一种基于微流控芯片剪切流的微胶囊制备方法技术

本发明专利技术公开了一种基于微流控芯片剪切流的微胶囊制备方法。包括以下步骤：采用液滴微喷射法在旋涂有海藻酸钠图层的玻璃基底上制备微流控芯片水凝胶阳模；再采用模塑法制备PDMS微流控芯片负模；将微流控芯片负模与玻璃基底通过可逆键合的方式键合在一起，即制得微流控芯片。利用注射泵将微胶囊的煤油溶液和水分别通过微流控芯片的进液口，即可在出液口制得所需的微胶囊。本发明专利技术中微流控芯片制备过程简单，成本低廉，水凝胶阳模的制备无需特定的模版，可制备任意图形且高度可控的水凝胶阳模，微流控芯片流道光滑，深宽比大。制得的微胶囊一致性好、分散均匀，微胶囊的颗粒尺寸均匀可控，生物活性较好。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及微胶囊的制备领域，具体为一种基于微流控芯片剪切流的微胶囊制备方法。
技术介绍
微胶囊因其优良的免疫隔离性能和控制释放性能有望成为生物工程上游研究成果实用化、产业化的重要工具，推动组织细胞或重组细胞移植技术、疾病治疗和蛋白质、多肤类生化药物的临床应用。90年代以来，医学界开始尝试以微胶囊作为基因重组细胞的免疫隔离和运载工具利用重组细胞的代谢产物调节机体生理功能，治疗相关疾病。按照芯材液滴的形成或分散方法，可将目前常用微胶囊技术分为物理法和物理化学方法两大类。物理法制备微胶囊是利用压力、离心力、重力及静电作用力等将连续液相或液/固混合体分散为分离的液滴，液滴生成过程中不需要表面活性剂或其它有机溶剂的参与，常见的有锐孔法、同轴鞘流法、静电法和振动法。乳化分散方法借助于表面活性剂及稳定剂而将芯材分散。依据芯材类型和粒径要求可选择不同乳化剂类型和用量。为获得细小均匀分散效果也可借助超声辅助乳化。一般所获芯材粒径在几纳米到几百微米范围。不足之处是乳化过程涉及表面活性剂和有机溶剂,容易造成表面活性剂或有机溶剂的残留。另外，高速搅拌造成强剪切力,对于剪应力敏感材料会有影响。微流控芯片制备微胶囊技术是通过微电子制造技术制作，具有较微小的流道、微孔，流体、流层的尺度都很小，在制备粒径较小、分布均匀的微珠方面具有较大的优势。传统的微流控芯片制备方法主要包括：精密机械加工法、掩模光刻法、激光直接成型法、光刻掩模液膜法、打印掩模液模法、固体印刷法、石墨打印法、打印收缩法、刻蚀铜板模具法、石蜡打印法、微喷射液膜法。但是这些方法仍有许多局限性，存在着制备过程繁琐、设备成本高、流道尺寸较大、表面粗糙等问题，对微流控芯片在微胶囊制备领域的应用产生了一定的限制。
技术实现思路
鉴于以上描述的现有微胶囊制备方法具有破坏表面活性，分散不均匀，制备过程复杂，设备要求高，成本大等缺点，本专利技术的目的是提供一种简单、分散均匀、尺寸可控的微胶囊制备方法。本专利技术是通过以下技术方案实现的：一种基于微流控芯片剪切流的微胶囊制备方法，包括以下步骤：步骤1.1，对盖玻片基底进行洁净处理，利用旋涂法在盖玻片基底表面进行海藻酸钠涂层的制备；步骤1.2，利用毛细现象将氯化钙溶液胶吸入玻璃微喷嘴；步骤1.3，驱动玻璃微喷嘴，将氯化钙溶液均匀稳定地微喷射到盖玻片基底表面的海藻酸钠涂层上，氯化钙与海藻酸钠发生交联反应，从而形成T型水凝胶阳模；步骤1.4，重复步骤1.3，提高T型水凝胶阳模的高度；步骤1.5，向制得的水凝胶阳模上沉积PDMS液体，待液体没过阳模，对其进行固化处理，形成微流控芯片负模，对微流控芯片负模进行打孔，得到微流控芯片的进出液口；步骤1.6，将打孔后的微流控芯片负模与洁净的玻璃贴合，干燥固化后，在进液口a、进液口b和出液口c分别插入导管，即制得微流控芯片；步骤1.7，将微胶囊微粒溶于煤油，分别向微流控芯片的进液口a和b通入煤油和水，煤油在T型微流道拐角处被水剪切，即可在出液口c制得微胶囊。进一步的，步骤1.1中，所述的海藻酸钠溶液的浓度为2mol/L；步骤1.2中所述的氯化钙的浓度为5mol/L，海藻酸钠涂层厚度为1～1.5mm。优选的，步骤1.2中，所述的玻璃微喷嘴出口内径为60～120μm。进一步的，步骤1.3中，所述的均匀稳定是通过设置合适的驱动电压幅值、驱动电压频率和重叠率实现的，驱动电压幅值设置为30～80V，驱动频率设定为5Hz，重叠率为30％-70％；进一步的，步骤1.4中，所述的重复次数为1～5。优选的，步骤1.6中，所述的固化温度为80℃，固化时间为30min。优选的，步骤1.7中，所述的微胶囊微粒为直径为5～50μm的PS微球，煤油的流速为2～50μL/min，水的流速为5～100μL/min。与现有技术相比，本专利技术的优点是：(1)本专利技术中微流控芯片制备过程简单，成本低廉，避免了传统工艺中需要的光刻、腐蚀等工艺。微流控芯片水凝胶阳模的制备无需特定的模版，可制备任意图形且高度可控的水凝胶阳模，微流控芯片流道光滑，深宽比大。(2)本专利技术采用微流控芯片剪切流制备微胶囊，无需特定的设备，成本低廉。制得的微胶囊一致性好、分散均匀，微胶囊的颗粒尺寸均匀可控，生物活性较好。附图说明图1是本专利技术基于微流控芯片剪切流的微胶囊制备方法中液滴微喷射制备系统示意图。图2是本专利技术基于微流控芯片剪切流的微胶囊制备方法中微流控芯片制备过程示意图。图3是本专利技术基于微流控芯片剪切流的微胶囊制备方法中微胶囊制备过程示意图。其中，1微喷嘴调节架旋钮；2微喷嘴调节架；3第一连接件；4压电致动器；5内构双锥形玻璃微喷嘴；6第二连接件；7氯化钙溶液；8数码显微镜；9二维工作台；10盖玻片基底；11海藻酸钠图层；12水凝胶阳模；13PDMS液体；14微流控芯片负模；15微流控芯片进液口a；16微流控芯片进液口b；17微流控芯片出液口c；18微流控芯片玻璃基底；19第一注射泵(微胶囊颗粒油溶液)；20第二注射泵(水)；21微胶囊。具体实施方式本专利技术的原理是：采用一种液滴微喷射技术氯化钙溶液微喷射到经过旋涂有海藻酸钠图层的盖玻片基底上，形成具有T型结构的水凝胶阳模，接着将PDMS液体沉积到水凝胶阳模上，固化处理后，将固化的PDMS弹性体与盖玻片分离，得到微流控芯片负模，经过打孔、清洗工艺后将微流控芯片负模与洁净的玻璃基底进行键合，即制得微流控芯片。随后，将微胶囊微粒溶于煤油，分别向微流控芯片的进液口通入煤油和水，煤油在T型微流道拐角处被水剪切，即可在出液口制得微胶囊。本专利技术中，液滴微喷射是通过以脉冲惯性力为主动力，克服内构双锥形玻璃微喷嘴(参见博士论文《数字化液滴微喷射技术及其在印制电子中的应用研究》)内液体的粘性力实现的。所述的脉冲惯性力可用多种方式产生，由于压电器件具有电压-位移动态响应好、响应频率高等特点，可作为整体驱动器置于微喷嘴外部产生脉冲惯性力，故本专利技术脉冲惯性力由压电致动器提供。图1所示为液滴微喷射制备系统示意图，首先将压电致动器4和所需内构双锥形玻璃微喷嘴5由第一连接件3、第二连接件6连接到微喷嘴调节架2上，通过调节微喷嘴调节架旋钮1改变内构双锥形玻璃微喷嘴5与盖玻片基底9的距离。调节数码显微镜7的放大倍数和焦距，使得内构双锥形玻璃微喷嘴5和盖玻片基底9可以清晰的在计算机屏幕上显示出来。图2所示为PDMS微流控芯片制备过程示意图，首先采用液滴微喷射技术在旋涂有海藻酸钠溶液图层11的基底10上制备出微流控芯片水凝胶阳模12。随后在水凝胶阳模12上缓慢、均匀沉积PDMS弹性体13，固化处理后，将其从盖玻片上揭下，得到微流控芯片负模14，并采用微打孔工艺打出微流控芯片进出液口15、16和17。最后将得到的微流控芯片负模14与玻璃基底18进行键合，即制得PDMS微流控芯片。最后，利用注射泵将水和含有微胶囊颗粒的煤油溶液分别以合适的速度通入微流控芯片的进液口15和16，即可从出液口17制得微胶囊21.所述的内构双锥形玻璃微喷嘴5采用玻璃冷热加工工艺制得，首先采用激光微针/微电极拉制仪(Sutter P-97/P-2000，美国Sutter)将毛坯外径为1.0mm、内径为0.6mm的硼硅酸盐玻璃毛细管拉断成微针，然后采用锻针仪(MF-900，日本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于微流控芯片剪切流的微胶囊制备方法，其特征在于，包括具体步骤如下：步骤1.1，对盖玻片基底进行洁净处理，利用旋涂法在盖玻片基底表面进行海藻酸钠涂层的制备；步骤1.2，利用毛细现象将氯化钙溶液胶吸入玻璃微喷嘴；步骤1.3，驱动玻璃微喷嘴，将氯化钙溶液均匀稳定地微喷射到盖玻片基底表面的海藻酸钠涂层上，氯化钙与海藻酸钠发生交联反应，从而形成T型水凝胶阳模；步骤1.4，重复步骤1.3，提高T型水凝胶阳模的高度；步骤1.5，向制得的水凝胶阳模上沉积PDMS液体，待液体没过阳模，对其进行固化处理，形成微流控芯片负模，对微流控芯片负模进行打孔，得到微流控芯片的进出液口；步骤1.6，将打孔后的微流控芯片负模与洁净的玻璃贴合，干燥固化后，在进液口a、进液口b和出液口c分别插入导管，即制得微流控芯片；步骤1.7，将微胶囊微粒溶于煤油，分别向微流控芯片的进液口a和b通入煤油和水，煤油在T型微流道拐角处被水剪切，即可在出液口c制得微胶囊。

【技术特征摘要】
1.一种基于微流控芯片剪切流的微胶囊制备方法，其特征在于，包括具体步骤如下：步骤1.1，对盖玻片基底进行洁净处理，利用旋涂法在盖玻片基底表面进行海藻酸钠涂层的制备；步骤1.2，利用毛细现象将氯化钙溶液胶吸入玻璃微喷嘴；步骤1.3，驱动玻璃微喷嘴，将氯化钙溶液均匀稳定地微喷射到盖玻片基底表面的海藻酸钠涂层上，氯化钙与海藻酸钠发生交联反应，从而形成T型水凝胶阳模；步骤1.4，重复步骤1.3，提高T型水凝胶阳模的高度；步骤1.5，向制得的水凝胶阳模上沉积PDMS液体，待液体没过阳模，对其进行固化处理，形成微流控芯片负模，对微流控芯片负模进行打孔，得到微流控芯片的进出液口；步骤1.6，将打孔后的微流控芯片负模与洁净的玻璃贴合，干燥固化后，在进液口a、进液口b和出液口c分别插入导管，即制得微流控芯片；步骤1.7，将微胶囊微粒溶于煤油，分别向微流控芯片的进液口a和b通入煤油和水，煤油在T型微流道拐角处被水剪切，即可在出液口c制得微胶囊。2.根据权利要求1所述的基于微流控芯片剪切流的微胶囊制备方法，其特征在于，步骤1.1中，所述的海藻酸...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨利军，朱丽，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32