[发明专利]一种基于微流控技术产生具有浓度梯度纳米电纺丝的方法

说明书

技术领域

本发明属于微流控芯片技术、纳米电纺丝技术、高分子材料科学、及其细胞学应用等领域，具体涉及一种基于微流控技术产生具有浓度梯度纳米电纺丝的方法。

背景技术

纳米电纺丝技术为组织工程及再生医学的发展提供了一个极具潜力的研究平台。现在纳米电纺丝已经在生物、医学领域得到了较为广泛的应用，其应用领域主要包括以下几个方面：1、电纺丝作为细胞的三维培养的基质，来对细胞三维环境中的行为进行研究；2、电纺丝作为药物或基因载体，进行细胞药物筛选或外源基于转染研究；3、电纺丝作为一种体内支架，促进受损组织的修复；4、利用电纺丝在体外重建组织器官。

近年来对于电纺丝中功能化因子浓度梯度的生成越来越受到人们的关注。因为带有浓度梯度的电纺丝与单一条件的纺丝相比更有利于模拟体内的微环境。最早浓度梯度纺丝的生成是在纺丝前准备好混有不同浓度生物分子的聚合物溶液，而后再分别对其进行纺丝。近两年，一些课题组发明了一种名为“渐进润湿法”的方法来得到具有连续浓度梯度的电纺丝。该方法是将纺好的电纺丝一端浸入到功能化分子的溶液中，另一端悬空；这样，在毛细管力的作用下，溶液会渐渐的向纺丝的悬空端扩散，从而得到了具有该功能分子浓度梯度的电纺丝。（1、Li XR, Xie JW，Xia YN, etal, NANO LETTERS，卷: 9，期: 7，2763-2768，2009；2、 Shi J，Wang L，Chong Y, et al，APLLIED MATERIALS INTERFACE，卷: 2， 期: 4，1025-1030，2010）。

上述方法现虽然已经可以生成连续的浓度梯度电纺丝，但仍然具有一些明显的缺陷限制其应用及发展：1、渐进润湿法中的浸润过程中，溶剂可能会改变电纺丝原有的物理、化学性质，并且这种方法并不适用于所有纺丝。2、渐进润湿法中，虽然形成了功能化分子的浓度梯度，但功能化分子仅仅是吸附在电纺丝的表面，而不是真正的混合在纺丝内部，这将导致对功能分子定量困难、封载率低、释放过快等问题。3、渐进润湿法在应用中也存在自身的局限性，它只能用于可溶解的分子，而对于一些较大的颗粒或聚合物梯度的形成则无法实现。

综上所述，本发明提供了一种用途广泛、操作灵活、可控性强并且可以一步实现的生成带有电纺丝梯度的方法，具有十分重要意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于微流控技术产生具有浓度梯度纳米电纺丝的方法，该方法解决了以往纺丝梯度生成过程中存在的二次浸润污染、材料受限、可控性差等问题。

本发明提供了一种基于微流控技术产生具有浓度梯度纳米电纺丝的方法，该方法的具体步骤如下：

——以SU8光刻胶为模板，以软光刻法制作带Y型通道的微流控芯片，此芯片带有两个溶液入口及一个出口，且该出口处切开，使其暴露在外部；

——将一个金属喷头插入微流控芯片的出口端，并用ab胶密封，芯片部分制作完成；

——将该芯片固定在一个三维移动平台的上方；

——将两个带有泵的注射器连接于上述芯片的进样口处，注射器内装有不同组份的聚合物溶液； 

——通过电脑程序控制泵的流速，使注射器内的聚合物溶液以不同比例进入微流控芯片，并且在芯片的通道内混合；

——在微流控芯片出口端的金属喷头上加高压进行电纺丝操作；

——通过移动上述的三维平台收集电纺丝。

本发明提供的基于微流控技术产生具有浓度梯度纳米电纺丝的方法，所述的微流控芯片材料为PDMS、PMMA、玻璃中的一种；所述金属喷头的材料为任何导电金属材料；注射泵为电脑程序控制，其可以在特定的时间自我完成流速的变化。

本发明提供的基于微流控技术产生具有浓度梯度纳米电纺丝的方法，所述微流控芯片通道的结构可以根据待纺聚合物的种类增加进样口数量；通过多条通道平行集成可以提高纺丝通量；所述的芯片具有Y型的进样混合通道，不同组份的聚合物溶液可以在泵的作用下在芯片的两个进样口进入，并且在通道内混合。由于微流控技术的灵活性，本方法可以根据待纺聚合物的数量、种类、特性等要求改变芯片通道的结构，例如引入更多进样口、设计多级混合通道等方法，从而实现复杂的电纺丝梯度。另外，基于微流控芯片的可集成性，可以通过多通道、多芯片平行集成来提高本方法的纺丝通量。

本发明提供的基于微流控技术产生具有浓度梯度纳米电纺丝的方法，不同纺丝聚合物的梯度生成是由注射泵的流速变化所控制，聚合物溶液的混合是在微流控芯片通道内完成的。