo)細(xì)胞增殖分化能力的納米形貌芯片，其特征在于:包括鉻片基底(1)，在鉻片基底(I)上設(shè)有若干硅片單元(2)，在硅片單元(2)上排布有表面刻有納米尺度形貌的微圖形(4)。
2.如權(quán)利要求1所述的具有誘導(dǎo)細(xì)胞增殖分化能力的納米形貌芯片，其特征在于:相鄰的硅片單元(2 )之間通過(guò)墻(3 )隔開(kāi)。
3.如權(quán)利要求1所述的具有誘導(dǎo)細(xì)胞增殖分化能力的納米形貌芯片，其特征在于:所述微圖形(4)由橫截面為三角形、圓形和正方形三種形狀的柱排列而成。
4.如權(quán)利要求3所述的具有誘導(dǎo)細(xì)胞增殖分化能力的納米形貌芯片，其特征在于:所述三角形為等腰三角形，角度分別為36°、72°和72°。
5.如權(quán)利要求3或4所述的具有誘導(dǎo)細(xì)胞增殖分化能力的納米形貌芯片，其特征在于:微圖形(4)的深度為5 μ m。
6.如權(quán)利要求5所述的具有誘導(dǎo)細(xì)胞增殖分化能力的納米形貌芯片，其特征在于:相鄰微圖形(4)之間的間距為I μ m。
7.如權(quán)利要求1所述的具有誘導(dǎo)細(xì)胞增殖分化能力的納米形貌芯片，其特征在于:所述鉻片基底(I)的長(zhǎng)寬尺寸為2cmX2cm。
8.如權(quán)利要求1所述的具有誘導(dǎo)細(xì)胞增殖分化能力的納米形貌芯片，其特征在于:硅片單元(2)的長(zhǎng)寬尺寸為290μπιΧ290μπι。
9.如權(quán)利要求2所述的具有誘導(dǎo)細(xì)胞增殖分化能力的納米形貌芯片，其特征在于:所述墻(3)的高度為5-20 μ m。
10.如權(quán)利要求2所述的具有誘導(dǎo)細(xì)胞增殖分化能力的納米形貌芯片，其特征在于:所述正方形邊長(zhǎng)為3 μ m。
【文檔編號(hào)】A61L27/04GK204121469SQ201420474426
【公開(kāi)日】2015年1月28日 申請(qǐng)日期:2014年8月22日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月11日
【發(fā)明者】鄭欣, 陳一心, 袁翰, 邱旭升, 施鴻飛 申請(qǐng)人:鄭欣