[发明专利]一种基于微流控技术的凹槽微丝的简易可控制备方法

说明书

本发明公开了一种基于微流控技术的凹槽微丝的简易可控制备方法。该方法包括微流控芯片的加工、水凝胶材料的选择、水凝胶微丝的合成及表征等。本发明利用多平行通道微流控芯片，间隔地通入高浓度和低浓度的水凝胶预聚体溶液，在形成液体层流后，快速将流体脱水固化得到水凝胶微丝。由于微丝中不同部分原始流体中溶质的量不同，在脱水固化过程中形变程度不同，因而在微丝表面会具有高低不平的凹槽结构，通过改变不同入口水凝胶预聚体的浓度和流速等，可以调节凹槽的深度和宽度等。此外，通过制备具有不同通道数量的芯片，可以对微丝表面的凹槽数量进行调控。该方法制备的微丝在体外神经细胞、肌肉细胞等的定向诱导培养中具有很大的应用价值。

技术领域

本发明属于微流控技术领域，具体涉及一种基于微流控技术的凹槽微丝的简易可控制备方法。

背景技术

再生医学和人工器官的基本目标之一就是控制细胞在组织内的空间排布。为此，就需要对细胞行为进行调控，例如细胞的粘附、迁移、增殖和分化等。在细胞培养的过程中，有序构建的细胞外基质(ECM)就是一种重要的调控手段，它对于成功构建多功能组织或器官至关重要。目前，用于有序构建组织或器官的支架材料种类及其形貌已有多种形式，例如聚酯类的静电纺丝基底、PLLA多孔支架和凹槽状水凝胶材料等。其中，尺寸在微米级的凹槽表面，对于神经细胞、肌肉细胞等纤维状细胞的生长和定向诱导具有很好的效果。如果带有凹槽的表面位于同样是微米级的水凝胶微丝表面，则不仅可以实现细胞的定向诱导，还可以直接作为支架材料完成构建体外组织后的体内移植。目前，凹槽表面微丝已经在神经轴突引导、神经细胞培养、成骨细胞取向生长等方面得到了应用。

然而传统制备凹槽状微丝的方法需要用到静电纺丝或者高分子溶液溶剂快速挥发的制备方法，这些方法所能使用的高分子材料不具备水凝胶的生物相容性、保水性和营养物质良好透过的性质，具有其局限性。利用微流控湿法纺丝的方式则可以成功制备水凝胶微丝。但是，如果需要微丝表面具有一定的凹槽结构，则所使用的微流控芯片通道内部也需要具有相反的凹槽结构，这样的芯片制备方式复杂，并且对于凹槽的高度、深度等的调整困难，可能需要重新制备相应尺寸的微流控芯片，过程复杂。本发明以更加简单便捷的方式来制备凹槽状微丝，用于细胞定向诱导培养。

发明内容

本发明的目的在于提供一种简易的基于微流控技术的凹槽丝合成新方法。通过对流速和浓度等参数的简单调节，可以控制凹槽的深度和宽度等参数，经过表面修饰的凹槽丝可以用于纤维状细胞的定向诱导培养或移植。

本发明一种基于微流控技术的凹槽微丝的简易可控制备方法，包括下列步骤：

(1)多平行通道微流控芯片的加工：利用常规软光刻的方法，制得具有多个平行通道的具有高低落差的PDMS芯片，该芯片主要由鞘流入口，水凝胶预聚体入口，微丝出口，水凝胶预聚体通道，鞘流通道和主通道组成；鞘流入口通过鞘流通道与主通道相连接，水凝胶预聚体入口通过水凝胶预聚体通道与主通道相连接；其中水凝胶预聚体入口和水凝胶预聚体通道高度低于其余部分，水凝胶预聚体入口用于通入不同浓度的水凝胶预聚体溶液，高低浓度相间通入，鞘流入口用于通入含有交联剂的鞘流；微丝出口接入与鞘流液体相同的液体收集池中，用以进一步交联水凝胶，形成稳定的微丝；

(2)水凝胶材料的选择：本方法需要可以进行快速交联的水凝胶材料，原位固化将流体的形状保留下来。因此选用了可以用二价离子快速鳌合交联的海藻酸钠和果胶作为制备材料。选用的海藻酸钠粘度范围55-1000cps、浓度范围0.5-6％；果胶粘度范围100-1000cps、浓度0.5-4％；