[发明专利]微流控芯片及其控制方法、液滴生成装置和微球制备装置

说明书

本发明涉及一种微流控芯片及其控制方法、液滴生成装置和微球制备装置，其中，微流控芯片包括基体(3)和设在基体(3)内的第一流道(1)和第二流道(2)，第一流道(1)和第二流道(2)相交形成交汇区域，被剪切相流体能从第一流道(1)流入，剪切相流体能从第二流道(2)流入，以便在交汇区域将被剪切相流体分离成离散的液滴，第一流道(1)和第二流道(2)的截面积范围为0.1mm2～1mm2。该微流控芯片可增加流量，使形成液滴的效率提高；还可降低流速，使细胞在流道内流动的过程中与流道壁之间由于摩擦造成的剪切力降低，使细胞的活性满足要求，从而在保证细胞活性的基础上增加产生液滴的效率，以满足3D生物打印的需求。

技术领域

本发明涉及微球制备技术领域，尤其涉及一种微流控芯片及其控制方法、液滴生成装置和微球制备装置。

背景技术

微球在许多应用中已经显示出其优势，包括用于复杂组织模拟的构建模块，用于开发三维器官模型的共培养系统以及组织再生。载有细胞的微凝胶经过液滴化再形成微球，再经过固化培养后用于3D生物打印机制备组织或三维器官，是3D生物打印机重要的原材料。

在制备微球时，首先需要形成分离的液滴，液滴制备技术有很多种，有乳化、混合、包埋、萃取、微反应等方式。但是由于通过宏观技术制备液滴的方式往往反应比较剧烈，对细胞有较大损伤，不适宜用于3D生物打印，因而一般采用微流控技术制备需求尺寸内的液滴。

目前载有细胞的微凝胶液滴一般利用微流控技术合成。微流控技术作为液体或气体控制比较常用的方法，是一种在数纳米尺度对流体或样品进行精确操作、处理与控制的技术，一般是在100μm以内尺度范围下对微流道内的样品流体进行操作与控制的技术。微流控技术被用来分离细胞液是基于100μm流道内，且用作生物分析用，对细胞活性没有提出限制和要求。

微流控芯片微液滴生成结构分为主动式和被动式，其中，主动式即通过电场力、热能量等外力使液流局部产生能量梯度来对微液滴进行操控，主要包括电润湿法、介电电泳法、气动法和热毛细管法等，该方法可以对单个微液滴的操控。但不可避免地主动式的电、磁、声、光、热等会对细胞产生不利影响。因此为了提高细胞的活性，在实际应用中优选被动法，即通过对微流道结构的设计使液流局部产生速度梯度来对微液滴进行操控，可避免主动式微流控技术中采用的电、磁、声、光、热等会对细胞产生不利影响。

现有技术中对微流控芯片的研究一般针对流道尺寸在100μm以内的芯片，例如20μm、40μm、60μm、80μm，并且对于如何保证包含细胞的溶液混合物的活性方面，如何提高产率或者对于高粘度原材料的剪切方法等，均没有具体的研究。

而3D生物打印的一个瓶颈在于原材料(例如由载有细胞的微凝胶形成的液滴)制作产率低下，通常需要多台生物原材料制备仪才能满足一台3D生物打印机工作，因此提高原材料产率是迫切需要的。由于生物打印原料能够用于3D生物打印生成微组织，甚至构建三维器官。但是一个重要的前提是需要生物原材料里细胞活性保持在60％以上，活性过低会导致打印出的组织或者三维器官无法存活。生物原材料里的细胞活性越高，通过3D生物打印出的器官存活率越高。因此，在保证细胞活性的同时提高生物原料制备产率是目前迫切需要解决的问题。

发明内容

本发明的实施例提供了一种微流控芯片及其控制方法、液滴生成装置和微球制备装置，能够在保证被剪切相流体中细胞所需活性的基础上提高形成液滴的效率。

为实现上述目的，本发明的实施例第一方面提供了一种微流控芯片，包括基体和设在所述基体内的第一流道和第二流道，所述第一流道和第二流道相交而形成交汇区域，被剪切相流体能够从所述第一流道流入，剪切相流体能够从所述第二流道流入，以便在所述交汇区域将所述被剪切相流体分离成离散的液滴，所述第一流道和第二流道的截面积范围为0.1mm2～1mm2。