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

【技術領域】
[0001]本實用新型屬于醫療用品，特別涉及一種具有誘導細胞增殖分化能力的納米形貌
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【背景技術】
[0002]骨創傷及其導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雜的病例，但其骨感染、取骨區骨缺損等并發癥不可避免。自體骨移植科降低排斥反應發生率，但由于需要多次手術，且取骨部位取材有限等問題困擾著骨缺損的臨床治療。
[0003]長期以來，大量研究集中于種植體與骨組織的結合界面上，即通過物理、化學等方式對材料表面進行修飾以改變材料表面的生物活性。從仿生學角度而言，模仿細胞外基質生物物理特性并進行表面修飾，可產生物理刺激從而影響細胞的生物學行為。細胞周圍環境中的多種物理信號可通過單純的機械力作用轉化為生物化學信號。細胞的生長取向會沿著溝槽形貌走向鋪展運動，這種特性被命名為接觸誘導(contact guidance)ο通過這一特性，無需化學修飾就可調控細胞的生物學行為與功能。
[0004]目前已有國外學者Hamilton等采用130nm寬、500nm深的溝槽材料，其表面培養鼠間充質干細胞，觀察培養后，呈取向排列，原代軟骨細胞在750nm寬、80_90nm深的溝槽表面不僅出現取向排列，并且細胞遷移速率顯著增加。
實用新型內容
[0005]本實用新型的目的是提供一種具有誘導細胞增殖分化能力的納米形貌芯片，能夠引導干細胞或骨細胞增殖方向及調節其分化，加快骨組織修復。
[0006]為實現上述目的，本實用新型采用以下技術方案:
[0007]—種具有誘導細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墻隔開。
[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組分，生物安全性好，不依賴生物活性組分，成本較低，加工過程為計算機控制的雕刻工藝，成型過程自動化程度高、產量大，加工所得的微陣列仍未胚體金屬材質，具備可高溫消毒、堅固的特點。
[0019]2)芯片表面形貌可具有接觸誘導作用，通過對表面陣列的各參數進行體外篩選，正式只有特定設計的微陣列表面可取得對干細胞的理想刺激效果，因而我們將優化篩選后的微圖形加工植入材料表面，可提供牢固結合結締組織與刺激干細胞定向生長的效果。
[0020]3)隨著植入性骨缺損修復手術的成功率不斷提高，在手術中獲得良好的結合后，長期植入過程中對周圍組織的穩定支持以及對骨細胞遷徙方向的引導作用，是影響骨修復遠期成功率的關鍵因素。本發明芯片表面的微紋路形貌科引導干細胞或骨細胞沿著微紋路的方向排列增殖，這種定向增殖增加了細胞的生長效率，從而促進成骨細胞向骨缺損方向集結，盡早形成通過骨折線的骨痂，最終加快骨缺損的修復過程。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]圖1是本發明的結構示意圖；
[0022]圖2是本發明的掃描電鏡圖；
[0023]圖3是本發明的局部的掃描電鏡圖；
[0024]圖4是硅片單元的排列示意圖。

【具體實施方式】
[0025]下面結合附圖對本實用新型做進一步說明。
[0026]如圖1-4所示，一種具有誘導細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之間通過高度為5-20 μ m的墻3隔開。
[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建微凸脊。第一類方法通過蝕刻的方法，可以包括通過激光蝕刻的方法或者化學蝕刻的方法。第二類方法也有很多種，可以通過電鍍或者通過磁控濺射鍍膜或者通過化學沉積。本發明優先通過激光蝕刻的方法實現微紋路的制備，具體來說包括以下步驟:
[0029]步驟I準備植入物本體原件；
[0030]步驟2激光在計算機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通過打磨或化學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本發明的產品結構產生影響，不影響本發明。
[0033]實施例1增殖試驗
[0034]以市售的人類胚胎干細胞HN4 (SCSP-303)為研究對象，并以普通的不具有納米形貌的芯片為對照，進行干細胞誘導增殖試驗研究，具體方法如下:
[0035]I)將制備好的具有納米形貌芯片與對照芯片一起放入滅菌鍋高溫滅菌；
[0036]2)提前24h準備MEF細胞:事先包被Matrigel，按8X 105/T25的量鋪MEF細胞，使用10%DMEM。待接種上hES細胞后更換為hES完全培養液；
[0037]3)調整HN4細胞濃度后，按常規方法和條件同時接入具有納米形貌芯片與對照芯片，溫度:37°C，氣相:空氣95%、二氧化碳5%，換液頻率:每天，進行誘導增殖培養。
[0038]培養20天后觀察結果，發現具有納米形貌芯片表面的干細胞沿著微紋路的方向排列增殖，增加了細胞的生長效率，與對照樣相比，約增加20%生長速率，切對照芯片增殖生長方向雜亂無章，無規律。
[0039]采用同樣方法，對骨細胞進行誘導增殖對比試驗發現，具有納米形貌芯片表面的骨細胞沿著微紋路的方向排列增殖，增加了細胞的生長效率，與對照樣相比，約增加15%生長速率，切對照芯片增殖生長方向雜亂無章，無規律。
【權利要求】
1.一種具有誘導細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.如權利要求1所述的具有誘導細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 )之間通過墻(3 )隔開。
3.如權利要求1所述的具有誘導細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.如權利要求3所述的具有誘導細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.如權利要求3或4所述的具有誘導細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.如權利要求5所述的具有誘導細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.如權利要求1所述的具有誘導細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)的長寬尺寸為2cmX2cm。
8.如權利要求1所述的具有誘導細胞增殖分化能力的納米形貌芯片，其特征在于:硅片單元(2)的長寬尺寸為290μπιΧ290μπι。
9.如權利要求2所述的具有誘導細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.如權利要求2所述的具有誘導細胞增殖分化能力的納米形貌芯片，其特征在于:所述正方形邊長為3 μ m。
【文檔編號】A61L27/04GK204121469SQ201420474426
【公開日】2015年1月28日 申請日期:2014年8月22日 優先權日:2014年3月11日
【發明者】鄭欣, 陳一心, 袁翰, 邱旭升, 施鴻飛 申請人:鄭欣