一种微流控三维凝胶芯片模型的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种微流控三维凝胶芯片模型的制备方法，属于生物微加工领域。制备过程如下：（1）制备微纤维柱状“模具”；（2）将制备好的“模具”包埋在三维生物凝胶中；（3）溶解掉“模具”，在三维生物凝胶中构建微通道，形成微流控三维凝胶芯片模型。本发明专利技术实现了在三维生物凝胶内构建微流控芯片的方法，该方法制备过程简单，且所形成的微通道尺寸和空间结构可根据实际需要进行调整。此发明专利技术可用于组织微环境、血管组织工程、3D药物输送及筛选等领域的研究。

【技术实现步骤摘要】
一种微流控三维凝胶芯片模型的制备方法
本专利技术涉及一种微流控三维凝胶芯片模型的制备方法，属于生物微加工

技术介绍
在生物、化学、材料等科学实验中，经常需要对流体进行操作。而具有微通道结构的水凝胶无论在制备功能性材料，还是在体外模拟和重建血管化组织中都可以起到非常重要的作用。通过在水凝胶内部制作合适的微通道结构，从而可以模拟生物体中脉管系统。此外，通过改变水凝胶的组分，也可以实现微通道筛选以及生物芯片检测等应用。目前三维通道的构建方法主要使用光刻技术，3D打印技术等。这些技术制备方法复杂、成本较高，且难以实现复杂结构的网络形状构建。本专利技术使用生物凝胶作为基底，在其内部构建了一个类似血管通道的微流控芯片模型。该专利技术对于组织微环境、血管组织工程、3D药物输送及筛选等领域的研究有着极其重要的意义。
技术实现思路
本专利技术旨在提供一种经济快速的微流控三维凝胶芯片模型的制备方法。本专利技术提供了一种微流控三维凝胶芯片模型的制备方法，在三维生物凝胶内部构建血管通道型的微流控芯片；包括如下步骤：第一步：微纤维柱状“模具”的制备：将海藻酸钠溶液注入钙离子溶液中，凝胶反应5～60分钟，形成海藻酸钙微纤维柱状“模具”，将“模具”的直径控制在50-2000μm范围内；第二步：将“模具”包埋于三维生物凝胶中：将制备好的“模具”置于液态的生物凝胶混合物中，待凝胶凝固后，形成包埋有“模具”的三维凝胶；凝胶在室温下冷却20~25分钟即可凝固。第三步：使用溶解液溶解掉“模具”，在三维生物凝胶中形成微通道，构建微流控三维凝胶芯片模型。进一步地，所述第一步中，海藻酸钠的质量浓度为0.5-3%，所述钙离子浓度为45～200mmol/L。进一步地，所述钙离子溶液为氯化钙或硝酸钙溶液。进一步地，所述第一步中，海藻酸钠溶液通过注射器注入钙离子溶液中，注射器针头规格为14G-34G，注入速率为20-200μL/s。进一步地，所述第二步中，生物凝胶包括：琼脂、明胶、胶原蛋白、琼脂-胶原蛋白、琼脂-明胶、胶原蛋白-明胶中的任一种，所述生物凝胶的质量浓度为5-20mg/mL。进一步地，所述第三步中，所使用的溶解液是柠檬酸钠溶液，浓度为10～200mmol/L，溶解时间为0.5～5小时。本专利技术的有益效果：本专利技术可以快速，经济、方便的制备微流控三维凝胶芯片，且所形成微通道尺寸和空间结构调整方法简单、易操作。此专利技术对组织微环境、血管组织工程中类血管组织的构造以及3D药物输送及筛选等领域提供了一种新的构建三维芯片的方法。附图说明图1为微流控三维凝胶芯片模型的制备过程示意图。图2为双通道成型示意图。图3为多通道成型示意图。具体实施方式下面通过实施例来进一步说明本专利技术，但不局限于以下实施例。实施例1：琼脂包埋海藻酸钙柱状“模具”制备可灌注微流体三维生物凝胶单通道。海藻酸钙柱状“模具”制备中所使用Ca2+溶液由氯化钙溶液提供。（1）微纤维柱状“模具”的制备：使用型号为G31注射器，以100μL/s的速率将质量浓度为1%的海藻酸钠溶液匀速注入浓度为90mmol/L的氯化钙溶液中，凝胶反应15分钟，形成海藻酸钙柱状“模具”。（2）“模具”包埋于三维琼脂凝胶中：配制质量浓度为10mg/mL的琼脂10mL。高压灭菌锅121℃高温融化灭菌。灭菌后立即取出，吸取5mL琼脂均匀平涂于培养皿。冷却后，将单个海藻酸钙“模具”置于凝胶上，并在凝胶始末端预留注射出入口。再次使用5mL琼脂溶液缓慢包埋“模具”结构。室温冷却20分钟，形成由琼脂凝胶包埋的海藻酸钙柱状“模具”单通道结构。（3）“模具”溶解：将上述“模具”单通道结构浸入浓度为35mmol/L的柠檬酸钠溶液中浸泡4小时。观察孔道透明，表明柱状“模具”已完全溶解，单通道形成。如图1D所示。在注射口处注入尹红染料，进一步观察单通道的流通性，实验表明，单通道流通性良好。实施例2：琼脂包埋海藻酸钙柱状“模具”制备可灌注微流体三维生物凝胶双通道。海藻酸钙柱状“模具”制备中所使用Ca2+溶液由硝酸钙溶液提供。（1）微纤维柱状“模具”的制备：使用型号为G22注射器，将质量浓度为1.5%的海藻酸钠溶液以140μL/s的速率匀速注入浓度为60mmol/L的硝酸钙溶液中，凝胶反应40分钟，形成海藻酸钙柱状“模具”。（2）“模具”包埋于三维琼脂凝胶中：配制质量浓度为15mg/mL的琼脂10mL。高压灭菌锅121℃高温融化灭菌。灭菌后立即取出，吸取5mL琼脂均匀平涂于培养皿。冷却后，将两个海藻酸钙“模具”交叉置于凝胶上，并在凝胶始末端预留注射出入口。再次使用5mL琼脂溶液缓慢包埋“模具”结构。室温冷却30分钟，形成由琼脂凝胶包埋的海藻酸钙柱状“模具”双通道结构。（3）“模具”溶解：将上述“模具”双通道结构浸入浓度为100mmol/L的柠檬酸钠溶液中浸泡2.5小时。观察孔道透明，表明柱状“模具”已完全溶解，双通道结构形成。如图2所示。在注射口处注入尹红染料，进一步观察双通道的流通性，实验表明，双通道流通性良好。实施例3：明胶包埋海藻酸钙柱状“模具”制备可灌注微流体三维生物凝胶单通道。海藻酸钙柱状“模具”制备中所使用Ca2+溶液由氯化钙溶液提供。（1）微纤维柱状“模具”的制备：使用型号为G33注射器，以80μL/s的速率将质量浓度为1.2%的海藻酸钠溶液匀速注入浓度为120mmol/L的氯化钙溶液中，凝胶反应35分钟，形成海藻酸钙柱状“模具”。（2）“模具”包埋于三维明胶凝胶中：配制质量浓度为12mg/mL的明胶10mL。高压灭菌锅121℃高温融化灭菌。灭菌后立即取出，吸取5mL明胶均匀平涂于培养皿。冷却后，将单个海藻酸钙“模具”置于凝胶上，并在凝胶始末端预留注射出入口。再次使用5mL明胶溶液缓慢包埋“模具”结构。室温冷却20分钟，形成由明胶凝胶包埋的海藻酸钙柱状“模具”单通道结构。（3）“模具”溶解：将上述“模具”单通道结构浸入浓度为80mmol/L的柠檬酸钠溶液中浸泡3小时。观察孔道透明，表明柱状“模具”已完全溶解，单通道形成。如图1D所示。在注射口处注入尹红染料，进一步观察单通道的流通性，实验表明，单通道流通性良好。实施例4：鼠尾I型胶原蛋白凝胶包埋海藻酸钙柱状“模具”制备可灌注微流体三维生物凝胶单通道。海藻酸钙柱状“模具”制备中所使用Ca2+溶液由氯化钙溶液提供。（1）微纤维柱状“模具”的制备：使用型号为G31注射器，以90μL/s的速率将质量浓度为0.8%的海藻酸钠溶液匀速注入浓度为130mmol/L的氯化钙溶液中，凝胶反应45分钟，形成海藻酸钙柱状“模具”。（2）“模具”包埋于三维胶原凝胶中：配制8mg/mL鼠尾I型胶原蛋白10mL，冰浴下调节pH为7.0。吸取5mL胶原溶液均匀平涂于培养皿。37℃水浴中，将单个海藻酸钙“模具”置于凝胶上，并在凝胶始末端预留注射出入口。再次使用5mL胶原溶液缓慢包埋“模具”结构。37℃水浴25分钟后，形成由胶原凝胶包埋的海藻酸钙柱状“模具”单通道结构。（3）“模具”溶解：将上述“模具”单通道结构浸入浓度为150mmol/L的柠檬酸钠溶液中浸泡2小时。观察孔道透明，表明柱状“模具”已完全溶解，单通道形成。如图1D所示。在注射口处注入尹红染料，进一步观察单通道的流通性，实验表明，单通道流通性良好。实施例5：本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种微流控三维凝胶芯片模型的制备方法，其特征是在三维生物凝胶内部构建血管通道型的微流控芯片；包括如下步骤：第一步：微纤维柱状“模具”的制备：将海藻酸钠溶液注入钙离子溶液中，凝胶反应5～60分钟，形成海藻酸钙微纤维柱状“模具”，将“模具”的直径控制在50‑2000μm范围内；第二步：将“模具”包埋于三维生物凝胶中：将制备好的“模具”置于液态的生物凝胶混合物中，待凝胶凝固后，形成包埋有“模具”的三维凝胶；第三步：使用溶解液溶解掉“模具”，在三维生物凝胶中形成微通道，构建微流控三维凝胶芯片模型。

【技术特征摘要】
1.一种微流控三维凝胶芯片模型的制备方法，其特征是在三维生物凝胶内部构建血管通道型的微流控芯片；包括如下步骤：第一步：微纤维柱状“模具”的制备：将海藻酸钠溶液注入钙离子溶液中，凝胶反应5～60分钟，形成海藻酸钙微纤维柱状“模具”，将“模具”的直径控制在50-2000μm范围内；第二步：将“模具”包埋于三维生物凝胶中：将制备好的“模具”置于液态的生物凝胶混合物中，待凝胶凝固后，形成包埋有“模具”的三维凝胶；所述生物凝胶包括：琼脂、明胶、胶原蛋白、琼脂-胶原蛋白、琼脂-明胶、胶原蛋白-明胶中的任一种；第三步：使用溶解液溶解掉“模具”，在三维生物凝胶中形成微通道，构建微流控三维凝胶芯片模型；所使用的溶解液是柠檬酸钠溶液，浓度为10～200mmol/L，溶解时间为0.5～5小时。2.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄晓波，杨晓宁，杭瑞强，秦林，唐宾，
申请(专利权)人：太原理工大学，
类型：发明
国别省市：山西;14