制备海藻酸钙纤维的方法和装置制造方法及图纸

一种制备海藻酸钙微纤维的方法和装置，该方法包括以下步骤：采用共轴微流控喷头喷出连续相的柠檬酸钠‑细胞混合液和海藻酸钠溶液，其中柠檬酸钠‑细胞混合液为核流，海藻酸钠溶液为壳流；将包含了柠檬酸钠‑细胞混合液核流的海藻酸钠溶液由微流控喷头注入到乙醇溶液中，析出胶状海藻酸钠纤维；将析出的海藻酸钠纤维浸入氯化钙溶液中，形成内部包含有包藏了细胞的微腔结构的海藻酸钙微纤维。基于该共轴微流控喷头的制备方法，可实现海藻酸钙微纤维中包藏细胞的空隙的控制，可实现对包藏了细胞的海藻酸钙纤维直径的控制，提高细胞存活率，降低海藻酸钙纤维中细胞迁移难度，在保证细胞培养的同时维持海藻酸钙纤维结构。

Method and device for preparing calcium alginate fiber

A method and device for preparing calcium alginate Microfibre. The method comprises the following steps: a co axial microfluidic nozzle is used to spray a continuous phase of sodium citrate cell mixture and sodium alginate solution, in which the mixture of sodium citrate cells is a core flow and the sodium alginate solution is a shell flow; the sodium citrate solution will be mixed with the mixture of sodium citrate cells. The sodium alginate solution of the combined liquid nuclear flow is injected into the ethanol solution by the microfluidic nozzle and precipitates the gelatinous alginate fiber, and the precipitated alginate fiber is immersed in the calcium chloride solution to form the calcium alginate microfiber containing the microcavity structure containing the cell. Based on the preparation method of the coaxial microfluidic nozzle, the control of the pore space of the coated cells in calcium alginate micro fiber can be realized. The control of the diameter of calcium alginate fiber can be realized, the cell survival rate is improved, the difficulty of cell migration in the calcium alginate fiber is reduced, and the alginate is maintained while the cell culture is ensured. The structure of calcium fiber.

【技术实现步骤摘要】
制备海藻酸钙纤维的方法和装置
本专利技术涉及微流控技术制备带有包藏细胞的微腔结构的海藻酸钙纤维的方法和装置。
技术介绍
微流控系统是一种微尺度微体积流体流动的系统，其中通道和构件的尺度为几十到几百微米。微流控芯片的各个操作单元通过微通道网络内流体的流动相互联系，流体在该微通道网络内按一定的方式流动，微流控芯片就可从整体上实现特定的功能。微流控芯片技术在生物、化学、医学分析过程的样品制备、反应、分离、检测等方面应用广泛。近几年来随着材料科学、微纳米加工技术的发展，微流控芯片技术在微米级材料领域也取得了突破性进展。由于微流控芯片的高度集成化和均一性，使得微小尺寸、形貌多样、高度均一材料结构的制备得以实现，在生物医学和材料领域具备很大的发展前景。纤维是指由连续或不连续的细丝组成的物质，具有弹性模量大，塑性形变小，强度高等特点。人体的多级结构(血管、肌纤维、神经束、肝细胞索等)都是由纤维结构组成，因此纤维在维系组织方面起到重要作用。目前纤维材料的制备方法多以纺丝和微流控技术为主。纺丝可制备出亚微米级，甚至纳米级纤维，聚合物溶液经喷丝头细孔压出的多为单一组分的均一尺寸实心纤维丝，通过调节接收器路径形成各种形状的纤维材料，所形成的纤维材料是由许多纤维丝堆积成型；微流控技术可一次成型的制备出不同形状的亚微米级纤维，可制备出多孔、中空以及复杂的纤维结构，可实现单组分或多组分的纤维的制备。微流控技术以其高度集成化、小而精细的平台优势，在纤维材料的研究中占主导地位。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于针对现有技术的不足，提供一种制备带有包藏细胞的微腔结构的海藻酸钙纤维的方法和装置。为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种制备带有包藏细胞的微腔结构的海藻酸钙微纤维的方法，包括以下步骤：采用共轴微流控喷头喷出连续相的柠檬酸钠-细胞混合液和海藻酸钠溶液，其中柠檬酸钠-细胞混合液为核流，海藻酸钠溶液为壳流；将包含了柠檬酸钠-细胞混合液核流的海藻酸钠溶液由微流控喷头注入到乙醇溶液中，析出胶状海藻酸钠纤维，海藻酸钠纤维内包藏了柠檬酸钠和细胞；将析出的海藻酸钠纤维浸入氯化钙溶液中，使海藻酸钠纤维与钙离子配合反应生成海藻酸钙纤维，而海藻酸钠中包藏的柠檬酸钠则同钙离子发生螯合反应形成微腔，从而形成内部包含有包藏了细胞的微腔结构的海藻酸钙微纤维。进一步地：所述海藻酸钠溶液浓度为1wt％-3wt％；所述柠檬酸钠-细胞混合液的柠檬酸钠浓度为100-200mmol/L；所述氯化钙溶液浓度为150-250mmol/L。所述柠檬酸钠-细胞混合液的柠檬酸钠浓度为150mmol/L；所述氯化钙溶液浓度为200mmol/L。所述微流控喷嘴装置经设置能够调节核流和壳流的流速，以控制包藏细胞的微腔的大小，使得能够通过控制流速获得大小可控的微腔。控制壳流的流速为0.2ml/h-6ml/h，核流的流速则是按照横截面直径平方比值乘以壳流流速来折算。控制核流入口相对应的流速为1.8ml/h，壳流入口相对应的流速为5.4ml/h。所述微流控喷头通过溶液输送软管将包含了核流的海藻酸钠溶液注入到装有乙醇溶液的收集皿中。将包含了核流的海藻酸钠溶液注入到乙醇溶液中时，注液口与乙醇溶液液面保持垂直。一种用于制备海藻酸钙纤维的装置，包括共轴微流控喷头，所述共轴微流控喷头具有柠檬酸钠-细胞混合液核流入口及与所述核流入口相连的核流管道、海藻酸钠壳流入口及与所述壳流入口相连的壳流管道，所述核流管道和所述壳流管道同轴设置，所述核流管道位于所述壳流管道内，所述核流管道内流过柠檬酸钠-细胞混合液，而所述壳流管道内、所述核流管道外的空间流过海藻酸钠溶液，作为核流的所述柠檬酸钠-细胞混合液与作为壳流的所述海藻酸钠溶液在喷头内汇合在一起，然后从喷头的喷嘴流出。进一步地，在所述喷头内部，所述核流管道的长度小于所述壳流管道的长度。海藻酸钠类似于细胞外基质中的糖胺聚糖，具备良好的生物相容性。海藻酸钠容易与一些二价阳离子结合，形成凝胶，海藻酸钠与Ca2+鳌合，能够形成稳定的海藻酸钙凝胶。由于海藻酸钠温和的溶胶凝胶性质，使得微流控技术制备海藻酸钙纤维成为可能。本专利技术采用共轴微流控喷头喷出连续相的柠檬酸钠-细胞混合液和海藻酸钠溶液，其中柠檬酸钠-细胞混合液为核流，海藻酸钠溶液为壳流；然后将包含了柠檬酸钠-细胞混合液核流的海藻酸钠溶液由微流控喷头注入到乙醇溶液中，胶状海藻酸钠纤维析出，再将此海藻酸钠纤维放入到氯化钙溶液当中，经由离子配合键作用，形成内部包含有包藏了细胞的微腔结构的海藻酸钙微纤维。本专利技术的重要优点在于：基于该共轴微流控喷头的制备方法，可实现上述海藻酸钙微纤维中包藏细胞的空隙的控制，可实现对包藏了细胞的海藻酸钙纤维直径的控制，可实现细胞存活率的提高，可实现降低海藻酸钙纤维中细胞迁移难度，可实现对在保证细胞培养的同时海藻酸钙纤维结构的维持。本专利技术中，所述的包藏细胞的微腔形貌的形成，是由于海藻酸钠溶液中的柠檬酸钠-细胞混合液同海藻酸钠溶液的液流由微流控的层流效应导致有明显分层，并且两个液相直径有差别，当海藻酸钠溶液通入到乙醇溶液中的时候，会由于脱水聚集导致收缩，同乙醇反应析出固化的海藻酸钠纤维的同时，将柠檬酸钠溶液挤压到被细胞占住位置的地方，这时再将纤维浸没到氯化钙，海藻酸钠同氯化钙迅速反应形成海藻酸钙水凝胶纤维，而集中在细胞站住位置处的柠檬酸钠溶液则依靠螯合反应多取钙离子，使得相应位置形成了微腔，从而得到包藏了细胞的微腔结构。此外，本专利技术操作简单，制备过程稳定可控。附图说明图1为本专利技术一种实施例中用于制备带有包藏细胞的微腔结构的海藻酸钙纤维的整体装置示意图；图2为本专利技术一种实施例的同轴微流控喷嘴示意图；图3为本专利技术一种实施例制备带有包藏细胞的微腔结构的海藻酸钙纤维的原理及过程示意图，其中图3中的步骤A表示海藻酸钠溶液通入乙醇，步骤B表示海藻酸钠溶液脱水，形成球棒形态海藻酸钠纤维，步骤C表示氯化钙与海藻酸钠溶液结合，形成水凝胶纤维使结构性质稳定，同时柠檬酸钠夺取钙离子形成包藏细胞的微腔。其中附图标记1为微流控喷头，2为壳流入口，3为核流入口，4为微流控喷嘴出口，5为海藻酸钠溶液中的细胞，6为溶液输送软管，7为海藻酸钠溶液出口，8为乙醇溶液。具体实施方式以下对本专利技术的实施方式作详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本专利技术的范围及其应用。参阅图1至图3，在一种实施例中，一种基于微流控技术制备带有包藏细胞的微腔结构的海藻酸钙微纤维的方法，包括以下步骤：采用共轴微流控喷头喷出连续相的柠檬酸钠-细胞混合液和海藻酸钠溶液，其中柠檬酸钠-细胞混合液为核流，海藻酸钠溶液为壳流；将包含了柠檬酸钠-细胞混合液核流的海藻酸钠溶液由微流控喷头注入到乙醇溶液中，析出胶状海藻酸钠纤维，海藻酸钠纤维内包藏了柠檬酸钠和细胞；将析出的海藻酸钠纤维浸入氯化钙溶液中，使海藻酸钠纤维与钙离子配合反应生成海藻酸钙纤维，而海藻酸钠中包藏的柠檬酸钠则同钙离子发生螯合反应形成微腔，从而形成内部包含有包藏了细胞的微腔结构的海藻酸钙微纤维。所述的包藏细胞的微腔形貌的形成，是由于海藻酸钠溶液中的柠檬酸钠-细胞混合液同海藻酸钠溶液的液流由微流控的层流效应导致有明显分层，并且两个液相直径有差别，当海藻酸钠溶液通入到乙醇溶液中的时本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种制备带有包藏细胞的微腔结构的海藻酸钙微纤维的方法，其特征在于,包括以下步骤：采用共轴微流控喷头喷出连续相的柠檬酸钠‑细胞混合液和海藻酸钠溶液，其中柠檬酸钠‑细胞混合液为核流，海藻酸钠溶液为壳流；将包含了柠檬酸钠‑细胞混合液核流的海藻酸钠溶液由微流控喷头注入到乙醇溶液中，析出胶状海藻酸钠纤维，海藻酸钠纤维内包藏了柠檬酸钠和细胞；将析出的海藻酸钠纤维浸入氯化钙溶液中，使海藻酸钠纤维与钙离子配合反应生成海藻酸钙纤维，而海藻酸钠中包藏的柠檬酸钠则同钙离子发生螯合反应形成微腔，从而形成内部包含有包藏了细胞的微腔结构的海藻酸钙微纤维。

【技术特征摘要】
1.一种制备带有包藏细胞的微腔结构的海藻酸钙微纤维的方法，其特征在于,包括以下步骤：采用共轴微流控喷头喷出连续相的柠檬酸钠-细胞混合液和海藻酸钠溶液，其中柠檬酸钠-细胞混合液为核流，海藻酸钠溶液为壳流；将包含了柠檬酸钠-细胞混合液核流的海藻酸钠溶液由微流控喷头注入到乙醇溶液中，析出胶状海藻酸钠纤维，海藻酸钠纤维内包藏了柠檬酸钠和细胞；将析出的海藻酸钠纤维浸入氯化钙溶液中，使海藻酸钠纤维与钙离子配合反应生成海藻酸钙纤维，而海藻酸钠中包藏的柠檬酸钠则同钙离子发生螯合反应形成微腔，从而形成内部包含有包藏了细胞的微腔结构的海藻酸钙微纤维。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于,所述海藻酸钠溶液浓度为1wt％-3wt％；所述柠檬酸钠-细胞混合液的柠檬酸钠浓度为100-200mmol/L；所述氯化钙溶液浓度为150-250mmol/L。3.如权利要求2所述的方法，其特征在于,所述柠檬酸钠-细胞混合液的柠檬酸钠浓度为150mmol/L；所述氯化钙溶液浓度为200mmol/L。4.如权利要求1至3任一项所述的方法，其特征在于,所述微流控喷嘴装置经设置能够调节核流和壳流的流速，以控制包藏细胞的微腔的大小，使得能够通过控制流速获得大小可控的微腔。5.如权利要求4所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：弥胜利，刘学平，刘睿，
申请(专利权)人：清华大学深圳研究生院，
类型：发明
国别省市：广东,44