为细胞同时提供拉伸应力和基质硬度的耦合装置及其制备方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种为细胞同时提供拉伸应力和基质硬度的耦合装置，由PDMS腔室、结合层、水凝胶共同构成。采用一种水凝胶单体或两种以上水凝胶单体以不同的比例混合，从而获得不同的基质硬度的水凝胶，水凝胶涂覆在PDMS腔室槽体底部的表面，通过物理作用形成互穿聚合物网络结构的结合层。在此腔室内种植细胞，水凝胶可提供给细胞基质硬度，同时通过拉伸仪拉伸PDMS腔室可提供给细胞拉伸应力，从而通过操作简单且实现对细胞同时精确提供拉伸应力和基质硬度。质硬度。质硬度。

【技术实现步骤摘要】
为细胞同时提供拉伸应力和基质硬度的耦合装置及其制备方法


[0001]本专利技术属于生物力学领域，涉及一种为细胞同时提供拉伸应力和基质硬度的耦合装置及其制备方法。

技术介绍

[0002]体内的细胞处于动态变化的微环境中，不断受到调节细胞功能的多种微环境刺激包括生化信号、机械应力场、细胞外基质以及细胞相互作用。细胞的命运、功能和反应受到所有这些微环境线索对细胞的综合影响的高度调节。近十多年的研究已经发现细胞微环境中的机械刺激能够决定细胞的行为。细胞微环境的机械刺激包括多种不同的机械应力，如基质硬度、拉伸应力、压缩应力和剪切应力等。目前的细胞生物力学相关研究主要集中于单一机械应力对细胞行为的影响，其原因在于缺乏多种机械应力耦合的简便装置，然而，多种机械应力之间存在相互作用(同时调节细胞功能)，因此评估细胞对多种机械应力的协同效应的反应尤为重要。目前用于生物力学研究的flexcell
‑
5000等细胞应力加载装置只能提供单一的基质硬度及拉伸应力，且价格昂贵，操作繁琐，不适配于倒置显微镜进行实时观察。

技术实现思路

[0003]为解决上述问题，本专利技术将可拉伸的聚二甲基硅氧烷(PDMS)腔室与共聚物P(SBMA
‑
co
‑
AAm)水凝胶耦合，提出一种对细胞同时精确提供拉伸应力和基质硬度的通用结构，使其能给细胞提供精准的拉伸应力和基质硬度，从而能更好地探究两种应力对细胞行为的影响。本专利技术是一种操作简单并能精确为细胞同时提供两种机械应力的耦合装置，且该耦合装置可适配于倒置显微镜进行实时观察。
[0004]本专利技术的技术方案：
[0005]一种为细胞同时提供拉伸应力和基质硬度的耦合装置，包括PDMS腔室1
‑
1、结合层1
‑
2和水凝胶1
‑
3；所述的PDMS腔室1
‑
1是以PDMS材质为基底，在基底上形成的槽体；所述的水凝胶1
‑
3涂覆在槽体的底部表面，使水凝胶1
‑
3与PDMS材质通过物理作用形成结合层1
‑
2，所述的结合层1
‑
2具有互穿聚合物网络结构(IPN，Interpenetrating Polymer Network)。
[0006]所述的PDMS腔室1
‑
1的槽体底部表面经丙酮和二苯甲酮混合水溶液预处理；丙酮使PDMS网络膨胀，允许二苯甲酮(一种紫外反应分子)吸收到槽体底部表面，而二苯甲酮能够促进槽体底部表面上涂敷的水凝胶1
‑
3光接枝和聚合，最终使水凝胶1
‑
3与PDMS材质通过物理作用形成结合层1
‑
2；结合层1
‑
2可以确保在拉伸PDMS腔室1
‑
1时，拉伸应力经结合层1
‑
2传递到水凝胶1
‑
3上，使水凝胶1
‑
3与PDMS同步拉伸。
[0007]所述的PDMS腔室1
‑
1为矩形腔室，长度不低于1mm，宽度不低于1mm。
[0008]所述的水凝胶1
‑
3，其水凝胶预聚物为一种水凝胶单体或两种以上水凝胶单体以不同的比例混合，后将引发剂、助引发剂及交联剂混入水凝胶预聚物中，通过紫外光固化，
从而获得不同的基质硬度的水凝胶。
[0009]所述的水凝胶单体为丙烯酰胺(Am)、甲基丙烯乙基磺基甜菜碱(SBMA)、丙烯酸(MA)、甲基丙烯酸酐化明胶(GelMA)中的一种或两种以上混合；所述的引发剂为过硫酸铵(APS)、2
‑
羟基
‑4′‑
(2
‑
羟乙氧基)
‑2‑
甲基苯丙酮(2959)、苯基
‑
2,4,6
‑
三甲基苯甲酰基亚磷酸锂(LAP)中的一种或两种以上混合；所述的助引发剂为四甲基乙二胺(TEMED)、四甲基丙二胺(TMPDA)中的一种或两种混合；所述的交联剂为N,N'
‑
亚甲基双丙烯酰胺(BIS)、N,N'
‑
双(丙烯酰)胱胺(BAC)中的一种或两种混合。
[0010]调控水凝胶1
‑
3细胞黏附能力的方法有两种：将含精氨酸
‑
甘氨酸
‑
天冬氨酸(RGD)核心肽序列的物质混入水凝胶预聚物中通过与水凝胶单体共聚用以调控细胞黏附能力；将调控细胞黏附能力的物质直接修饰水凝胶表面用以调控细胞黏附能力。
[0011]所述的含精氨酸
‑
甘氨酸
‑
天冬氨酸(RGD)核心肽序列的物质为丙烯酰化RGD肽、RGD环肽中的一种或两种混合；所述的调控细胞黏附能力的物质为纤连蛋白、玻连蛋白、I型胶原蛋白中一种或两种以上的混合。
[0012]上述的为细胞同时提供拉伸应力和基质硬度的耦合装置的制备方法如下：
[0013]以玻璃模具为模板得到PDMS腔室1
‑
1，并将PDMS腔室1
‑
1浸渍在二苯甲酮和丙酮混合水溶液中进行预处理；预处理完成后，将水凝胶1
‑
3倒在PDMS腔室1
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1底部表面，并用疏水化处理后的玻璃片1
‑
4盖住水凝胶1
‑
3；通过紫外光固水凝胶1
‑
3；光固化完成后，得到固化好的水凝胶1
‑
3，揭下玻璃片1
‑
4，得到耦合装置。
[0014]所述的玻璃片1
‑
4用于确保经紫外光固化后的水凝胶厚度一致，所述的玻璃片1
‑
4经疏水化处理以防止水凝胶1
‑
3与玻璃片1
‑
4粘连。
[0015]所述的玻璃片1
‑
4，其尺寸与PDMS腔室1
‑
1的槽体一致。
[0016]使用时，将细胞种在耦合装置的水凝胶1
‑
3表面上，并给予充足的培养基供细胞生长。通过水凝胶1
‑
3的不同配方比例来调控基质硬度，同时通过拉伸仪器以不同幅度的应力拉伸PDMS腔室；两种应力同时作用一段时间后，通过倒置显微镜直接观察腔室内的细胞。
[0017]本专利技术的有益效果：
[0018]本专利技术通过自主设计两种应力的耦合装置，涉及到一种特殊通用结构及其制备方法，能够同时精确给细胞提供两种应力，用于相应的科学实验研究。PDMS具有良好的生物相容性，P(SBMA
‑
co
‑
AAm)水凝胶中含有的Am可以轻松有效地提高易碎聚合物的拉伸性和柔韧性。而SBMA的引入赋予了水凝胶优异的粘合性，离子导电性和抗污功能。该耦合装置制作简单易操作，而且可以多次重复使用。
附图说明
[0019]图1(a)～图1(c)为本专利技术的耦本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种为细胞同时提供拉伸应力和基质硬度的耦合装置，其特征在于，所述的耦合装置包括PDMS腔室(1
‑
1)、结合层(1
‑
2)和水凝胶(1
‑
3)；所述的PDMS腔室(1
‑
1)是以PDMS材质为基底，在基底上形成的槽体；所述的水凝胶(1
‑
3)涂覆在槽体的底部表面，使水凝胶(1
‑
3)与PDMS材质通过物理作用形成结合层(1
‑
2)，所述的结合层(1
‑
2)具有互穿聚合物网络结构；所述的PDMS腔室(1
‑
1)的槽体底部表面经丙酮和二苯甲酮混合水溶液预处理；所述的水凝胶(1
‑
3)，其水凝胶预聚物为一种水凝胶单体或两种以上水凝胶单体以不同的比例混合，后将引发剂、助引发剂及交联剂混入形成水凝胶预聚物，通过紫外光固化，从而获得不同的基质硬度的水凝胶。2.根据权利要求1所述的一种为细胞同时提供拉伸应力和基质硬度的耦合装置，其特征在于，所述的水凝胶单体为丙烯酰胺、甲基丙烯乙基磺基甜菜碱、丙烯酸或甲基丙烯酸酐化明胶；所述的引发剂为过硫酸铵、2
‑
羟基
‑4′‑
(2
‑
羟乙氧基)
‑2‑
甲基苯丙酮、苯基
‑
2,4,6
‑
三甲基苯甲酰基亚磷酸锂中的一种或两种以上混合；所述的助引发剂为四甲基乙二胺、四甲基丙二胺中的一种或两种混合；所述的交联剂为N,N'
‑
亚甲基双丙烯酰胺、N,N'
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双(丙烯酰)胱胺中的一种或两种混合。3.根据权利要求1或2所述的一种为细胞同时提供拉伸应力和基质硬度的耦合装置，其特征在于，调控水凝胶(1
‑
3)细胞黏附能力的方法有两种：将含精氨酸
‑
甘氨酸
‑
天冬氨酸...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘波，郭超，张航与，邵帅，张郑瑶，李娜，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：