生物反应器

This work reports on diverse technologies implemented for fabricating microfluidic devices such as biomedical micro sensors, micro pumps, bioreactors and micro separators. UV depth lithography and soft lithography were applied in the fabrication processes using different materials, for example SU-8, polydimethylsiloxane (PDMS), silicon, glass and ceramics. Descriptions of the fabrication process of completed devices and their performance are provided. Experimental tests and results are presented where available.

本文报道了一种新型生物相容性微机械生物反应器(执行器和传感器)，用于活体微组织的原位操作和表征。本研究的目的是开发和验证一种可获得、价格低廉、可调节、易于加工的应用靶向无菌生物反应器。我们的方法依靠简单的聚二甲基硅氧烷( PDMS )成型技术进行制造，与常用的实验室设备和材料兼容。我们独特的设计包括一个柔性的薄膜，它允许将一个外部驱动器转移到PDMS梁基驱动器和传感器中，置于常规的35 mm细胞培养培养皿内。通过计算分析和实验测试，我们证明了它的功能性、准确性、灵敏度和可调节的工作范围。通过时间历程测试，致动剂将20 %以上的菌株传递给可生物降解的电纺聚( D，L-丙交酯-co-乙交酯) ( PLGA ) 85∶15不定向纳米纤维( ~ 91µ m厚)。同时，该传感器能够表征在异丙醇( IPA )作用下杨氏模量(降至10 - 150kPa )的时间历程变化。此外，该驱动器将高达4 %的应变传递给PDMS单层膜( ~ 30 µ m厚)，同时表征其弹性模量高达~ 2.2 MPa。该平台重复施加0.23 Hz的动态拉伸刺激，使人皮肤成纤维细胞( HDF )存活12 h ( h )，记录细胞向两个角度区的再定向，平均为-58.85°和56.02°。该装置与活细胞的生物相容性显示一周，无细胞毒性迹象。

一系列生物反应器使用线性驱动器在体外施加拉伸力，但其培养环境的差异会限制研究之间的直接比较。3D打印的广泛普及现在提供了一个机会，可以开发一个\"通用\"的生物反应器室，以最小的外部编辑可以耦合到广泛使用的线性执行器平台，例如EBERS-TC3和CellScale MCT6，从而使结果与潜在治疗药物的一致测试之间具有更大的可比性。我们设计了一个生物反应器室，有6个独立的井，用Ultimaker 2将其3D打印在聚乳酸中，并用市售的涂料( XTC- 3D )———牛烷树脂防水。将细胞培养孔进一步涂复Sylgard- 184聚二甲基硅氧烷( PDMS )，产生低附着力的井表面。采用适当的涂布和洗涤步骤，乳酸脱氢酶试验表明所有材料均无细胞毒性，生物反应器防水、可灭菌、可重复使用。利用人间充质干细胞在纤维蛋白水凝胶中制备组织工程肌腱，在生物反应器中对5 %的循环应变( 0.5   Hz，5   h / day，21   d )进行响应，增加胶原- I α 1的产生，减少胶原- III α 1的产生。在未拉伸的肌腱对照中观察到细胞外基质钙化，表明分化异常，而在循环应变下培养的肌腱没有钙化，表现出腱源性表型。通过从公共数据库下载可编辑的CAD文件，并遵循我们描述的制造步骤，使研究人员能够快速、廉价地复制这种培养环境，供许多现有的生物反应器执行器平台使用。

一系列生物反应器在体外使用线性作动器施加拉力，但其培养环境的差异会限制研究间的直接比较。3D打印技术的广泛应用为开发一个\"通用\"生物反应器提供了一个机会，即在外部编辑最少的情况下，可以与广泛使用的线性执行机构平台耦合起来，例如EBERS-TC3和CellScale MCT6，从而使结果与潜在治疗药物的一致性测试更具可比性。我们设计了一个生物反应器腔，有六个独立的井，用Ultimaker 2在聚乳酸中3D打印，用市售的涂料( XTC- 3D )，一种牛油树脂防水。将细胞培养孔进一步涂复Sylgard- 184聚二甲基硅氧烷( PDMS )，产生低附着力的井表面。通过适当的涂布和洗涤步骤，乳酸脱氢酶试验显示所有材料无细胞毒性，生物反应器防水、无菌、可重复使用。人间充质干细胞在纤维蛋白水凝胶中产生组织工程肌腱，并在生物反应器中对5 %的循环应变( 0.5  Hz，5  h / d，21  d )进行响应，使胶原Ⅰα1的产量增加，胶原Ⅲα1的产量减少。未拉伸的肌腱对照观察到细胞外基质钙化，表明分化异常，而循环应变培养的肌腱没有钙化，表现出腱源性表型。这种生物反应器室的易制造性，使研究人员可以通过从公共数据库下载可编辑的CAD文件，并遵循我们描述的制造步骤，快速、廉价地再现这种培养环境，供许多现有生物反应器执行器平台使用。

本文报道了一种新型生物相容性微机械生物反应器(执行器和传感器)，用于活体微组织的原位操作和表征。本研究的目的是开发和验证一种可获取、价格低廉、可调节、易于加工的应用靶向无菌生物反应器。我们的方法依靠简单的聚二甲基硅氧烷( PDMS )成型技术进行制造，与常用的实验室设备和材料兼容。我们独特的设计包括一个柔性的薄膜，它允许将一个外部驱动器转移到PDMS梁基驱动器和传感器中，置于常规的35 mm细胞培养培养皿内。通过计算分析和实验测试，我们证明了它的功能性、准确性、灵敏度和可调节的工作范围。通过时间历程测试，致动剂将20 %以上的菌株传递给可生物降解的电纺聚( D，L-丙交酯-co-乙交酯) ( PLGA ) 85∶15不定向纳米纤维( ~ 91µ m厚)。同时，该传感器能够表征施加异丙醇( IPA )诱导的杨氏模量(下降到10 ~ 150 k Pa )的时间历程变化，并且执行器将高达4 %的应变传递到PDMS单层(厚~ 30 µ m )，同时表征其弹性模量高达~ 2.2 MPa。该平台将动态( 0.23 Hz )拉伸刺激反复作用于活人皮肤成纤维细胞( HDF )细胞12 h ( h )，记录细胞向两个角度区的重新取向，平均为-58.85°和56.02°，并显示该装置与活细胞的生物相容性为一周，未见细胞毒性迹象。