一種用于制備海藻酸鈣纖維的微流體裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種用于制備海藻酸鈣纖維的微流體裝置，包括流通管A，在所述流通管A外套有流通管B，在所述流通管B外又套有流通管C；所述流通管A形成第一內(nèi)相流體流通管道，流通管A的流出端口為尖頭形，位于所述流通管B內(nèi)；所述流通管B形成中相流體流通管道，流通管B的流出端口為尖頭形，位于所述流通管C內(nèi)；所述流通管C形成外相流體流通管道，所述內(nèi)、中、外三相流體的流向相同，所述流通管A、B和C的流入端口分別與第一、第二和第三進(jìn)液動(dòng)力裝置連通。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，設(shè)計(jì)獨(dú)特，成本較低，可通過(guò)進(jìn)液動(dòng)力裝置分別調(diào)節(jié)各相流體的流速，實(shí)現(xiàn)對(duì)纖維長(zhǎng)度、直徑及孔洞大小等結(jié)構(gòu)和尺寸的控制，操作簡(jiǎn)單方便，可重復(fù)性，且不損傷細(xì)胞。
【專利說(shuō)明】一種用于制備海藻酸鈣纖維的微流體裝置
[0001]
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]本發(fā)明涉及生物材料制備裝置領(lǐng)域，特別是涉及一種用于制備海藻酸鈣纖維的微流體裝置。
【背景技術(shù)】
[0003]生物材料主要作用于人體，因此對(duì)其要求非常嚴(yán)格。一般來(lái)說(shuō)，生物材料具有四個(gè)方面特性:(1)生物功能性:因各種生物材料的用途而異；(2)生物相容性:主要包括血液相容性和組織相容性，如無(wú)毒、無(wú)致癌性、無(wú)熱原反應(yīng)、無(wú)免疫排斥反應(yīng)等；(3)化學(xué)穩(wěn)定性:耐生物老化性或可控生物降解性；(4)可加工性:能夠成型、消毒，如紫外滅菌、高壓煮沸等。
[0004]海藻酸鹽凝膠作為一種穩(wěn)定的材料，正被廣泛應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。其中，海藻酸鈣凝膠因具有許多優(yōu)良性質(zhì)，如生物相容性好、細(xì)胞毒性較低、無(wú)免疫原性、可被生物降解、可以在適宜的條件下加工成形等，近年來(lái)被廣泛應(yīng)用于組織工程、細(xì)胞培養(yǎng)和藥物輸送等方面，是一種優(yōu)良的生物材料。
[0005]從傳統(tǒng)角度講，水凝膠纖維可以通過(guò)紡絲的方法生成，即將海藻酸鈉溶液通過(guò)噴絲頭的小孔擠入凝膠收集池中，當(dāng)池中有合適的化學(xué)試劑(如鈣離子或其他二價(jià)陽(yáng)離子)與海藻酸鈉高分子鏈交聯(lián)形成凝膠態(tài)時(shí)，或者當(dāng)海藻酸鈉在有機(jī)溶劑(如丙酮)中無(wú)法溶解時(shí)，即形成纖維，纖 維直徑一般在幾十至幾百微米。除此之外，靜電紡絲技術(shù)已經(jīng)被用來(lái)生成各種多聚物纖維，纖維直徑可以達(dá)到亞微米級(jí)。這種較稀薄的多聚物纖維可以形成性能更佳的織物，并且可顯著提高織物的強(qiáng)度，這是因?yàn)樵谙♂屵^(guò)程中，高分子鏈間沿軸線的對(duì)齊性更好。然而，用這種方法將功能性材料(例如生物細(xì)胞)封裝在纖維內(nèi)卻很困難，因?yàn)殪o電紡絲一般適用于制備納米纖維，而細(xì)胞一般在微米尺度，并且靜電紡絲的過(guò)程一般要求同種多聚物溶液，另外其所需的高壓電場(chǎng)可能會(huì)對(duì)細(xì)胞造成損傷。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明主要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種用于制備海藻酸鈣纖維的微流體裝置，由其制備的海藻酸鈣纖維解決了靜電紡絲制備纖維時(shí)，在纖維尺寸及制備工藝方面均不能封裝功能性材料的缺點(diǎn)。
[0007]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用的一個(gè)技術(shù)方案是:提供一種用于制備海藻酸鈣纖維的微流體裝置，所述微流體裝置包括流通管A，在所述流通管A的外面套有流通管B，在所述流通管B外又套有流通管C ;所述流通管A形成第一內(nèi)相流體的流通管道，所述流通管A的流出端口為尖頭形 ，且所述流通管A的流出端口位于所述流通管B內(nèi)；所述流通管B形成中相流體的流通管道，所述流通管B的流出端口為尖頭形，且所述流通管B的流出端口位于所述流通管C內(nèi)；所述流通管C形成外相流體的流通管道，所述內(nèi)、中、外三相流體的流向相同，所述流通管A、B和C的流入端口分別與第一進(jìn)液動(dòng)力裝置、第二進(jìn)液動(dòng)力裝置和第三進(jìn)液動(dòng)力裝置連通。
[0008]在本發(fā)明一個(gè)較佳實(shí)施例中，所述微流體裝置還包括一個(gè)流通管D，所述流通管D與所述流通管A相鄰，并套裝于所述流通管B中，所述流通管D形成第二內(nèi)相流體的流通管道，所述流通管D的流出端口為尖頭形，且所述流通管D的流出端口位于所述流通管B內(nèi)；所述流通管D的流入端口與第四進(jìn)液動(dòng)力裝置連通。
[0009]在本發(fā)明一個(gè)較佳實(shí)施例中，所述流通管A的內(nèi)徑為所述流通管B內(nèi)徑的2/3。
[0010]在本發(fā)明一個(gè)較佳實(shí)施例中，所述流通管A的直徑大于所述流通管D的直徑，所述流通管A和流通管D內(nèi)的流體相同。
[0011]在本發(fā)明一個(gè)較佳實(shí)施例中，所述流通管A、B、C、D均為玻璃管。
[0012]在本發(fā)明一個(gè)較佳實(shí)施例中，所述進(jìn)液動(dòng)力裝置包括進(jìn)液泵和注射器連接針頭，所述進(jìn)液泵通過(guò)導(dǎo)管與所述注射器連接針頭接通，所述注射器連接針頭通過(guò)導(dǎo)管與所述流通管連通。
[0013]在本發(fā)明一個(gè)較佳實(shí)施例中，所述內(nèi)相流體為油相或氣相；所述中相流體為海藻酸鈉溶液；所述外相流體為氯化鈣溶液。
[0014]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明一種用于制備海藻酸鈣纖維的微流體裝置，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，設(shè)計(jì)獨(dú)特，成本較低，可通過(guò)進(jìn)液動(dòng)力裝置分別調(diào)節(jié)各相流體的流速，實(shí)現(xiàn)對(duì)纖維長(zhǎng)度、直徑及孔洞大小等結(jié)構(gòu)和尺寸的控制，操作簡(jiǎn)單方便，可重復(fù)性，且不損傷細(xì)胞。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0015]圖1是本發(fā)明一種用于制備海藻酸鈣纖維的微流體裝置用于制備棒狀海藻酸鈣纖維的結(jié)構(gòu)流程示意圖；`
圖2是本發(fā)明一種用于制備海藻酸鈣纖維的微流體裝置用于制備多孔狀海藻酸鈣纖維的結(jié)構(gòu)流程示意圖；
圖3是本發(fā)明一種用于制備海藻酸鈣纖維的微流體裝置用于制備棒狀多孔復(fù)合結(jié)構(gòu)海藻酸鈣纖維的結(jié)構(gòu)流程示意圖；
附圖中各部件的標(biāo)記如下:1.流通管A，2.流通管B，3.流通管C，4.第一進(jìn)液動(dòng)力裝置，5.第二進(jìn)液動(dòng)力裝置，6.第三進(jìn)液動(dòng)力裝置，7.油滴或氣泡，8.棒狀海藻酸鈣纖維，
9.連續(xù)多孔狀海藻酸鈣纖維，10.棒狀多孔復(fù)合結(jié)構(gòu)海藻酸鈣纖維，11.流通管D，12第四進(jìn)液動(dòng)力裝置。
【具體實(shí)施方式】
[0016]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的較佳實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)闡述，以使本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和特征能更易于被本領(lǐng)域技術(shù)人員理解，從而對(duì)本發(fā)明的保護(hù)范圍做出更為清楚明確的界定。
[0017]實(shí)施例中采用的實(shí)施條件可以根據(jù)具體廠家的條件做進(jìn)一步調(diào)整，未注明的實(shí)施條件通常為常規(guī)實(shí)驗(yàn)中的條件。
[0018]請(qǐng)參閱附圖,本發(fā)明實(shí)施例包括:
一種用于制備海藻酸鈣纖維的微流體裝置，所述微流體裝置包括流通管A，在所述流通管A的外面套有流通管B，在所述流通管B外又套有流通管C ;所述流通管A形成第一內(nèi)相流體的流通管道，所述流通管A的流出端口為尖頭形，且所述流通管A的流出端口位于所述流通管B內(nèi)；所述流通管B形成中相流體的流通管道，所述流通管B的流出端口為尖頭形，且所述流通管B的流出端口位于所述流通管C內(nèi)；所述流通管C形成外相流體的流通管道；所述微流體裝置還包括一個(gè)流通管D，所述流通管D與所述流通管A相鄰，并套裝于所述流通管B中，所述流通管D形成第二內(nèi)相流體的流通管道，所述流通管D的流出端口為尖頭形，且所述流通管D的流出端口位于所述流通管B內(nèi)；所述內(nèi)、中、外三相流體的流向相同，所述流通管A、B、C和D的流入端口分別與第一進(jìn)液動(dòng)力裝置4、第二進(jìn)液動(dòng)力裝置5、第三進(jìn)液動(dòng)力裝置6和第四進(jìn)液動(dòng)力裝置12連通。
[0019]其中，所述流通管A的內(nèi)徑為所述流通管B內(nèi)徑的2/3 ;所述流通管A的直徑大于所述流通管D的直徑，所述流通管A和流通管D內(nèi)的流體相同；所述流通管A、B、C、D均為玻璃管；所述進(jìn)液動(dòng)力裝置包括進(jìn)液泵和注射器連接針頭，所述進(jìn)液泵通過(guò)導(dǎo)管與所述注射器連接針頭接通，所述注射器連接針頭通過(guò)導(dǎo)管與所述流通管連通；所述內(nèi)相流體為油相或氣相；所述中相流體為海藻酸鈉溶液；所述外相流體為氯化鈣溶液。
[0020]通過(guò)上述微流體裝置制備的海藻酸鈣纖維，為多孔狀、棒狀或棒狀多孔復(fù)合結(jié)構(gòu)海藻酸鈣水凝膠，由海藻酸鈉溶液和氯化鈣溶液混合發(fā)生凝膠化反應(yīng)得到。纖維直徑為10~500 μ m ;棒狀或棒狀多孔復(fù)合結(jié)構(gòu)纖維的長(zhǎng)度為50 μ m~5mm ;多孔狀或棒狀多孔復(fù)合結(jié)構(gòu)纖維中孔洞的直徑為5~500 μπι。所述海藻酸鈣纖維可包埋細(xì)胞或生物活性分子(如蛋白質(zhì)等)，用于細(xì)胞粘附生長(zhǎng)、細(xì)胞培養(yǎng)或藥物輸送等方面。
[0021]利用上述微流體裝置制備所述海藻酸鈣纖維的方法為:
(1)配制油相或氣相，海藻酸鈉溶液以及氯化鈣溶液，并將其分別按照內(nèi)、中、外三相用第一、第二和第三進(jìn)液動(dòng)力裝置泵入流通管Α、B和C中；
(2)調(diào)節(jié)流通管A內(nèi)的流體流速，使其大于所述中相流體流通管B內(nèi)的流體流速，使形成的油滴或氣泡充滿整個(gè)流通`管B的內(nèi)壁，凝膠化反應(yīng)生產(chǎn)的纖維被這些油滴或氣泡隔斷，生成棒狀海藻酸鈣纖維；調(diào)節(jié)流通管A內(nèi)的流體流速，使其小于所述中相流體流通管B內(nèi)的流體流速，使形成的油滴或氣泡充滿海藻酸鈉溶液，凝膠化的纖維可保持連續(xù)性，在其內(nèi)部形成多孔狀結(jié)構(gòu)；將油相或氣相同時(shí)注入第一內(nèi)相流體流通管A和第二內(nèi)相流體流通管D中，并同時(shí)調(diào)節(jié)所述流通管A和D中的流體流速，使第一內(nèi)相流體流通管A內(nèi)的流體流速大于所述中相流體流通管B內(nèi)的流體流速，使第二內(nèi)相流體流通管D內(nèi)的流體流速小于所述中相流體流通管B內(nèi)的流體流速，使形成的油滴或氣泡充滿整個(gè)中相流體流通管B的內(nèi)壁和海藻酸鈉溶液，凝膠化反應(yīng)生成具有多孔結(jié)構(gòu)的棒狀纖維；
(3)對(duì)生成的纖維進(jìn)行收集或洗滌，得到棒狀多孔結(jié)構(gòu)海藻酸鈣纖維。
[0022]其中，所述油相為甲基硅油或豆油；所述氣相為空氣或氧氣；所述海藻酸鈉水溶液的重量百分比為0.2~20%。
[0023]實(shí)施例1
(I)海藻酸鈉溶液與油滴混合狀態(tài)的生成:按照?qǐng)D1所示，將玻璃管A、B、C分別用膠黏結(jié)在玻璃片上，然后將玻璃管A依次插入玻璃管B和C中，使玻璃管A和B的尖頭形端部均作為流出端，然后在膠沒(méi)有完全干的情況下，在顯微鏡下調(diào)整玻璃管之間的位置，使得細(xì)管在粗管的正中間。通過(guò)第一進(jìn)液動(dòng)力裝置中的泵I和IOml的注射器向A管中推注甲基硅油KF-96 (50CS)，通過(guò)第二進(jìn)液動(dòng)力裝置中的泵2和2.5ml的注射器連接針頭向B管內(nèi)推注lwt%海藻酸鈉溶液，通過(guò)第三進(jìn)液動(dòng)力裝置中的泵3和IOml的注射器連接針頭C管內(nèi)推注2wt%的氯化鈣溶液，并使A管相流速較大，在油水剪切力作用下生成較大的油滴并充滿整個(gè)B管內(nèi)壁，將海藻酸鈉溶液隔斷，經(jīng)過(guò)與C中的氯化鈣溶液反應(yīng)后生成被油滴隔斷的海藻酸鈣纖維；
(2)玻璃管末端通入收集液，對(duì)生成的纖維進(jìn)行收集，該收集液為40ml去離子水和6ml濃度為10wt%的氯化鈣溶液的混合液；
(3)在吹打作用下，最終生成棒狀海藻酸鈣纖維。
[0024]實(shí)施例2
(1)海藻酸鈉溶液與油滴混合狀態(tài)的生成:按照?qǐng)D2所示，使用與實(shí)施例1中相同的裝置。通過(guò)第一進(jìn)液動(dòng)力裝置中的泵I和IOml的注射器連接針頭向A管中推注體積比為9:1的甲基硅油KF-96 (50CS)和表面活性劑F108 (lwt%)的混合液，通過(guò)第二進(jìn)液動(dòng)力裝置中的泵2和2.5ml的注射器連接針頭向B管中推注2wt%海藻酸鈉溶液，通過(guò)第三進(jìn)液動(dòng)力裝置中的泵3和IOml的注射器連接針頭向C管內(nèi)推注2wt%的氯化鈣溶液，并使A管相流速較小，在油水剪切力的作用下生成一個(gè)個(gè)較小的油滴充滿海藻酸鈉溶液，經(jīng)過(guò)與外管中的氯化鈣溶液反應(yīng)后生成內(nèi)部含有許多小油滴海藻酸鈣纖維；
(2)玻璃管末端通入收集液，對(duì)生成的纖維進(jìn)行收集，該收集液為40ml去離子水和6ml濃度為10wt%的氯化鈣溶液的混合液；
(3)將上述含有油滴的纖維用正己烷清洗兩遍，并在正己烷中浸泡三小時(shí)，再分別用無(wú)水乙醇和超純水清洗兩遍，可以在金相顯微鏡下觀察到油滴已部分去除，重復(fù)上述洗滌過(guò)程兩到三次，即可將纖維內(nèi)部的油滴完全去除，從而制得多孔結(jié)構(gòu)纖維。
[0025]實(shí)施例3
(1)海藻酸鈉溶液與油滴混合狀態(tài)的生成:按照?qǐng)D3所示，在實(shí)施例1中所述裝置的基礎(chǔ)上，再在B管中增加一根內(nèi)管D，并由通過(guò)第四進(jìn)液動(dòng)力裝置中的泵4和Iml的注射器連接針頭向D管中推注體積比為9:1的甲基硅油KF-96 (50CS)和表面活性劑F108 (lwt%)的混合液，通過(guò)控制A管和D管內(nèi)液相的不同流速，可以使被大油滴隔斷的海藻酸鈉溶液中還充滿小油滴，經(jīng)過(guò)與外管中的氯化鈣溶液反應(yīng)后生成被油滴隔斷的同時(shí)內(nèi)部含有許多小油滴的海藻酸鈣纖維；
(2)玻璃管末端通入收集液，對(duì)生成的纖維進(jìn)行收集，該收集液為40ml去離子水和6ml濃度為10wt%的氯化鈣溶液的混合液；
(3)在吹打作用下，生成內(nèi)部含有很多小油滴的棒狀纖維；
(4)將上述含有油滴的棒狀纖維用正己烷清洗兩遍，并在正己烷中浸泡三小時(shí)，再分別用無(wú)水乙醇和超純水清洗兩遍，可以在金相顯微鏡下觀察到油滴已部分去除，重復(fù)上述洗滌過(guò)程兩到三次，即可將纖維內(nèi)部的油滴完全去除，從而制得棒狀多孔復(fù)合結(jié)構(gòu)纖維。
[0026]以上所述僅為本發(fā)明的實(shí)施例，并非因此限制本發(fā)明的專利范圍，凡是利用本發(fā)明說(shuō)明書及附圖內(nèi) 容所作的等效結(jié)構(gòu)或等效流程變換，或直接或間接運(yùn)用在其他相關(guān)的【技術(shù)領(lǐng)域】，均同理包括在本發(fā)明的專利保護(hù)范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種用于制備海藻酸鈣纖維的微流體裝置，其特征在于，所述微流體裝置包括流通管A，在所述流通管A的外面套有流通管B，在所述流通管B外又套有流通管C ;所述流通管A形成第一內(nèi)相流體的流通管道，所述流通管A的流出端口為尖頭形，且所述流通管A的流出端口位于所述流通管B內(nèi)；所述流通管B形成中相流體的流通管道，所述流通管B的流出端口為尖頭形，且所述流通管B的流出端口位于所述流通管C內(nèi)；所述流通管C形成外相流體的流通管道，所述內(nèi)、中、外三相流體的流向相同，所述流通管A、B和C的流入端口分別與第一進(jìn)液動(dòng)力裝置、第二進(jìn)液動(dòng)力裝置和第三進(jìn)液動(dòng)力裝置連通。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于制備海藻酸鈣纖維的微流體裝置，其特征在于，所述微流體裝置還包括一個(gè)流通管D，所述流通管D與所述流通管A相鄰，并套裝于所述流通管B中，所述流通管D形成第二內(nèi)相流體的流通管道，所述流通管D的流出端口為尖頭形，且所述流通管D的流出端口位于所述流通管B內(nèi)；所述流通管D的流入端口與第四進(jìn)液動(dòng)力裝置連通。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的用于制備海藻酸鈣纖維的微流體裝置，其特征在于，所述流通管A的內(nèi)徑為所述流通管B內(nèi)徑的2/3。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的用于制備海藻酸鈣纖維的微流體裝置，其特征在于，所述流通管A的直徑大于所述流通管D的直徑，所述流通管A和流通管D內(nèi)的流體相同。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的用于制備海藻酸鈣纖維的微流體裝置，其特征在于，所述流通管A、B、C、D均為玻璃管。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的用于制備海藻酸鈣纖維的微流體裝置，其特征在于，所述進(jìn)液動(dòng)力裝置包括進(jìn)液泵和注射器連接針頭，所述進(jìn)液泵通過(guò)導(dǎo)管與所述注射器連接針頭接通，所述注射器連接針頭通過(guò)導(dǎo)管與所述流通管連通。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的用于制備海藻酸鈣纖維的微流體裝置，其特征在于，所述內(nèi)相流體為油相或氣相；所述中相流`體為海藻酸鈉溶液；所述外相流體為氯化鈣溶液。
【文檔編號(hào)】C12N11/10GK103820425SQ201410025609
【公開(kāi)日】2014年5月28日 申請(qǐng)日期:2014年1月21日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月21日
【發(fā)明者】趙遠(yuǎn)錦, 商珞然, 程瑤, 李艷娜, 顧忠澤 申請(qǐng)人:東南大學(xué)