調節磁性褐藻酸鈣微纖維制備過程中磁粒子濃度的方法
【專利摘要】本發明公開了一種調節磁性褐藻酸鈣微纖維制備過程中磁粒子濃度的方法，屬于基于微流道的材料合成領域。所述方法采用的裝置包括：PDMS微流道、七個注射器和四個注射泵。由四個注射泵推動各個注射器將原料溶液注入PDMS微流道，主干道出口處即可得到所述的磁性褐藻酸鈣微纖維，在顯微鏡下實時觀察生成的微纖維中磁性微油滴的大小和間距，并對原料溶液的流速進行實時調整。本發明所述方法通過注射泵精確控制各原料溶液的流速，能夠對褐藻酸鈣微纖維中的磁性納米粒子濃度進行在線實時的調節，使得制備的微纖維具有更加靈活的可操作性。
【專利說明】調節磁性褐藻酸鈣微纖維制備過程中磁粒子濃度的方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種調節磁性褐藻酸鈣微纖維制備過程中磁粒子濃度的方法，屬于基 于微流道的材料合成領域。
【背景技術】
[0002] 褐藻酸鈣微纖維因其良好的生物兼容性、可降解性和機械特性被廣泛應用于細胞 培養，然而對其操作的可控性差極大限制了褐藻酸鈣微纖維的進一步應用和發展。為了增 強褐藻酸鈣微纖維的可操作性和可控性，磁性納米粒子摻入其中，以使微纖維在外加磁場 的作用下可控運動。磁性粒子濃度的大小決定了微纖維受外界磁場力的大小，從而影響微 纖維的可操作性能。
[0003] 傳統的方法在制作磁性褐藻酸鈣纖維前，先將一定濃度的磁性納米粒子與褐藻酸 溶液混合（J· Liua, J. Shi, L. M. Jiang and H. L Zhang, "Yong Chena. Segmented magnetic nanofibers for single cell manipulation，'，Applied surface science, vol. 258, pp. 75 30 - 7535, 2012)，微纖維合成的過程中磁性粒子的濃度不可再調節。而C. Z. Hu等人在制備 磁性褐藻酸鈣纖維的過程中可以調節磁性粒子的濃度，盡管他們也先將一定濃度的磁性納 米粒子與褐藻酸溶液混合形成具有磁性的褐藻酸溶液，但是由于在微流道裝置中加裝了一 個空氣閥，通過控制該空氣閥的通斷調節磁性的褐藻酸溶液和無磁性的褐藻酸溶液的混合 比例，可最終實現磁性褐藻酸鈣纖維中磁性粒子濃度可調的目的（C. Z. Hu，M. Nakajima，H. P. Wang, T. Yue, Υ. J. Shen, Μ. Takeuchi, Q. Huang, Μ. Seki and Τ. Fukuda, "Magnetic Manipulation for Spatially Patterned Alginate Hydrogel Microfibers，'，Proceedings of the 13th IEEE International Conference on Nanotechnology, pp. 529-534,2013)〇 但是，空氣的壓縮性大，空氣閥的控制精度低，遲滯性嚴重，使得磁性粒子的濃度在線調節 效果十分不理想。
【發明內容】
[0004] 針對現有技術在合成磁性褐藻酸鈣微纖維過程中不能實時或較高精度地調節磁 性粒子濃度的問題，本發明的目的在于提供一種調節磁性褐藻酸鈣微纖維制備過程中磁粒 子濃度的方法，通過注射泵精確控制各個溶液的流速，能夠對褐藻酸鈣微纖維中的磁性納 米粒子濃度進行在線實時的調節，使得制備的微纖維具有更加靈活的可操作性。
[0005] 本發明的目的由以下技術方案實現：
[0006] -種調節磁性褐藻酸鈣微纖維制備過程中磁粒子濃度的方法，所述方法采用的裝 置包括：PDMS(聚二甲基硅氧烷）微流道、第一注射器、第二注射器、第三注射器、第四注射 器、第五注射器、第六注射器、第七注射器、第一注射泵、第二注射泵、第三注射泵和第四注 射泵；
[0007] 其中，PDMS微流道包括主干道、第一組分支通道、第二組分支通道和第三組分支通 道；主干道為一條長直的通道，從入口到出口方向依次分布第一組分支通道、第二組分支通 道和第三組分支通道；每組分支通道有兩個通道，對稱分布在主干道兩側，并與主干道垂直 聯通，形成三個十字形結構；
[0008] 第一注射器由第一注射泵控制并與主干道入口連接，第二注射器、第三注射器均 由第二注射泵控制并分別與第一組分支通道的兩個入口連接，第四注射器、第五注射器均 由第三注射泵控制并分別與第二組分支通道的兩個入口連接，第六注射器、第七注射器均 由第四注射泵控制并分別與第三組分支通道的兩個入口連接；
[0009] 優選主干道與第一組分支通道、第二組分支通道、第三組分支通道交匯后直徑依 次增大。
[0010] 所述方法步驟如下：
[0011] (1)將含磁性納米粒子的油溶液放入第一注射器中，褐藻酸溶液放入第二和第三 注射器，葡聚糖溶液放入第四和第五注射器中，氯化鈣溶液入第六和第七注射器中；
[0012] (2)由四個注射泵按照設定的初始流速推動各個注射器將其內的溶液注入PDMS 微流道；主干道出口處即得到所述的磁性褐藻酸鈣微纖維，在顯微鏡下實時觀察生成的微 纖維中磁性微油滴的大小和間距；如果磁性微油滴的大小和間距符合要求,則不需調整溶 液流速，直至反應結束；如果磁性微油滴的大小和間距不符合要求，則實時調整相應溶液的 流速，直至符合要求，停止流速調整，按照固定流速注入各個溶液，直至反應結束；
[0013] 所述磁粒子濃度由微纖維中磁性微油滴的大小和間距表征。
[0014] 系統工作時，含磁性納米粒子的油溶液在第一個十字形結構被褐藻酸溶液切割為 連續的具有一定大小的磁性微油滴；磁性微油滴隨褐藻酸溶液繼續流動，在第二個和第三 個十字形結構處分別與葡聚糖溶液及氯化鈣溶液匯合形成多層流結構；之后褐藻酸和氯化 鈣在主干道中發生交聯反應生成褐藻酸鈣微纖維，磁性微油滴被固定在褐藻酸鈣纖維中使 其具有磁性并通過主干道出口噴出，葡聚糖溶液起緩沖作用。
[0015] 通過上述過程可以看出，控制注射泵改變溶液流速，磁性微油滴在褐藻酸鈣纖維 的大小和間距就會隨之改變，從而使得褐藻酸鈣微纖維中的磁性納米粒子濃度得以改變。
[0016] 有益效果
[0017] 本發明通過注射泵精確控制各個溶液的流速，能夠對褐藻酸鈣微纖維中的磁性納 米粒子濃度進行在線實時的調節，使得制備的微纖維具有更加靈活的可操作性。此外，由于 磁性納米粒子被油滴包裹，磁性粒子被外界磁力操控過程產生的聚集熱量將不會直接作用 于褐藻酸鈣纖維中的其它包裹物，減緩了聚集熱對其它包裹物（如細胞）的損害。微流道 主干道與第一組分支通道、第二組分支通道、第三組分支通道交匯后直徑依次增大，可以使 注入微流道的不同溶液混合后反應更充分，且不容易堵塞通道。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0018] 圖1為本發明采用的PDMS微流道結構示意圖；
[0019] 其中，1 一主干道，2-第一組分支通道，3-第二組分支通道，4一第二組分支通道。
【具體實施方式】
[0020] 下面結合附圖和具體實施例來詳述本發明，但不限于此。
[0021] 主要試劑
[0022]
【權利要求】
1. 一種調節磁性褐藻酸鈣微纖維制備過程中磁粒子濃度的方法，其特征在于，所述方 法采用的裝置包括：PDMS微流道、第一注射器、第二注射器、第三注射器、第四注射器、第五 注射器、第六注射器、第七注射器、第一注射泵、第二注射泵、第三注射泵和第四注射泵； 其中，PDMS微流道包括主干道（1)、第一組分支通道（2)、第二組分支通道（3)和第三 組分支通道（4);主干道（1)為一條長直的通道，從入口到出口方向依次分布第一組分支通 道（2)、第二組分支通道（3)和第三組分支通道（4);每組分支通道有兩個通道，對稱分布在 主干道（1)兩側，并與主干道（1)垂直聯通，形成三個十字形結構； 第一注射器由第一注射泵控制并與主干道（1)入口連接，第二注射器、第三注射器均 由第二注射泵控制并分別與第一組分支通道（2)的兩個入口連接，第四注射器、第五注射 器均由第三注射泵控制并分別與第二組分支通道（3)的兩個入口連接，第六注射器、第七 注射器均由第四注射泵控制并分別與第三組分支通道（4)的兩個入口連接； 所述方法步驟如下： (1) 將含磁性納米粒子的油溶液放入第一注射器中，褐藻酸溶液放入第二和第三注射 器，葡聚糖溶液放入第四和第五注射器中，氯化鈣溶液入第六和第七注射器中； (2) 由四個注射泵按照設定的初始流速推動各個注射器將其內的溶液注入PDMS微流 道；主干道（1)出口處即得到所述的磁性褐藻酸鈣微纖維，在顯微鏡下實時觀察生成的微 纖維中磁性微油滴的大小和間距；如果磁性微油滴的大小和間距符合要求,則不需調整溶 液流速，直至反應結束；如果磁性微油滴的大小和間距不符合要求，則實時調整相應溶液的 流速，直至符合要求，停止流速調整，按照固定流速注入各個溶液，直至反應結束； 所述磁粒子濃度由微纖維中磁性微油滴的大小和間距表征。
2. 根據權利要求1所述的一種調節磁性褐藻酸鈣微纖維制備過程中磁粒子濃度的方 法，其特征在于，主干道（1)與第一組分支通道（2)、第二組分支通道（3)、第三組分支通道 (4)交匯后直徑依次增大。
【文檔編號】D01D1/09GK104233479SQ201410442709
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年9月2日 優先權日:2014年9月2日
【發明者】黃強, 孫韜, 于寧, 石青, 福田敏男 申請人:北京理工大學