一种具有诱导细胞增殖分化能力的纳米形貌芯片的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种具有诱导细胞增殖分化能力的纳米形貌芯片，能够引导干细胞或骨细胞增殖方向及调节其分化，加快骨组织修复。包括铬片基底，铬片基底上设有若干硅片单元，硅片单元上排布有表面刻有纳米尺度形貌的微图形。本实用新型芯片表面的微纹路形貌科引导干细胞或骨细胞沿着微纹路的方向排列增殖，这种定向增殖增加了细胞的生长效率，从而促进成骨细胞向骨缺损方向集结，尽早形成通过骨折线的骨痂，最终加快骨缺损的修复过程。
【专利说明】一种具有诱导细胞增殖分化能力的纳米形貌芯片

【技术领域】
[0001]本实用新型属于医疗用品，特别涉及一种具有诱导细胞增殖分化能力的纳米形貌
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【背景技术】
[0002]骨创伤及其导致的骨缺损常困扰骨科临床工作，骨移植尽管可以解决一些复杂的病例，但其骨感染、取骨区骨缺损等并发症不可避免。自体骨移植科降低排斥反应发生率，但由于需要多次手术，且取骨部位取材有限等问题困扰着骨缺损的临床治疗。
[0003]长期以来，大量研究集中于种植体与骨组织的结合界面上，即通过物理、化学等方式对材料表面进行修饰以改变材料表面的生物活性。从仿生学角度而言，模仿细胞外基质生物物理特性并进行表面修饰，可产生物理刺激从而影响细胞的生物学行为。细胞周围环境中的多种物理信号可通过单纯的机械力作用转化为生物化学信号。细胞的生长取向会沿着沟槽形貌走向铺展运动，这种特性被命名为接触诱导(contact guidance)ο通过这一特性，无需化学修饰就可调控细胞的生物学行为与功能。
[0004]目前已有国外学者Hamilton等采用130nm宽、500nm深的沟槽材料，其表面培养鼠间充质干细胞，观察培养后，呈取向排列，原代软骨细胞在750nm宽、80_90nm深的沟槽表面不仅出现取向排列，并且细胞迁移速率显著增加。
实用新型内容
[0005]本实用新型的目的是提供一种具有诱导细胞增殖分化能力的纳米形貌芯片，能够引导干细胞或骨细胞增殖方向及调节其分化，加快骨组织修复。
[0006]为实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案:
[0007]—种具有诱导细胞增殖分化能力的纳米形貌芯片，包括铬片基底，在铬片基底上设有若干硅片单元，在硅片单元上排布有表面刻有纳米尺度形貌的微图形。
[0008]相邻的硅片单元之间通过墙隔开。
[0009]所述微图形由横截面为三角形、圆形和正方形三种形状的柱排列而成。
[0010]所述三角形为等腰三角形，角度分别为36°、72°和72°。
[0011]所述正方形边长为3 μ m。
[0012]微图形的深度为5 μ m。
[0013]相邻微图形之间的间距为I μ m。
[0014]所述铬片基底的整体大小为2cmX2cm。
[0015]硅片单元的大小为290 μ mX 290 μ m。
[0016]墙的高度为5-20 μ m。
[0017]本实用新型的有益效果是:
[0018]I)该表面处理方式不添加额外的化学组分，生物安全性好，不依赖生物活性组分，成本较低，加工过程为计算机控制的雕刻工艺，成型过程自动化程度高、产量大，加工所得的微阵列仍未胚体金属材质，具备可高温消毒、坚固的特点。
[0019]2)芯片表面形貌可具有接触诱导作用，通过对表面阵列的各参数进行体外筛选，正式只有特定设计的微阵列表面可取得对干细胞的理想刺激效果，因而我们将优化筛选后的微图形加工植入材料表面，可提供牢固结合结缔组织与刺激干细胞定向生长的效果。
[0020]3)随着植入性骨缺损修复手术的成功率不断提高，在手术中获得良好的结合后，长期植入过程中对周围组织的稳定支持以及对骨细胞迁徙方向的引导作用，是影响骨修复远期成功率的关键因素。本发明芯片表面的微纹路形貌科引导干细胞或骨细胞沿着微纹路的方向排列增殖，这种定向增殖增加了细胞的生长效率，从而促进成骨细胞向骨缺损方向集结，尽早形成通过骨折线的骨痂，最终加快骨缺损的修复过程。

【专利附图】

【附图说明】
[0021]图1是本发明的结构示意图；
[0022]图2是本发明的扫描电镜图；
[0023]图3是本发明的局部的扫描电镜图；
[0024]图4是硅片单元的排列示意图。

【具体实施方式】
[0025]下面结合附图对本实用新型做进一步说明。
[0026]如图1-4所示，一种具有诱导细胞增殖分化能力的纳米形貌芯片，包括铬片基底1，大小为2cmX2cm，铬片基底I上设有若干硅片单元2，大小为290 μ mX 290 μ m，硅片单元2上排布有表面刻有纳米尺度形貌的微图形4，相邻的硅片单元2之间通过高度为5-20 μ m的墙3隔开。
[0027]微图形4由横截面为三角形、圆形和正方形三种形状排列而成，三角形为等腰三角形，角度分别为36°、72°和72°，正方形边长为3 μ m。微图形4的深度为5 μ m，相邻微图形4之间的间距为I μ m。
[0028]制作这种微纹路形貌的方法有很多种，这些制备方法可以分成两类:一类方式是在原表面蚀刻出微凹槽；另一类方式是在原表面上构建微凸脊。第一类方法通过蚀刻的方法，可以包括通过激光蚀刻的方法或者化学蚀刻的方法。第二类方法也有很多种，可以通过电镀或者通过磁控溅射镀膜或者通过化学沉积。本发明优先通过激光蚀刻的方法实现微纹路的制备，具体来说包括以下步骤:
[0029]步骤I准备植入物本体原件；
[0030]步骤2激光在计算机的控制下在植入物本体的表面蚀刻出微纹路形貌；
[0031]步骤3通过打磨或化学方法清除植入物表面的毛刺。
[0032]由于这种微纹路的制备方法很多，具体如何制备带有表面微纹路的芯片并不对本发明的产品结构产生影响，不影响本发明。
[0033]实施例1增殖试验
[0034]以市售的人类胚胎干细胞HN4 (SCSP-303)为研究对象，并以普通的不具有纳米形貌的芯片为对照，进行干细胞诱导增殖试验研究，具体方法如下:
[0035]I)将制备好的具有纳米形貌芯片与对照芯片一起放入灭菌锅高温灭菌；
[0036]2)提前24h准备MEF细胞:事先包被Matrigel，按8X 105/T25的量铺MEF细胞，使用10%DMEM。待接种上hES细胞后更换为hES完全培养液；
[0037]3)调整HN4细胞浓度后，按常规方法和条件同时接入具有纳米形貌芯片与对照芯片，温度:37°C，气相:空气95%、二氧化碳5%，换液频率:每天，进行诱导增殖培养。
[0038]培养20天后观察结果，发现具有纳米形貌芯片表面的干细胞沿着微纹路的方向排列增殖，增加了细胞的生长效率，与对照样相比，约增加20%生长速率，切对照芯片增殖生长方向杂乱无章，无规律。
[0039]采用同样方法，对骨细胞进行诱导增殖对比试验发现，具有纳米形貌芯片表面的骨细胞沿着微纹路的方向排列增殖，增加了细胞的生长效率，与对照样相比，约增加15%生长速率，切对照芯片增殖生长方向杂乱无章，无规律。
【权利要求】
1.一种具有诱导细胞增殖分化能力的纳米形貌芯片，其特征在于:包括铬片基底(1)，在铬片基底(I)上设有若干硅片单元(2)，在硅片单元(2)上排布有表面刻有纳米尺度形貌的微图形(4)。
2.如权利要求1所述的具有诱导细胞增殖分化能力的纳米形貌芯片，其特征在于:相邻的硅片单元(2 )之间通过墙(3 )隔开。
3.如权利要求1所述的具有诱导细胞增殖分化能力的纳米形貌芯片，其特征在于:所述微图形(4)由横截面为三角形、圆形和正方形三种形状的柱排列而成。
4.如权利要求3所述的具有诱导细胞增殖分化能力的纳米形貌芯片，其特征在于:所述三角形为等腰三角形，角度分别为36°、72°和72°。
5.如权利要求3或4所述的具有诱导细胞增殖分化能力的纳米形貌芯片，其特征在于:微图形(4)的深度为5 μ m。
6.如权利要求5所述的具有诱导细胞增殖分化能力的纳米形貌芯片，其特征在于:相邻微图形(4)之间的间距为I μ m。
7.如权利要求1所述的具有诱导细胞增殖分化能力的纳米形貌芯片，其特征在于:所述铬片基底(I)的长宽尺寸为2cmX2cm。
8.如权利要求1所述的具有诱导细胞增殖分化能力的纳米形貌芯片，其特征在于:硅片单元(2)的长宽尺寸为290μπιΧ290μπι。
9.如权利要求2所述的具有诱导细胞增殖分化能力的纳米形貌芯片，其特征在于:所述墙(3)的高度为5-20 μ m。
10.如权利要求2所述的具有诱导细胞增殖分化能力的纳米形貌芯片，其特征在于:所述正方形边长为3 μ m。
【文档编号】A61L27/04GK204121469SQ201420474426
【公开日】2015年1月28日 申请日期:2014年8月22日 优先权日:2014年3月11日
【发明者】郑欣, 陈一心, 袁翰, 邱旭升, 施鸿飞 申请人:郑欣