[发明专利]一种透明陶瓷微流控芯片的制备方法

说明书

本发明公开了一种透明陶瓷微流控芯片的制备方法，该方法首先利用建模软件设计得到带有微沟槽图案的基底模型，利用陶瓷光固化技术打印出陶瓷基底生坯，随后将基底生坯脱脂烧结并高温高压烧结实现透明化；透明陶瓷基底与PDMS片通过胶水中间层粘合成一个整体，在PDMS片上打孔接上导管，通入微流体即可投入使用。本发明制得的透明陶瓷微流控芯片可高度仿生骨环境，能够实现高通量药物筛选，本发明创新性地使用了羟基磷灰石作为微流控芯片的材料，羟基磷灰石良好的生物相容性有利于细胞在芯片表面黏附生长。通过热等静压等高温高压烧结方式实现材料的透明化，满足微流控芯片的光学特性需求。陶瓷表面覆上PDMS片，保证了细胞可以在芯片上长期培养。

技术领域

本发明涉及透明陶瓷制备和微流控芯片的技术领域，尤其是指一种透明陶瓷微流控芯片的制备方法。

背景技术

传统的微流体芯片材料不能很好地模拟骨微环境。最初的微流体技术是在硅晶片或玻璃上利用光刻蚀技术构建微通道结构，耗时且费力。聚二甲基硅氧烷(PDMS)的出现提高了微流体技术的效率并大大降低了成本，但PDMS作为骨器官芯片也有其局限性。PDMS有时会吸收或浸出非极性或弱极性小分子，并且与有机溶剂不相容，在播种细胞之前需要进行繁琐的表面修饰。最重要的是，PDMS组分与骨骼中的磷酸钙组分完全不同。羟基磷灰石(HAP)是人体和动物骨骼的主要无机成分，能参与体内代谢，具有生物活性，是作为骨器官芯片仿生人体骨微环境的理想材料。光固化陶瓷3D打印技术具有成型精度高、结构复杂、一次成型的优点，解决了陶瓷材料脆性大难加工的问题；可个性化设计，是制备陶瓷微流控芯片的理想选择。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提出了一种透明陶瓷微流控芯片的制备方法，制得的透明陶瓷微流控芯片可高度仿生骨环境，能够实现高通量药物筛选，通过该方法创新性地使用了羟基磷灰石作为微流控芯片的材料，羟基磷灰石良好的生物相容性有利于细胞在芯片表面黏附生长。通过热等静压等高温高压烧结方式实现材料的透明化，满足微流控芯片的光学特性需求。陶瓷表面覆上一层聚二甲基硅氧烷盖板(以下简称PDMS片)，PDMS片良好的透氧率保证了细胞可以在芯片上长期培养。

为实现上述目的，本发明所提供的技术方案为：一种透明陶瓷微流控芯片的制备方法，包括以下步骤：

1)在建模软件中设计好微流控芯片的基底部分，基底表面具有微沟槽图案，将所设计的基底导出为stl模型；

2)将步骤1)得到的基底模型导入到光固化陶瓷打印机中，采用光固化陶瓷打印技术，逐层打印，一步成型，所使用的打印材料为羟基磷灰石，得到微流控芯片的陶瓷基底生坯；

3)将步骤2)得到的陶瓷基底生坯放入高温炉中缓慢脱脂烧结，随后通过高温高压烧结，得到透明的陶瓷基底；

4)将二甲氧基硅氧烷主剂与硬化剂以质量比10：1比例混合均匀，得到混合液，利用抽真空的方式使混合液中的气泡浮至表面并破裂，再放入烘箱中加热固化一段时间，得到聚二甲基硅氧烷盖板，简称为PDMS片；

5)根据透明的陶瓷基底形状与微沟槽图案，将步骤4)所得到的PDMS片进行裁剪，并在相应位置打孔，打孔直径与需要外接的导管外径一致，得到已打好孔的PDMS片；

6)将步骤5)获得的PDMS片与步骤3)获得的透明陶瓷基底通过胶水粘接，再加热固化，即可得到目标产物，透明陶瓷微流控芯片的制作完成。

进一步，将步骤6)得到的透明陶瓷微流控芯片插上外接的导管，导管通入微流体，透明陶瓷微流控芯片便能够投入使用。

进一步，所述陶瓷基底生坯的制作方法采用立体光固化成型(StereoLithography Appearance，SLA)或数字光处理(Digital Light Processing，DLP)。