一種基于液橋現(xiàn)象的不規(guī)則微凝膠制備方法
【專(zhuān)利摘要】一種基于液橋現(xiàn)象的不規(guī)則微凝膠制備方法，采用可控高度的升降機(jī)械平臺(tái)，分別選擇親/疏水性不同的表面材料固定在機(jī)械平臺(tái)的固定端和可升降端。使用微量移液器量取一定體積的水凝膠前體溶液，滴于兩個(gè)表面材料之間，通過(guò)拉伸或壓縮水凝膠前體液滴，形成液橋。通過(guò)調(diào)整兩個(gè)表面材料與液滴接觸部位的形狀、材料特性以及兩表面的間距，可得到不同目標(biāo)形狀的液橋。針對(duì)不同特性的水凝膠前體液滴，可采取不同物理和化學(xué)交聯(lián)方法使其固化。該方法簡(jiǎn)便快捷，不受材料限制，形狀可控，并且通過(guò)簡(jiǎn)單技術(shù)改進(jìn)可以直接形成高通量及內(nèi)部存在梯度的液橋，是一種非常有潛力的不規(guī)則微凝膠的制備方法，為將來(lái)組織工程基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)單元的制備提供有力的支撐。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
一種基于液橋現(xiàn)象的不規(guī)則微凝膠制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及微凝膠制備【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種基于液橋現(xiàn)象的不規(guī)則微凝膠制備方法。

【背景技術(shù)】
[0002]目前，微凝膠已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于藥物輸送、組織工程、生物傳感、生物條形碼等領(lǐng)域。微凝膠的形狀，作為一個(gè)重要參數(shù)可以顯著地影響其功能。為了更好的模擬自然界中大量存在的不同形狀的微結(jié)構(gòu)重復(fù)單元，不規(guī)則微凝膠是一個(gè)理想的解決方案。事實(shí)上，人體本身就具有很多不規(guī)則的重復(fù)結(jié)構(gòu)單元，如肝、腎、肺中都存在大量不規(guī)則重復(fù)單元，通過(guò)一定組合，實(shí)現(xiàn)了復(fù)雜的功能。與之類(lèi)似，構(gòu)建一個(gè)精確設(shè)計(jì)的微凝膠矩陣，對(duì)很多的生物應(yīng)用有所助益。
[0003]目前，已經(jīng)有許多方法用于非對(duì)稱(chēng)微凝膠制備，如拉伸法(Lele PP et al.2009)、模板法(Rolland JP et al.2005)、微流體(Dendukuri D et al.2005)和光掩模法(Du YNet al.2008)等。雖然這些方法可以部分實(shí)現(xiàn)高通量、形狀的精確控制或操作簡(jiǎn)便易行，但仍然存在各自的局限性。例如，利用拉伸圓形顆?？梢缘玫椒菍?duì)稱(chēng)性的啞鈴型或橢圓形微凝膠，但這種方法要求合成微凝膠的材料對(duì)溫度敏感，使其便于達(dá)到玻璃化溫度；利用模板法制備微凝膠時(shí)，將微凝膠和模板分離時(shí)很容易破壞微凝膠的結(jié)構(gòu)，同時(shí)對(duì)模板的制備技術(shù)要求較高，并非所有實(shí)驗(yàn)室都可實(shí)現(xiàn)；利用微流體制備的微凝膠雖然形狀可以得到較精確地控制，但是合成的微凝膠由于包裹在油中，這將限制其進(jìn)一步用于生物應(yīng)用；利用光掩模法，則要求微凝膠材料必須為光敏感型，通過(guò)紫外光實(shí)現(xiàn)交聯(lián)，但是由于光本身的折射和散射，導(dǎo)致光掩模法合成的微凝膠厚度有限，且存在不可控性。因此，亟需發(fā)明一種生物應(yīng)用前景良好的微凝膠的方法。
[0004]當(dāng)液體存在于兩個(gè)固體表面之間時(shí)，液體將形成液橋，連接兩個(gè)固體表面。這個(gè)現(xiàn)象廣泛存在于自然界中。比如，許多昆蟲(chóng)(如甲殼蟲(chóng)和綠頭蒼蠅)利用自己分泌的液體在自己的肢體和貼附表面間形成液橋，從而增強(qiáng)貼附力。這個(gè)現(xiàn)象目前還被用于工業(yè)領(lǐng)域。比如，印刷工業(yè)利用液橋轉(zhuǎn)印油墨，包裝工業(yè)利用這個(gè)現(xiàn)象來(lái)去膠。然而，液橋現(xiàn)象還未被用于微凝膠的制備。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種基于液橋現(xiàn)象的不規(guī)則微凝膠制備方法，該方法具備成本低、制備方法簡(jiǎn)單、不受材料限制、制得的微凝膠尺寸可控、形貌可調(diào)等優(yōu)點(diǎn)。
[0006]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為:
[0007]—種基于液橋現(xiàn)象的不規(guī)則微凝膠制備方法，包括以下步驟:
[0008]步驟1:將第一表面材料固定在升降機(jī)械平臺(tái)的可升降端，將第二表面材料固定在升降機(jī)械平臺(tái)的固定端；
[0009]步驟2:使用微量移液器吸取能夠形成液橋的水凝膠前體溶液，滴加至固定在升降機(jī)械平臺(tái)固定端的第二表面材料上，在第二表面材料上形成能夠形成液橋的水凝膠前體液滴；
[0010]步驟3:調(diào)整升降機(jī)械平臺(tái)，使第一表面材料靠近第二表面材料，直至第一表面材料與水凝膠前體液滴相接觸，在第一、第二表面材料之間形成液橋，然后繼續(xù)調(diào)整升降機(jī)械平臺(tái)，使第一表面材料遠(yuǎn)離或靠近第二表面材料，直至液橋的形狀為所需的不規(guī)則微凝膠形狀；
[0011]步驟4:根據(jù)水凝膠前體液滴的種類(lèi)和性質(zhì)，采用相應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)或物理手段使液橋中的水凝膠交聯(lián)固定，得到所需形狀的不規(guī)則微凝膠。
[0012]所述的第一表面材料和第二表面材料的親\疏水性范圍是從超親水至超疏水。
[0013]所述的第一表面材料和第二表面材料的材質(zhì)包括玻璃、金屬、PMMA板、以及經(jīng)超疏水試劑處理的玻璃。
[0014]所述的第一表面材料和第二表面材料均為任意形狀，第一表面材料和第二表面材料的相對(duì)位置為平行或成0°?45°的夾角，第一表面材料和第二表面材料之間的距離為能夠形成液橋的任意距離。
[0015]所述的水凝膠前體液滴的體積為0.05 μ I?2 μ I。
[0016]所述的水凝膠前體溶液為能夠通過(guò)升降溫、紫外光照射、或化學(xué)催化反應(yīng)交聯(lián)固化的水凝膠前體溶液。
[0017]所述的水凝膠前體溶液包括含有2-羥基-2甲基苯丙酮的PEG溶液，丙烯酰胺、甲叉雙丙烯酰胺、過(guò)硫酸銨和N，N，N’，N’ -四甲基二乙胺的混合溶液，明膠溶液，以及含有細(xì)胞的PEG溶液。
[0018]在制備不規(guī)則微凝膠陣列時(shí)，用細(xì)胞打印機(jī)或排槍在第二表面材料上打印出水凝膠前體液滴陣列，然后調(diào)整升降機(jī)械平臺(tái)，第一表面材料靠近第二表面材料并形成液橋，交聯(lián)固化后，得到不規(guī)則微凝膠陣列。
[0019]在制備具有內(nèi)部梯度的不規(guī)則微凝膠時(shí)，在第一表面材料和第二表面材料上分別滴加水凝膠前體液滴，且第一表面材料上的水凝膠前體液滴和第二表面材料上的水凝膠前體液滴中含有不同濃度或不同成分的細(xì)胞和/或化學(xué)物質(zhì)；然后調(diào)整升降機(jī)械平臺(tái)，使第一、第二表面材料相互靠近并形成液橋，交聯(lián)固化后，得到內(nèi)部具有細(xì)胞梯度、化學(xué)梯度和/或硬度梯度的不規(guī)則微凝膠。
[0020]通過(guò)建立數(shù)理模型對(duì)制備的不規(guī)則微凝膠的形狀進(jìn)行模擬，
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[0021][1+(鮮:/ζ)2]? R小+(dR/dz) r r
[0022]其中z為液橋的界面各點(diǎn)的豎直方向坐標(biāo)，R(Z)為z的軸向坐標(biāo)，R為R(Z)的簡(jiǎn)寫(xiě)，ΛΡ為液橋的界面內(nèi)外壓強(qiáng)差，Y為液橋的表面張力系數(shù)，P為液橋的密度，g為重力常數(shù)，通過(guò)伽遼金有限元方法求解上述方程以及液橋的界面在兩端點(diǎn)處的邊界條件，求得的數(shù)值解(R(Z)，Z)即為模擬的不規(guī)則微凝膠的形貌。
[0023]相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有以下有益效果:
[0024]本發(fā)明提供的基于液橋現(xiàn)象的不規(guī)則微凝膠制備方法，使水凝膠前體液滴在第一表面材料和第二表面材料之間形成液橋，交聯(lián)固化后即得到不規(guī)則微凝膠，可以通過(guò)調(diào)整與水凝膠前體液滴接觸的第一、第二表面材料的形狀、親/疏水性、水凝膠前體液滴的體積大小、以及調(diào)節(jié)拉伸或壓縮液橋的高度，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)不規(guī)則微凝膠的形狀調(diào)控。本發(fā)明中由于液橋的形狀與第一、第二表面材料的親疏水性、第一、第二表面材料的間距，第一、第二表面材料的形狀，水凝膠前體液滴體積等參數(shù)密切相關(guān)，因此通過(guò)改變第一、第二表面材料的親疏水性，或者通過(guò)改變液橋的高度就可以很容易實(shí)現(xiàn)改變液橋形狀的目的。本發(fā)明基于液橋現(xiàn)象制備不規(guī)則微凝膠，具有成本低、制備方法簡(jiǎn)單、操作簡(jiǎn)便、不受材料限制、制得的不規(guī)則微凝膠結(jié)構(gòu)及尺寸可控、形貌可調(diào)、易實(shí)現(xiàn)內(nèi)部梯度及高通量等優(yōu)點(diǎn)，并且對(duì)于不同類(lèi)型的水凝膠前體溶液，采取不同的方法使其交聯(lián)固化，交聯(lián)后容易與第一、第二表面材料分離，是一種非常有潛力的不規(guī)則微凝膠的制備方法。而且制得的不規(guī)則微凝膠能夠用于組織工程和再生醫(yī)學(xué)中細(xì)胞間相互作用，細(xì)胞與基質(zhì)相互作用，微凝膠組裝等應(yīng)用研究，生物應(yīng)用前景良好。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0025]圖1為基于液橋的微凝膠制備流程示意圖。
[0026]其中I為第一表面材料、2為第二表面材料、3為水凝膠前體液滴。
[0027]圖2為實(shí)施例1上下表面均為玻璃表面制備的聚乙二醇微凝膠示意圖及數(shù)值模擬結(jié)果圖，其中液橋兩側(cè)的黑線為模擬結(jié)果得到的微凝膠形貌。
[0028]圖3為實(shí)施例2上下表面均為PMMA板表面制備的聚丙烯酰胺微凝膠示意圖及數(shù)值模擬結(jié)果圖，其中液橋兩側(cè)的黑線為模擬結(jié)果得到的微凝膠形貌。
[0029]圖4為實(shí)施例3上下表面均為超疏水處理的玻璃表面制備的明膠微凝膠示意圖及數(shù)值模擬結(jié)果圖，其中液橋兩側(cè)的黑線為模擬結(jié)果得到的凝膠形貌。
[0030]圖5為實(shí)施例4上下表面分別為不同親疏水表面制備的微凝膠示意圖，其中(a)的第一表面材料為超疏水處理的載玻片、第二表面材料為普通玻璃載玻片，(b)的第一表面材料為超疏水處理的載玻片、第二表面材料為PMMA板。
[0031]圖6為實(shí)施例5上表面形狀改變制備的PEG包裹細(xì)胞的微凝膠圖，其中(a)為制備的微凝膠的整體圖，(b)為(a)的局部放大圖。
[0032]圖7為實(shí)施例6制備的高通量微凝膠矩陣圖。
[0033]圖8為實(shí)施例7制備的具有化學(xué)梯度的不規(guī)則微凝膠的示意圖及實(shí)驗(yàn)結(jié)果圖，其中(a)為示意圖，(b)為實(shí)驗(yàn)結(jié)果圖。
[0034]圖9為實(shí)施例8制備的上下表面成20°角時(shí)的微凝膠圖。

【具體實(shí)施方式】
[0035]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
[0036]本發(fā)明提供的基于液橋現(xiàn)象的不規(guī)則微凝膠制備方法，如圖1所示，包括與水凝膠前體液滴3接觸的第一、第二表面材料1、2，以及可形成液橋的水凝膠前體液滴3?？梢酝ㄟ^(guò)控制與水凝膠前體液滴接觸的第一、第二表面材料的親疏水性、水凝膠前體液滴的體積大小，調(diào)節(jié)拉伸或者壓縮液橋的高度以及第一、第二表面材料的形狀實(shí)現(xiàn)對(duì)不同形狀不規(guī)則微凝膠的調(diào)控。具體步驟為:
[0037]步驟1:采用一個(gè)可以控制液橋拉伸或者壓縮高度的升降機(jī)械平臺(tái)，將第一表面材料I固定在升降機(jī)械平臺(tái)的可升降端，將第二表面材料2固定在升降機(jī)械平臺(tái)的固定端，保證第一、第二表面材料與升降機(jī)械平臺(tái)牢固固定。
[0038]步驟2:使用微量移液器吸取一定體積的水凝膠前體溶液，緩慢滴加至第二表面材料2上，在第二表面材料2上形成能夠形成液橋的水凝膠前體液滴3。
[0039]步驟3:調(diào)整升降機(jī)械平臺(tái)，使第一表面材料I靠近第二表面材料2，當(dāng)靠近至一定程度時(shí)，在第一、第二表面材料之間形成液橋。繼續(xù)調(diào)整升降機(jī)械平臺(tái)，直至液橋的形狀為所需的不規(guī)則微凝膠形狀。
[0040]步驟4:利用化學(xué)反應(yīng)或物理手段使液橋中的水凝膠交聯(lián)固定(具體方法根據(jù)水凝膠前體液滴種類(lèi)而不同，如紫外光照，升溫或降溫等)，得到所需形狀的不規(guī)則微凝膠。
[0041]所述的第一、第二表面材料均是親水性為從超親水至超疏水中的任意一種表面材料，第一、第二表面材料可以相同也可以不同，可為不同材質(zhì)的親/疏水性的表面，如玻璃(接觸角約為40° )、PMMA板(接觸角約為70° )、經(jīng)超疏水試劑處理的玻璃(接觸角約為90° )等不同表面材料，但并不僅限于上述的玻璃、PMMA板和經(jīng)超疏水試劑處理的玻璃板。
[0042]所述的第一、第二表面材料可以為任意形狀，即可以為任意形狀突起，也可以為任意形狀凹陷。其相對(duì)位置，可以平行，也可以成0°?45°的夾角。其間距為可以形成液橋的任意距離。
[0043]所述的水凝膠前體溶液是可通過(guò)升降溫、紫外光照射、化學(xué)催化反應(yīng)等多種方式交聯(lián)固化的水凝膠前體溶液，例如利用紫外光交聯(lián)的凝膠(如聚乙二醇等)，通過(guò)溫度改變交聯(lián)的凝膠(如明膠等)、利用化學(xué)催化反應(yīng)交聯(lián)的凝膠(如聚丙烯酰胺等)。水凝膠前體液滴3的體積為0.05 μ I?2 μ I。并且該水凝膠前體溶液為適于細(xì)胞生長(zhǎng)的低毒性的生物材料及多孔支架材料，能夠載細(xì)胞以提高其生物相容性，或添加納米材料以改變其性能，并不限于上述提到的水凝膠種類(lèi)。
[0044]在制備不規(guī)則微凝膠陣列時(shí)，可以使用細(xì)胞打印機(jī)在第二表面材料上打印出水凝膠前體液滴陣列，也可使用其他設(shè)備，如排槍等快速制備出水凝膠前體液滴陣列，然后調(diào)整升降機(jī)械平臺(tái)，第一表面材料靠近第二表面材料并形成液橋，交聯(lián)固化后，得到不規(guī)則微凝膠陣列。
[0045]在制備內(nèi)部具有硬度梯度、細(xì)胞梯度及化學(xué)梯度的不規(guī)則微凝膠時(shí)，在第一表面材料和第二表面材料上分別滴加水凝膠前體液滴，且第一表面材料上的水凝膠前體液滴和第二表面材料上的水凝膠前體液滴中含有不同濃度或不同成分的細(xì)胞及化學(xué)物質(zhì)；然后調(diào)整升降機(jī)械平臺(tái)，使第一、第二表面材料相互靠近并形成液橋，在液滴內(nèi)部形成一定的細(xì)胞梯度、化學(xué)梯度，交聯(lián)固化后，可以直接在微凝膠中形成細(xì)胞梯度、化學(xué)梯度甚至得到不同硬度梯度的不規(guī)則微凝膠。
[0046]此外，本發(fā)明還可以通過(guò)建立數(shù)理模型對(duì)制備的不規(guī)則微凝膠的形狀進(jìn)行模擬，實(shí)現(xiàn)對(duì)微凝膠形狀的預(yù)測(cè)。具體如下，假定微凝膠(液橋)成形時(shí)已經(jīng)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，則在微凝膠的界面處所受的和外力為零，
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[0047][1 + (釋/2)2]1 R小+、dR/dz) y y
[0048]其中z為液橋的界面各點(diǎn)的豎直方向坐標(biāo)，R(Z)為z的軸向坐標(biāo)，R為R(Z)的簡(jiǎn)寫(xiě)，ΛΡ為液橋的界面內(nèi)外壓強(qiáng)差，Υ為液橋的表面張力系數(shù)，P為液橋的密度，g為重力常數(shù)，上式可以認(rèn)為是表面張力和重力的平衡，通過(guò)伽遼金有限元方法求解上述力平衡方程以及液橋的界面在兩端點(diǎn)處的邊界條件，求得的數(shù)值解(R(Z)，Z)即為模擬的不規(guī)則微凝膠的形貌。通過(guò)比較實(shí)驗(yàn)測(cè)量和理論預(yù)測(cè)的結(jié)果，發(fā)現(xiàn)兩者能夠很好的吻合。
[0049]實(shí)施例1上下表面均為玻璃表面制備的聚乙二醇微凝膠示意圖及數(shù)值模擬結(jié)果圖
[0050]步驟1:分別固定兩個(gè)玻璃載玻片于升降機(jī)械平臺(tái)的固定端和可升降端，保證載玻片與升降機(jī)械平臺(tái)牢固固定，并保證兩個(gè)載玻片都完全水平。
[0051]步驟2:稱(chēng)取一定量的PEG1000單體，溶解于超純水中，配制成質(zhì)量濃度為10%的PEG溶液。再在配制好的PEG溶液中加入2-羥基-2甲基苯丙酮(質(zhì)量為PEG溶液的
0.5%)，充分震蕩使其混合均勻，得到第一混合液(水凝膠前體溶液)。使用微量移液器吸取2μ I的第一混合液，緩慢滴加至升降機(jī)械平臺(tái)處于下方的玻璃載玻片上。
[0052]步驟3:調(diào)整升降機(jī)械平臺(tái)，使兩個(gè)載玻片相互靠近，當(dāng)靠近至一定程度時(shí)，將在兩載玻片間形成液橋。繼續(xù)調(diào)整升降平臺(tái)，直至得到需要的水凝膠形狀。
[0053]步驟4:紫外交聯(lián)15s使水凝膠固化，則得到特定形狀的微凝膠，如圖2所示。
[0054]實(shí)施例2上下表面均為PMMA板表面制備的聚丙烯酰胺微凝膠示意圖及數(shù)值模擬結(jié)果
[0055]步驟1:分別固定兩片PMMA板于升降機(jī)械平臺(tái)的固定端和可升降端，保證PMMA板與升降機(jī)械平臺(tái)牢固固定，并保證兩個(gè)PMMA板都完全水平。
[0056]步驟2:稱(chēng)取丙烯酰胺、甲叉雙丙烯酰胺和過(guò)硫酸銨加入燒杯中，甲叉雙丙烯酰胺與丙烯酰胺的質(zhì)量比為0.00375:1，過(guò)硫酸銨與丙烯酰胺的質(zhì)量比為0.0175:1，然后加入超純水，使丙烯酰胺的濃度為0.2g/ml，攪拌使固體溶解，最后加入N，N，N’，N’ -四甲基二乙胺，其與丙烯酰胺的質(zhì)量比為0.0068:1，混合后得到第二混合液。使用微量移液器吸取I μ I第二混合液(水凝膠前體溶液)，緩慢滴加至機(jī)械平臺(tái)處于下方的PMMA板上。
[0057]步驟3:調(diào)整升降平臺(tái)，使兩個(gè)PMMA板相互靠近，當(dāng)靠近至一定程度時(shí)，將在兩PMMA板間形成液橋。繼續(xù)調(diào)整升降平臺(tái)，直至得到需要的水凝膠形狀。
[0058]步驟4:靜止使水凝膠固化，則得到特定形狀的微凝膠，如圖3所示。
[0059]實(shí)施例3上下表面均為超疏水處理的玻璃表面制備的明膠微凝膠示意圖及數(shù)值模擬結(jié)果
[0060]步驟1:分別固定兩片超疏水處理的載玻片于升降機(jī)械平臺(tái)的固定端和可升降端，保證載玻片與升降機(jī)械平臺(tái)牢固固定，并保證兩個(gè)載玻片都完全水平。
[0061]步驟2:稱(chēng)取一定量的明膠粉體，溶解于超純水中，配制成質(zhì)量濃度為5%的明膠溶液，升高溫度至50°C，充分震蕩使其混合均勻，得到第三混合液(水凝膠前體溶液)。使用微量移液器吸取0.5μ I的第三混合液，緩慢滴加至機(jī)械平臺(tái)處于下方的超疏水處理的玻璃載玻片上。
[0062]步驟3:調(diào)整升降平臺(tái)，使兩個(gè)載玻片相互靠近，當(dāng)靠近至一定程度時(shí)，將在兩載玻片間形成液橋。繼續(xù)調(diào)整升降平臺(tái)，直至得到需要的水凝膠形狀。
[0063]步驟4:降溫使水凝膠固化，則得到特定形狀的微凝膠，如圖4所示。
[0064]實(shí)施例4上下表面分別為不同親疏水表面制備的微凝膠示意圖
[0065]步驟1:分別固定超疏水處理的載玻片及普通玻璃載玻片于升降機(jī)械平臺(tái)的可升降端和固定端，或者分別固定超疏水處理的載玻片及PMMA板于升降機(jī)械平臺(tái)的可升降端和固定端，保證表面材料與升降機(jī)械平臺(tái)牢固固定，并保證兩個(gè)表面都完全水平。
[0066]步驟2:使用微量移液器吸取I μ I的第三混合液，緩慢滴加至機(jī)械平臺(tái)處于下方的玻璃載玻片或PMMA板上。
[0067]步驟3:調(diào)整升降平臺(tái)，使兩個(gè)表面相互靠近，當(dāng)靠近至一定程度時(shí)，將在兩表面間形成液橋。繼續(xù)調(diào)整升降平臺(tái)，直至得到需要的水凝膠形狀。
[0068]步驟4:降溫使水凝膠固化，則得到特定形狀的微凝膠，如圖5所示。
[0069]實(shí)施例5上表面形狀改變制備的聚乙二醇包裹細(xì)胞的微凝膠圖
[0070]步驟1:固定PMMA片于升降機(jī)械平臺(tái)的固定端，固定一端頭為圓形的PMMA片于可升降端，保證PMMA片與升降機(jī)械平臺(tái)牢固固定。
[0071]步驟2:稱(chēng)取一定量的PEG1000單體，溶解于含有C2C12細(xì)胞的PBS中，配制成質(zhì)量濃度為10%的PEG溶液。再在配制好的PEG溶液中加入2-羥基-2甲基苯丙酮(質(zhì)量為PEG溶液的0.5% )，充分震蕩使其混合均勻，得到第四混合液(水凝膠前體溶液)。使用微量移液器吸取2μ I的第四混合液，緩慢滴加至機(jī)械平臺(tái)處于下方的玻璃載玻片上。
[0072]步驟3:調(diào)整升降平臺(tái)，使兩個(gè)PMMA片相互靠近，當(dāng)靠近至一定程度時(shí)，將在兩PMMA片間形成液橋。繼續(xù)調(diào)整升降平臺(tái)，直至得到需要的水凝膠形狀。
[0073]步驟4:紫外交聯(lián)15s使水凝膠固化，則得到特定形狀的微凝膠，如圖6所示。
[0074]實(shí)施例6微凝膠矩陣的高通量制備
[0075]步驟1:使用細(xì)胞打印平臺(tái)在PMMA板上打印體積為2 μ I的第一混合液的微陣列。
[0076]步驟2:固定具有第一混合液微陣列的PMMA板于升降機(jī)械平臺(tái)的固定端，固定另一片PMMA板在可升降端，保證PMMA板與升降機(jī)械平臺(tái)牢固固定，并保證兩個(gè)PMMA板都完全水平。
[0077]步驟3:調(diào)整升降平臺(tái)，使兩個(gè)PMMA板相互靠近，當(dāng)靠近至一定程度時(shí)，將在兩PMMA板間形成多個(gè)液橋。繼續(xù)調(diào)整升降平臺(tái)，直至得到需要的水凝膠形狀。
[0078]步驟4:紫外交聯(lián)15s使水凝膠固化，則得到特定形狀的微凝膠，如圖7所示。
[0079]實(shí)施例7具有化學(xué)梯度的不規(guī)則微凝膠制備的示意圖及實(shí)驗(yàn)結(jié)果
[0080]步驟1:分別固定PMMA板于升降機(jī)械平臺(tái)的可升降端和固定端，保證PMMA板與升降機(jī)械平臺(tái)牢固固定，并保證兩個(gè)PMMA板都完全水平。
[0081]步驟2:在第三混合液中加入適當(dāng)藍(lán)墨水得到第五混合液，在第三混合液中加入適當(dāng)紅墨水得到第六混合液。使用微量移液器吸取0.5μ I的第五混合液，緩慢滴加至機(jī)械平臺(tái)處于下方的PMMA板上。再使用微量移液器吸取0.5μ I的第六混合液，緩慢滴加至機(jī)械平臺(tái)處于上方的PMMA板上。
[0082]步驟3:調(diào)整升降平臺(tái)，使兩個(gè)PMMA板相互靠近，當(dāng)靠近至一定程度時(shí)，將在兩PMMA板間形成液橋，并在液滴內(nèi)部形成一定的化學(xué)梯度。繼續(xù)調(diào)整升降平臺(tái)，直至得到需要的水凝膠形狀。
[0083]步驟4:降溫使水凝膠固化，則得到具有化學(xué)梯度的特定形狀的微凝膠，如圖8所
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[0084]實(shí)施例8上下表面成20°角時(shí)制備的微凝膠圖
[0085]步驟1:分別固定金屬片及PMMA板于升降機(jī)械平臺(tái)的可升降端和固定端，保證表面材料與升降機(jī)械平臺(tái)牢固固定，并保證下表面完全水平，上表面與下表面成20°夾角。
[0086]步驟2:使用微量移液器吸取I μ I的第三混合液，緩慢滴加至機(jī)械平臺(tái)處于下方的玻璃載玻片上。
[0087]步驟3:調(diào)整升降平臺(tái)，使兩個(gè)表面相互靠近，當(dāng)靠近至一定程度時(shí)，將在兩表面間形成液橋。繼續(xù)調(diào)整升降平臺(tái)，直至得到需要的水凝膠形狀。
[0088]步驟4:降溫使水凝膠固化，則得到特定形狀的微凝膠，如圖9所示。
[0089]本發(fā)明的工作原理為:以實(shí)施例1的結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)明，在玻璃表面滴加第一混合液后，在玻璃表面形成了一個(gè)液滴，保持在自然接觸角的狀態(tài)。當(dāng)使用另一塊玻璃靠近這個(gè)液滴時(shí)，兩個(gè)玻璃之間形成了液橋。由于玻璃親水性較強(qiáng)，形成的液橋弧度較大，通過(guò)控制兩玻璃板之間的距離，可以得到較長(zhǎng)的啞鈴型液滴一直到圓片狀液滴等不同形狀。使用紫外光進(jìn)行交聯(lián)，則得到了與液滴形狀相同的微凝膠。
[0090]本發(fā)明將液橋現(xiàn)象首次用于微凝膠的制備，為可控制備不規(guī)則微凝膠的發(fā)展提供一種新的思路和有力的工具。另外，本發(fā)明中所述的微凝膠是指回轉(zhuǎn)體直徑或高度有一項(xiàng)達(dá)到微米尺度，即認(rèn)定其為微凝膠。
[0091]以上所述實(shí)施例僅表達(dá)了本發(fā)明的幾種實(shí)施方式，其描述較為具體和詳細(xì)，但并不能因此而理解為對(duì)本發(fā)明專(zhuān)利范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)，這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種基于液橋現(xiàn)象的不規(guī)則微凝膠制備方法，其特征在于，包括以下步驟: 步驟1:將第一表面材料(I)固定在升降機(jī)械平臺(tái)的可升降端，將第二表面材料(2)固定在升降機(jī)械平臺(tái)的固定端； 步驟2:使用微量移液器吸取能夠形成液橋的水凝膠前體溶液，滴加至固定在升降機(jī)械平臺(tái)固定端的第二表面材料(2)上，在第二表面材料(2)上形成能夠形成液橋的水凝膠前體液滴⑶； 步驟3:調(diào)整升降機(jī)械平臺(tái)，使第一表面材料(I)靠近第二表面材料(2)，直至第一表面材料(I)與水凝膠前體液滴(3)相接觸，在第一、第二表面材料(1、2)之間形成液橋，然后繼續(xù)調(diào)整升降機(jī)械平臺(tái)，使第一表面材料(I)遠(yuǎn)離或靠近第二表面材料(2)，直至液橋的形狀為所需的不規(guī)則微凝膠形狀； 步驟4:根據(jù)水凝膠前體液滴(3)的種類(lèi)和性質(zhì)，采用相應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)或物理手段使液橋中的水凝膠交聯(lián)固定，得到所需形狀的不規(guī)則微凝膠。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于液橋現(xiàn)象的不規(guī)則微凝膠制備方法，其特征在于:所述的第一表面材料(I)和第二表面材料(2)的親\疏水性范圍是從超親水至超疏水。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于液橋現(xiàn)象的不規(guī)則微凝膠制備方法，其特征在于:所述的第一表面材料(I)和第二表面材料(2)的材質(zhì)包括玻璃、金屬、PMMA板、以及經(jīng)超疏水試劑處理的玻璃。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于液橋現(xiàn)象的不規(guī)則微凝膠制備方法，其特征在于:所述的第一表面材料(I)和第二表面材料(2)均為任意形狀，第一表面材料(I)和第二表面材料(2)的相對(duì)位置為平行或成0°?45°的夾角，第一表面材料(I)和第二表面材料(2)之間的距離為能夠形成液橋的任意距離。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于液橋現(xiàn)象的不規(guī)則微凝膠制備方法，其特征在于:所述的水凝膠前體液滴(3)的體積為0.05 μ I?2 μ I。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5中任意一項(xiàng)所述的基于液橋現(xiàn)象的不規(guī)則微凝膠制備方法，其特征在于:所述的水凝膠前體溶液為能夠通過(guò)升降溫、紫外光照射、或化學(xué)催化反應(yīng)交聯(lián)固化的水凝膠前體溶液。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于液橋現(xiàn)象的不規(guī)則微凝膠制備方法，其特征在于:所述的水凝膠前體溶液包括含有2-羥基-2甲基苯丙酮的PEG溶液，丙烯酰胺、甲叉雙丙烯酰胺、過(guò)硫酸銨和N，N，N’，N’ -四甲基二乙胺的混合溶液，明膠溶液，以及含有細(xì)胞的PEG溶液。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-5中任意一項(xiàng)所述的基于液橋現(xiàn)象的不規(guī)則微凝膠制備方法，其特征在于:在制備不規(guī)則微凝膠陣列時(shí)，用細(xì)胞打印機(jī)或排槍在第二表面材料(2)上打印出水凝膠前體液滴(3)陣列，然后調(diào)整升降機(jī)械平臺(tái)，第一表面材料(I)靠近第二表面材料(2)并形成液橋，交聯(lián)固化后，得到不規(guī)則微凝膠陣列。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-5中任意一項(xiàng)所述的基于液橋現(xiàn)象的不規(guī)則微凝膠制備方法，其特征在于:在制備具有內(nèi)部梯度的不規(guī)則微凝膠時(shí)，在第一表面材料(I)和第二表面材料(2)上分別滴加水凝膠前體液滴(3)，且第一表面材料(I)上的水凝膠前體液滴(3)和第二表面材料(2)上的水凝膠前體液滴(3)中含有不同濃度或不同成分的細(xì)胞和/或化學(xué)物質(zhì)；然后調(diào)整升降機(jī)械平臺(tái)，使第一、第二表面材料(1、2)相互靠近并形成液橋，交聯(lián)固化后，得到內(nèi)部具有細(xì)胞梯度、化學(xué)梯度和/或硬度梯度的不規(guī)則微凝膠。
10.根據(jù)權(quán)利要求1-5中任意一項(xiàng)所述的基于液橋現(xiàn)象的不規(guī)則微凝膠制備方法，其特征在于:通過(guò)建立數(shù)理模型對(duì)制備的不規(guī)則微凝膠的形狀進(jìn)行模擬，
d2R/dz2I, AP Pg^ 0 ^{ + (dR/dzfJ R小+ {dR/dz),, 其中z為液橋的界面各點(diǎn)的豎直方向坐標(biāo)，R(Z)為z的軸向坐標(biāo)，R為R(Z)的簡(jiǎn)寫(xiě)，ΛΡ為液橋的界面內(nèi)外壓強(qiáng)差，Y為液橋的表面張力系數(shù)，P為液橋的密度，g為重力常數(shù)，通過(guò)伽遼金有限元方法求解上述方程以及液橋的界面在兩端點(diǎn)處的邊界條件，求得的數(shù)值解(R(z)，z)即為模擬的不規(guī)則微凝膠的形貌。
【文檔編號(hào)】B01J13/00GK104162391SQ201410384378
【公開(kāi)日】2014年11月26日 申請(qǐng)日期:2014年8月6日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月6日
【發(fā)明者】王琳, 徐峰, 裘慕書(shū), 盧天健 申請(qǐng)人:西安交通大學(xué)