[发明专利]一种基于微流控技术的内凹槽微丝的可控制备方法

说明书

本发明公开了一种基于微流控技术的内凹槽微丝的可控制备方法。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。本发明利用通道出口共轴多层堆叠微流控芯片，采用共轴流出的方式，由于中心占位通道出口形貌不同，从而形成不同形貌的空腔微纤维。通过改变占位溶液芯片通道的出口形貌等，可以调节凹槽的数量、宽度和深度等。本发明可简单便捷的方式一步制备具有内凹槽的水凝胶微丝，既可包裹保护细胞又可诱导其定向排布促进分化。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内凹槽微丝的简易可控制备方法。

背景技术

肌肉细胞是人体中最丰富的细胞类型。骨骼肌占整个人体体重的35％至40％，健康的骨骼肌可以完全从日常活动造成的小伤口和撕裂中再生，但是肌肉组织的大量丧失和肌肉消耗疾病不可自然修复。由此推动了肌肉组织工程的出现和发展。肌肉组织工程即从病患或供体收集肌肉细胞，通过体外培养或组织工程支架培养构建能植入病患体内的功能性肌肉组织，修复和替代缺损或病变组织，促进功能恢复的一项技术。其中水凝胶支架作为主要的生物支架材料应用于肌肉组织工程。由于人体内肌肉组织是由极性排列的肌管组成，细胞高效特异性排列。因此需要在生物支架上具有一定的凹槽结构实现对细胞的定向诱导并作为支架材料完成构建体外组织后的体内移植。

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，其所制备的水凝胶表面具有凹槽，细胞接种在表面，不能对细胞进行完好的保护；或者是将细胞负载在水凝胶内进行细胞培养，这不利于细胞的定向排列及细胞分化；或者负载细胞之后再次进行修饰保护细胞，这些都不利于肌肉组织的构建。本发明以简单便捷的方式一步法制备具有内凹槽的水凝胶微丝，既可包裹保护细胞又可诱导其定向排布促进分化。

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内凹槽丝合成新方法。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，从而可以用于纤维状细胞的定向诱导培养或移植。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。本发明利用通道出口共轴多层堆叠微流控芯片，采用共轴流出的方式，由于中心占位通道出口形貌不同，从而形成不同形貌的空腔微纤维。通过改变占位溶液芯片通道的出口形貌等，可以调节凹槽的数量、宽度和深度等。本发明可简单便捷的方式一步制备具有内凹槽的水凝胶微丝，既可包裹保护细胞又可诱导其定向排布促进分化。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。

本发明一种基于微流控技术的内凹槽微丝的简易可控制备方法，包括下列步骤：

(1)多层微流控芯片的加工：利用常规软光刻的方法，制得多个出口形成同轴共流的多层PDMS芯片，该芯片主要由三层芯片构成；第一层鞘流入口、鞘流通道、鞘流出口；第二层：水凝胶预聚体入口、水凝胶预聚体通道、水凝胶预聚体出口；第三层：空心占位液体入口、空心占位液体通道、空心占位液体出口。

其中空心占位液体出口9，水凝胶预聚体出口6，鞘流出口3截面均为圆形或者不规则圆形，且三个通道处于共轴，直径由内而外依次增大。空心占位液体出口形状为锯齿形的圆形通道。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，优选240cps、浓度范围0.5-6％，优选2％；甲基纤维素浓度0.5-4％，优选1％；