[發(fā)明專利]基于微流控芯片制備微米級海藻酸鈣絲的方法及專用芯片

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210439706.9
• 申請日: 2012-11-06
• 公開（公告）號: CN102974410A
• 公開（公告）日: 2013-03-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 秦建華;于躍;姜雷
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所
• 主分類號: B01L3/00
• 分類號: B01L3/00;B01J19/00;C08B37/04
• 代理公司: 沈陽晨創(chuàng)科技專利代理有限責(zé)任公司 21001
• 代理人: 張晨

技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明屬于新型材料技術(shù)與微流控技術(shù)的交叉領(lǐng)域，具體涉及一種基于微流控芯片制備微米級海藻酸鈣絲的方法及專用芯片。

背景技術(shù)：

本發(fā)明以微流控技術(shù)為依托。微流控芯片（microfluidic?chip）又稱芯片實(shí)驗(yàn)室（lab?on?a?chip），指的是把常規(guī)實(shí)驗(yàn)室基本操作單元集成到一塊幾平方厘米（甚至更小）的芯片上，由微通道形成網(wǎng)絡(luò)，以可控流體貫穿整個(gè)系統(tǒng)，用以取代常規(guī)實(shí)驗(yàn)室的各種功能的一種技術(shù)。

海藻酸鈉是由褐藻中提取的天然多糖碳水化合物。海藻酸鈉的分子鏈上含有大量的羥基和羧基，用氯化鈣溶液作為交聯(lián)劑，可形成交聯(lián)的海藻酸鈣聚合物，含水率高，具有好的良好的生物降解性和生物相容性。其溫和的溶膠凝膠過程使海藻酸鈣適于作為釋放或包埋藥物、蛋白及細(xì)胞的微膠囊。

目前國內(nèi)外均有利用海藻酸鈣凝膠作為細(xì)胞培養(yǎng)的基質(zhì)以研究細(xì)胞行為的報(bào)道，其中包括將細(xì)胞培養(yǎng)于海藻酸鈣微球、微絲或片層表面的二維培養(yǎng)的研究；將細(xì)胞包埋于海藻酸鈣內(nèi)部進(jìn)行細(xì)胞三維培養(yǎng)的研究；將海藻酸鈣進(jìn)行化學(xué)改性或摻雜其他材料進(jìn)行細(xì)胞二維及三維培養(yǎng)的研究。細(xì)胞均表現(xiàn)出了與常規(guī)平面培養(yǎng)所不同的生理生化特性。海藻酸鈣凝膠可以成為良好的組織工程材料，作為支架，其可在體外構(gòu)建出類似于活體內(nèi)的細(xì)胞生存環(huán)境，為細(xì)胞行為研究，體外組織構(gòu)建提供了一個(gè)很好的基質(zhì)。

但到目前為止，利用海藻酸鈉溶液來制備形貌及組成更加多樣，功能更加強(qiáng)大的海藻酸鈣凝膠仍然是一件非常具有挑戰(zhàn)性工作。利用微流控芯片技術(shù)的優(yōu)勢，可在海藻酸鈣水凝膠材料中可控的集成更多的功能單元，可制備具有更加復(fù)雜形態(tài)結(jié)構(gòu)及更多功能單元的海藻酸鈣材料。利用微流控芯片技術(shù)制備的海藻酸鈣水凝膠材料形貌更加可控，成品性質(zhì)更加均一，能夠?qū)崿F(xiàn)更加多樣化的需求。相對于傳統(tǒng)方法，具有不可比擬的優(yōu)勢。

發(fā)明內(nèi)容：

本發(fā)明的目的是提供一種基于微流控芯片制備微米級海藻酸鈣絲的方法及專用芯片，本發(fā)明制備過程穩(wěn)定，產(chǎn)物形貌均一，方法簡單。

本發(fā)明提供了一種微流控芯片，該微流控芯片由上、下層芯片組成，兩層均為PDMS，上層芯片含液體流路及氣泵閥控制單元，下層芯片為空白PDMS；兩層PDMS通過氧等離子表面處理后封合，封合后通入海藻酸鈉溶液以維持通道內(nèi)表面親水性。芯片由兩個(gè)系統(tǒng)組成，分別為液體流路系統(tǒng)和氣泵閥控制系統(tǒng)。液體流路系統(tǒng)內(nèi)包含多個(gè)液滴產(chǎn)生單元和一個(gè)液滴間距控制單元，氣泵閥控制系統(tǒng)內(nèi)包含多個(gè)氣泵閥控制單元。芯片具有多個(gè)海藻酸鈉連續(xù)相溶液的入口、多個(gè)油相分散相溶液的入口、一個(gè)總出口、一個(gè)T型通道結(jié)構(gòu)、一個(gè)十字形夾流通道結(jié)構(gòu)；每個(gè)油相分散相溶液的通道兩側(cè)皆有一個(gè)獨(dú)立的氣泵閥控制單元；所用油相分散相為不溶于水的液體或乳液，液體內(nèi)可溶解各種溶質(zhì)。油相分散相溶液的入口，油相分散相溶液的通道，及其兩側(cè)的氣泵閥控制單元可以適當(dāng)增減，以增加或減少油相分散相的種類。

本發(fā)明提供的微流控芯片，所述封合后的芯片，用鋒利的刀片切割芯片總出口通道處，切割面與出口通道相垂直，以產(chǎn)生光滑平整的出口PDMS截面。有利于海藻酸鈣微絲穩(wěn)定均勻的形成。

本發(fā)明還提供了基于所述微流控芯片制備微米級海藻酸鈣絲的方法，將芯片平放，芯片出口浸沒在氯化鈣溶液中，利用四氟管將注射器聯(lián)通到微流控芯片入口，利用注射泵推動注射器，利用氣泵閥單元控制油相分散相液滴的形成，含有油相分散相液滴的海藻酸鈉溶液最終從芯片總出口處流出，在氯化鈣溶液中固化成海藻酸鈣絲。

本發(fā)明提供的制備微米級海藻酸鈣絲的方法，油相分散相液滴產(chǎn)生單元為T型通道，分散相通道兩側(cè)具有氣泵閥控制單元，通過單片機(jī)程序控制氣泵閥的開啟和關(guān)閉來實(shí)現(xiàn)對油相分散相通道的周期性擠壓，進(jìn)而控制油相分散相液滴的形成大小及頻率，通過對多個(gè)分散相通道兩側(cè)的氣泵閥控制單元進(jìn)行編程控制，可對分散相液滴進(jìn)行高度可控的排列。

本發(fā)明提供的制備微米級海藻酸鈣絲的方法，芯片在液滴產(chǎn)生單元下游具有控制油相分散相液滴間距的十字形夾流液滴間距控制單元，可控制油相分散相液滴間距，實(shí)現(xiàn)液滴間距高度可控。

本發(fā)明提供的制備微米級海藻酸鈣絲的方法，此芯片可形成包裹不同成分小球的海藻酸鈣微絲，當(dāng)小球?yàn)楣饩酆细呔畚锘驘峋酆细呔畚飼r(shí)，可將形成的包裹有小球的海藻酸鈣絲紫外光照或加熱，使高聚物小球聚合成固態(tài)。如此將不同特性的材料整合在一起。海藻酸鈣絲在10x?PBS緩沖液中或EDTA溶液中可溶解，因此可釋放內(nèi)部包裹的小球。