多通道并流微流体芯片及基于该芯片的线性多相异质结构纤维的可控纺丝方法技术

本发明专利技术提供一种多通道并流微流体芯片，由在水凝胶湿纺工艺或静电纺丝工艺中供不同纺丝溶液单独流通的若干根分流毛细管和一根汇聚各分流毛细管流出的各纺丝溶液的汇流毛细管组成，各分流毛细管一端以相同深度从汇流毛细管一端口平行嵌插入汇流毛细管内固定，且对汇流毛细管的承插端口进行密封，各分流毛细管的另一端为整个多通道并流微流体芯片的入口，汇流毛细管的另一端为整个多通道并流微流体芯片的出口。本发明专利技术还提供了基于上述多通道并流微流体芯片的线性多相异质结构米纤维的可控纺丝方法。本发明专利技术嫩能以降低微流体芯片的工艺难度和成本，提高实用耐用性，以连续、快速、便利的制作出各种线性多相异质结构微纳米纤维。

Multi channel parallel flow microfluidic chip and controllable spinning method based on the same

The present invention provides a multi-channel and microfluidic chip, a plurality of capillary circulation capillary confluence shunt for different spinning solution in the hydrogel by wet spinning process or electrostatic spinning and the spinning solution alone a convergence of all shunt outflow of the capillary, the capillary flow at the same depth from the confluence of a capillary parallel port bus is inserted within the capillary is fixed, and the confluence of the capillary socket is sealed, the other end of the capillary shunt for the entire multi channel flow and microfluidic chip entrance, the other end of the bus for the multi-channel capillary flow and microfluidic chip for export. The invention also provides a method for controlling the spinning of a linear multiphase heterogeneous structure rice fiber based on the multi-channel parallel flow microfluidic chip. The invention can reduce the difficulty and cost of the micro fluidic chip, improve the practicability and durability, and can produce various kinds of linear heterogeneous heterogeneous micro nano fibers in a continuous, rapid and convenient way.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于组织工程仿生中微流体芯片制造
，具体涉及一种多通道并流微流体芯片及基于该芯片的纺丝方法。
技术介绍
人体和哺乳动物体内广泛分布着诸如肌纤维、血管、肝索、神经束等线性结构的组织。在微米尺度，这些组织的细胞及细胞外基质复杂而高度有序的被组装起来。然而在组织工程领域，利用生物材料和种子细胞仿生构建各类线性结构组织以实现病变或损伤组织的再生及功能恢复至今被视为一大挑战。当前各种微制造技术的发展和兴起为实现微纳米级的、细胞及胞外基质时空可控的、“自下而上”的组织工程结构仿生和功能仿生提供了无限可能。在诸如光刻蚀技术、微模块自组装技术、微流体制备技术等组织工程微制造技术中，微流体制造技术受到广泛应用和关注。微流体技术是指在微观尺寸下控制、操作和检测复杂流体的技术，近年来被广泛应用于化学、医药及生命科学等领域。传统微流体芯片是通过常规的平面加工工艺(光刻、腐蚀等)在硅、玻璃以及聚二甲基硅氧烷(PDMS)等材料上制作的。这种方法虽然便于设计复杂的流体通道，但制作成本高、工艺难度大、通道易堵难清理。另一种常用芯片是利用一端开口处被热拉成圆锥形的玻璃毛细管首尾直线串联组装而成的同轴微流体芯片。这种芯片虽然制作难度和成本均有所降低，但所用材料(通常为玻璃)本身导致芯片易碎，并且其同轴结构决定了该芯片只可形成简单的同轴线性流体，即只能制备多层核壳结构微纤维或空心纤维，使其在微流体纺丝和组织工程仿生支架的应用中大大受限。
技术实现思路
针对现有微流体芯片本身及其在应用中存在的不足，本专利技术的第一个目的是提供一种多通道并流微流体芯片，以降低微流体芯片的工艺难度和成本，提高实用耐用性；本专利技术的第二个目的是提供一种基于该多通道并流微流体芯片的线性多相异质结构纤维的可控纺丝方法，以连续、快速、便利的制作出各种线性多相异质结构微纳米纤维，以用于组织工程中更大程度的组织工程仿生构建。本专利技术的思路：根据流体力学规律，当雷诺数Re(Re＝ρvd/μ，μ为流体粘度，ρ为流体密度，v为流速，d为通道直径)低于2300时，通道中流体保持层流状态。d越小，Re值越小，因此在小至微米级的通道中，尽管是性质迥异的流体，也较容易保持层流状态，使不同成分和性质的流体可以在同一通道中并行流动，而且不会相互对流扩散及共混。针对本专利技术的第一个专利技术目的，本专利技术提供一种多通道并流微流体芯片，由在水凝胶湿纺工艺或静电纺丝工艺中供不同纺丝溶液单独流通的若干根分流毛细管和一根汇聚各分流毛细管流出的各纺丝溶液的汇流毛细管组成，各分流毛细管一端以相同深度从汇流毛细管一端口平行嵌插入汇流毛细管内固定，且对汇流毛细管的承插端口进行密封，各分流毛细管的另一端为整个多通道并流微流体芯片的入口，汇流毛细管的另一端为整个多通道并流微流体芯片的出口。上述多通道并流微流体芯片，所述各分流毛细的长度最好相同，分流毛细嵌插入汇流毛细管内的深度最好不大于汇流毛细管长度的三分之二。上述多通道并流微流体芯片，所述分流毛细嵌插入汇流毛细管内可通过常温硬化胶粘接固定并密封汇流毛细管的承插端口。上述多通道并流微流体芯片，所述分流毛细管至少为3根，其没有插入汇流毛细管部分形成的管束最好为向外扩展的管束，以方便与在使用时与聚四氟乙烯毛细软管连接。分流毛细管的排布方式优选为其中一根分流毛细管位于中央，其他分流毛细管均匀地位于周围，位于中央的一根分流毛细管的直径可大于其周围的分流毛细管的直径。上述多通道并流微流体芯片，所述分流毛细管的内径为80～800μm。针对本专利技术的第二个专利技术目的，本专利技术提供基于上述多通道并流微流体芯片的线性多相异质结构米纤维的可控纺丝方法，根据纺丝工艺的类型不同，分为以下两种：水凝胶湿纺：以所述多通道并流微流体芯片作为喷丝头，利用多通道微量注射泵将各纺丝溶液分别注入喷丝头的各分流毛细管，并控制各分流毛细管中纺丝溶液的流速以层流状态汇流于汇流毛细管并行至出口喷出，在水凝胶湿纺中，喷出的溶液丝在钙离子成胶溶液中通过离子螯合作用而凝胶化形成连续的线性多相异质结构水凝胶微纤维；静电纺丝：以所述多通道并流微流体芯片作为喷丝头，并将喷丝头竖直悬空，出口朝下放置，在喷丝头和位于喷丝头下方用于收集溶液丝的收集装置之间加载高压静电场，利用多通道微量注射泵将各纺丝溶液分别注入喷丝头的各分流毛细管，并控制各分流毛细管中纺丝溶液的流速以层流状态汇流于汇流毛细管并行至出口喷出，使喷出的溶液丝中的溶剂在抵达收集装置之前挥发，从而固化成型，得到连续的线性多相异质结构纤维。在本专利技术的上述方法中，可通过在作为喷丝头的多通道并流微流体芯片构成部分的汇流毛细管出口端嵌套内径不同于汇流毛细管内径的毛细管(内径为100～800μm的毛细管)来调整线性多相异质结构纤维的直径。在本专利技术的上述方法中，可通过封闭不同位置的分流毛细管进口来改变线性多相异质结构纤维的端面结构。在本专利技术的上述方法中，可通过微量注射泵控制各分流毛细管中纺丝溶液的流速来调节所成微纳米纤维的直径(纤维直径在汇流毛细管出口直径左右变动，并且其直径大小与灌流速度正相关)。在本专利技术的上述方法中，可通过在各分流毛细管中注入不同的纺丝溶液(如使用海藻酸钠，明胶，胶原，透明质酸等不同的水凝胶纺丝溶液)，或调控纺丝溶液的浓度、成胶性能、成胶方式、收集条件来获得所需的线性多相异质结构微纳米纤维。如水凝胶湿纺中，通过使钙离子成胶溶液定向流动形成剪切流体在纤维成胶的过程中拉伸纤维使其变细，通过控制剪切流速来调控纤维拉伸程度和直径。具体可设计盛放钙离子成胶溶液收集槽为可定速旋转的圆筒形，且具有中心轴，旋转带动收集槽中的钙离子成胶溶液绕中心轴定向流动形成剪切流，纺丝溶液从浸没于钙离子成胶溶液中的多通道并流微流体芯片的出口端喷出的水凝胶纺丝溶液在成胶的同时，受到定向流动的钙离子成胶溶液的剪切拉伸而变细(其直径可小至30μm)，其变细程度与收集槽的转速正相关。在静电纺丝中，通过控制环境温度、电压、纺丝液浓度等来调控纤维的直径。纤维最终尺寸与喷丝头与收集槽之间加载的静电压大小呈反向关系，而与微量注射泵的灌流速度以及汇流毛细管的直径呈正相关，与纺丝溶液浓度呈正向关系。在本专利技术的上述方法中，可通过设计各分流毛细管中水凝胶纺丝溶液是否凝胶化的不同组合(如某些纺丝溶液凝胶化而其它纺丝溶液不成胶)，或者在纤维凝胶化成型后在刻蚀溶液中浸泡降解掉指定的成分，来获得带有沟槽结构的多相异质结构微纳米纤维。在本专利技术的上述方法中，可通过改变分流毛细管根数或/和在汇流毛细管一端口内的并排方式来获得多种结构的线性多相异质结构微纳米纤维。在实际微流体湿纺工艺中，可以根据所需纤维的直径来有目的选择以上调控手段，或者相互结合，可以实现在30～1000μm的范围内有效调控水凝胶微纤维的直径，在200～1000nm有效调控静电纺丝纳米纤维的直径。在本专利技术的上述方法中，根据组织仿生的需要，在各通道中通入对应的“组织细胞-水凝胶预聚液”的细胞悬浮液，可以在微观水平上对各种线性组织(如肌纤维、血管、肝索、神经束)的细胞种类和胞外基质的组成和空间分布实现精细的仿生构建。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：1、本专利技术所述多通道并流微流体芯片结构和制作工艺简单，成本低，坚固耐用，不仅克服了常规的PDMS芯片制作成本本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多通道并流微流体芯片，其特征在于由在水凝胶湿纺工艺或静电纺丝工艺中供不同纺丝溶液单独通流的若干根分流毛细管(1)和一根汇聚各分流毛细管流出的各纺丝溶液的汇流毛细管(2)组成，各分流毛细管一端以相同深度从汇流毛细管一端口平行嵌插入汇流毛细管内固定，且对汇流毛细管的承插端口进行密封，各分流毛细管的另一端为整个多通道并流微流体芯片的入口，汇流毛细管的另一端为整个多通道并流微流体芯片的出口。

【技术特征摘要】
1.一种多通道并流微流体芯片，其特征在于由在水凝胶湿纺工艺或静电纺丝工艺中供不同纺丝溶液单独通流的若干根分流毛细管(1)和一根汇聚各分流毛细管流出的各纺丝溶液的汇流毛细管(2)组成，各分流毛细管一端以相同深度从汇流毛细管一端口平行嵌插入汇流毛细管内固定，且对汇流毛细管的承插端口进行密封，各分流毛细管的另一端为整个多通道并流微流体芯片的入口，汇流毛细管的另一端为整个多通道并流微流体芯片的出口。2.根据权利要求1所述多通道并流微流体芯片，其特征在于，所述各分流毛细的长度相同，分流毛细嵌插入汇流毛细管内的深度不大于汇流毛细管长度的三分之二。3.根据权利要求2所述多通道并流微流体芯片，其特征在于，所述分流毛细嵌插入汇流毛细管内通过常温硬化胶粘接固定并密封汇流毛细管的承插端口。4.根据权利要求1所述多通道并流微流体芯片，其特征在于，所述分流毛细管至少为3根，其没有插入汇流毛细管部分形成的管束为向外扩展的管束。5.根据权利要求4所述多通道并流微流体芯片，其特征在于，所述分流毛细管不少于3根，其中一根分流毛细管位于中央，其他分流毛细管均匀地位于周围。6.根据权利要求5所述多通道并流微流体芯片，其特征在于，位于中央的一根分流毛细管的直径大于其周围的分流毛细管的直径。7.根据权利要求1至...

【专利技术属性】
技术研发人员：范红松，杨友，孙静，卫丹，左一聪，钟美玲，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：四川;51