用于磁性自组装的系统和方法技术方案

在一个方面中，本发明专利技术提供了一种用于磁性结构模块的自组装的方法包括，在液体介质中分布多个结构模块，多个结构模块各自包含多个稳定自由基，建立与多个结构模块中的至少一部分相互作用的磁场，用磁场引导多个结构模块的部分从液体介质中的第一位置到液体介质中的第二位置，将第二位置附近的多个结构模块中的部分组装成第一构建体，并且用至少一种抗氧化剂来处理第一构建体以至少部分中和多个稳定自由基。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】相关申请的交叉引用本申请基于以下、要求以下权益、并在本文中通过引用纳入以下：2014年2月26日提交的标题为“具有异质材料性质的构建体及其制备方法”的美国临时专利申请系列号61/944,787，和2014年8月1日提交的题为“可调磁感凝胶的引导和磁性自组装”的美国临时专利申请系列号62/032,130。关于联邦资助研究/开发的声明本专利技术在政府支持的国家科学基金授予的CAREER资助号1150733以及国立卫生研究院授予的R01EB015776-01A1、R15HL115556、和R21HL112114下作出。政府对本专利技术拥有某些权利。专利技术背景本专利技术一般涉及结构模块的自组装，并且更具体地涉及用于包含稳定自由基结构模块的引导自组装的系统和方法。自组装对于由各种微结构制成的异源功能系统的平行制造而言是一种有前景且非侵入性的策略。针对多种应用已有几种采用以下原理的自组装研究：流体力、磁力、重力、静电力、或毛细管力。这些自组装方法通常是大规模平行的，并且因此，比确定性方法如机器人组装而言成本更低且更快。然而，由于自组装的概率性质，组装精确性和产率不如连续拾取-放置组装那样高。为了增加组装的产率，在组装区域内使用过量的组件。因此，在大多数流体自组装方法中需要大量制造微结构，并且因此还没有满足对开发高效且廉价的结合高产率确定性组装和高通量自组装优势的自组装方法的需要。通常，使用磁体的微组件操作策略是通用、无接触且廉价的。在大多数的这些策略中，使用磁性微米级或纳米级珠。市售磁珠主要由在聚合物外壳中包封的氧化铁和少量的其他元素如镍和钴组成。由于重金属中毒的风险，必须在临床应用中证明这类磁珠的使用和释放。因此，需要开发已经用于生物应用的潜在无重金属的替代性珠。
技术实现思路
本专利技术通过提供一种用于磁性结构模块的自组装的系统和方法克服了前述缺陷。根据本专利技术的一个实施方式，一种用于磁性结构模块的自组装方法包括，在液体介质中分散多个结构模块，多个结构模块各自包含多个稳定自由基，建立与多个结构模块中的至少一部分相互作用的磁场，用磁场引导多个结构模块的所述部分从液体介质中的第一位置到液体介质中的第二位置，将第二位置附近的多个结构模块的所述部分组装成第一构建体，并且用至少一种抗氧化剂来处理第一构建体以至少部分中和多个稳定自由基。在一个方面中，该方法包括在包含多个稳定自由基的组合物中孵育多个结构模块。在另一个方面中，将多个结构模块中的部分组装成构建体的步骤还包括将包含第一构建体的各结构模块交联在一起。例如，在结构模块的自组装之后，可将包含可交联聚合物的组合物涂覆到形成组装的构建体的结构模块上。此后，聚合物可交联在一起，由此形成结构模块之间的交联并使组装的构建体稳定。在另一个方面，多个结构模块包括以下的至少一种：核酸、蛋白质、细胞和组织。核酸、蛋白质、细胞或组织可涂覆在结构模块上或纳入结构模块中。在另一个方面中，多个结构模块基本不含铁、镍和钴。在一个示例中，如果多个结构模块含有少于约100份/百万(ppm)的铁、镍和钴，则可被认为该多个结构模块基本不含铁、镍和钴。在另一个示例中，如果多个结构模块含有少于约1ppm的铁、镍和钴，则可被认为该多个结构模块基本不含铁、镍和钴。在另一个示例中，如果多个结构模块含有少于约1份/十亿(ppb)的铁、镍和钴，则可被认为该多个结构模块基本不含铁、镍和钴。在另一个方面中，多个结构模块中各自的密度小于液体介质的密度，使得多个结构模块在液体介质的表面上漂浮。在一个方面中，多个结构模块至少包含具有第一密度的第一部分的结构模块，和具有与第一密度不同的第二密度的第二部分的结构模块，使得在第一部分和第二部分之间存在浮力差异。在另一个方面中，该方法还包括将第一构建体浸入第一液相，在第一液相的顶部形成第二液相，组装包含多个结构模块的至少第二部分的第二构建体，相对于上述第一构建体在第二液相中组装第二构建体，并且置换第一液相和第二液相中的至少一个，由此将第二构建体层叠在第一构建体上形成三维结构。在另一个方面中，液体介质包含表面活性剂以降低针对多个结构模块的表面张力和曳力。在另一个方面中，包含多个稳定自由基的多个结构模块是顺磁性的。根据本专利技术的另一个实施方式，一种用于磁性结构模块的自组装的系统包括液体介质，含有液体介质的储器，用于在液体介质中分布的多个结构模块，多个结构模块各自包含多个稳定自由基，相对于储器建立的磁场，在多个结构模块分布在液体介质时与多个结构模块中的至少一部分相互作用的磁场，可操作引导多个结构模块的一部分充液体介质中的第一位置移动至液体介质中的第二位置并将靠近第二位置的多个结构模块的一部分组装成第一构建体的磁场，以及包含用于处理第一构建体以至少部分中和稳定自由基的抗氧化剂的组合物。在一个方面中，液体介质包含表面活性剂以降低针对多个结构模块的表面张力和曳力。在另一个方面，多个结构模块包括以下的至少一种：核酸、蛋白质、细胞和组织。在另一个方面中，多个结构模块基本不含铁、镍和钴。在另一个方面中，多个结构模块中各自的密度小于液体介质的密度，使得多个结构模块在液体介质的表面上漂浮。在一个方面中，多个结构模块包含具有第一密度的第一部分的结构模块，和具有与第一密度不同的第二密度的第二部分的结构模块，使得在第一部分和第二部分之间存在浮力差异。在另一个方面中，该系统还包括用于建立磁场的永磁体。在另一个方面中，包含多个稳定自由基的多个结构模块是顺磁性的。在另一个方面中，该系统还包括用于将包含第一构建体的多个结构模块的部分交联的紫外光源。根据本专利技术的另一个实施方式，一种用于磁性结构模块的自组装的方法包括，在包含多个稳定自由基的组合物中孵育多个结构模块，在含有液体介质的储器中分散多个结构模块，用永磁体建立磁场，该磁场涵盖多个结构模块中的至少一部分，用磁场引导多个结构模块的部分从液体介质中的第一位置到液体介质中的第二位置，将第二位置附近的多个结构模块中的部分组装成第一构建体，交联包含第一构建体的多个结构模块中的部分，并且用至少一种抗氧化剂来处理第一构建体以至少部分中和多个稳定自由基。多个结构模块中各自的密度小于液体介质的密度，使得多个结构模块在液体介质的表面上漂浮。根据本专利技术的另一个实施方式，一种用于结构模块的自组装的方法包括在顺磁性液体介质中分散多个结构模块，建立与顺磁性液体介质相互作用的磁场，用磁场引导多个结构模块中的部分从液体介质中的第一位置移动至液体介质中的第二位置，并且将第二位置附近的多个结构模块中的部分组装成第一构建体。通过以下描述可以清楚地了解本专利技术的上述和其他方面和优势。在以下说明书中，参照构成说明书的一部分的附图，其中以说明性方式显示了本专利技术的优选实施方式。这类实施方式不必然代表本专利技术的全部范围，而是因此对权利要求进行说明并在本文中解释本专利技术的范围。附图的简要说明图1A是通过UV光交联微加工细胞包封水凝胶的示例性系统的示意图。50μl的凝胶前体溶液移液到玻璃片上，然后接触UV光(500mW；在凝胶上50mm的高度处)20秒。采用具有不同图案的几种类型的光掩膜。图1B是显示结构模块的4个示例性组的平面图，包括圆形(左上)、三角形(右上)、折线形(左下)和L形(右下)结构模块。图1C是在由达氏磷酸盐缓冲盐本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于磁性结构模块的自组装的方法，所述方法包括：在液体介质中分布多个结构模块，所述多个结构模块各自包含多个稳定自由基，建立与所述多个结构模块中的至少一部分相互作用的磁场；用所述磁场引导所述多个结构模块的部分从液体介质中的第一位置移动到液体介质中的第二位置；将第二位置附近的所述多个结构模块中的部分组装成第一构建体，并且用至少一种抗氧化剂来处理所述第一构建体以至少部分中和所述多个稳定自由基。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.02.26 US 61/944,787;2014.08.01 US 62/032,1301.一种用于磁性结构模块的自组装的方法，所述方法包括：在液体介质中分布多个结构模块，所述多个结构模块各自包含多个稳定自由基，建立与所述多个结构模块中的至少一部分相互作用的磁场；用所述磁场引导所述多个结构模块的部分从液体介质中的第一位置移动到液体介质中的第二位置；将第二位置附近的所述多个结构模块中的部分组装成第一构建体，并且用至少一种抗氧化剂来处理所述第一构建体以至少部分中和所述多个稳定自由基。2.如权利要求1所述的方法，还包括在包含所述多个稳定自由基的组合物中孵育所述多个结构模块。3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将所述多个结构模块中的部分组装成构建体的步骤还包括将包含所述第一构建体的各结构模块交联在一起。4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述多个结构模块包括以下的至少一种：核酸、蛋白质、细胞和组织。5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述多个结构模块基本不含铁、镍和钴。6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述多个结构模块中各自的密度小于液体介质的密度，使得所述多个结构模块在液体介质的表面上漂浮。7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述多个结构模块至少包含具有第一密度的第一部分的结构模块，和具有与第一密度不同的第二密度的第二部分的结构模块，使得在第一部分和第二部分之间存在浮力差异。8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：将第一构建体浸入第一液相；在第一液相的顶部形成第二液相；组装包含所述多个结构模块的至少第二部分的第二构建体，相对于上述第一构建体在第二液相中组装所述第二构建体；并且置换第一液相和第二液相中的至少一个，从而将第二构建体层叠在第一构建体上形成三维结构。9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述液体介质包含表面活性剂以降低所述多个结构模块上的表面张力和曳力。10.如权利要求1所述的方法，其特征在于，包含所述多个稳定自由基的所述多个结构模块是顺磁性的。11.一种用于磁性结构模块的自组装的系统，所述系统包括：液体介质；包含所述液体介质的储器；用于在液体介质中分布的多个结构模块，所述多个结构模块各自包含多个稳定自由基；相对于所述储器建立的磁场，当多个结构模块在液体介质中分布时所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：U·德米尔奇，S·塔索格鲁，
申请(专利权)人：布里格姆女子医院有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US