一種制造組織工程微模塊的微流控芯片的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及組織工程微模塊領(lǐng)域，特別涉及一種制造組織工程微模塊的微流控芯片。
【背景技術(shù)】
[0002]當(dāng)前組織工程微模塊面臨著細(xì)胞損失大、活性低等問題，特別是其中的3D生物打印技術(shù)領(lǐng)域。
[0003]基于微模塊打印是組織工程的一個新興的方法，這種方法在凝膠(如海藻酸鈉)液滴的內(nèi)部注入細(xì)胞，再將凝膠液滴固化為一個微模塊，這樣的殼/核(凝膠/細(xì)胞)結(jié)構(gòu)避免了內(nèi)部的活性細(xì)胞受到外部環(huán)境的影響，大大提高了生物打印過程中細(xì)胞的活性和穩(wěn)定性，這種微模塊的方式也廣泛應(yīng)用于細(xì)胞培養(yǎng)、藥物輸運(yùn)和釋放等。
[0004]傳統(tǒng)的制造方法，如噴霧法，對細(xì)胞有很大的損傷，而且不能保證微模塊的形狀和尺寸，更不能控制殼/核厚度比。
[0005]另一方面，微流控芯片也稱為芯片實(shí)驗室。它利用微米尺度下流體的層流和低雷諾數(shù)等特點(diǎn)，對流體中的物質(zhì)，如細(xì)胞、顆粒，或化學(xué)樣品等進(jìn)行合成、分離、包裹、培養(yǎng)、檢測及篩選等操作。利用兩相不相容的特點(diǎn)，可以在微流控芯片內(nèi)高通量地制造微液滴。其原理為:將兩種互不相溶的液體(或液體和氣體)同時注入微通道，其中一種為連續(xù)相(一般為油相或氣體)，另一種為分散相(細(xì)胞溶液)。兩相相遇時，在剪切力和表面張力的作用下，分散相斷裂成微液滴。
[0006]目前，主要采用T型或流動聚焦型的微流控芯片結(jié)構(gòu)來產(chǎn)生微液滴，通過芯片通道的走向，和兩相壓力的調(diào)節(jié)，可以精確的控制微液滴的尺寸和形狀。
[0007]但是，這兩種結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的微液滴，細(xì)胞和凝膠是混合在一起的，即細(xì)胞均勻分布在凝膠中，最終固化后的微模塊是一顆顆實(shí)體的球體，而并非是滿足需求的殼/核結(jié)構(gòu)。微模塊表面的細(xì)胞，則會因為接觸油相而死亡。微模塊內(nèi)部的細(xì)胞，由于細(xì)胞與細(xì)胞之間間隔有凝膠，細(xì)胞被隔絕在一系列小空間里，不能有效增殖和迀徙并且連續(xù)的油相會對細(xì)胞活性產(chǎn)生不可逆的損傷，必須讓細(xì)胞盡可能的不和油相接觸。因此，為了滿足3D生物打印、細(xì)胞培養(yǎng)、藥物輸運(yùn)和釋放的需求，需要一種可靠的、簡易的、高效的實(shí)現(xiàn)殼/核結(jié)構(gòu)微模塊的方法和芯片。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0008]本實(shí)用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中所存在的上述不足，提供一種產(chǎn)生組織工程微模塊的預(yù)處理液并最終生成高活性微模塊的制造組織工程微模塊的微流控芯片，所述預(yù)處理液為以鞘液為外圈層流包裹以細(xì)胞溶液為中心層流的液體。
[0009]為了實(shí)現(xiàn)上述實(shí)用新型目的，本實(shí)用新型提供了以下技術(shù)方案:
[0010]一種制造組織工程微模塊的微流控芯片，其包括:
[0011 ]第一通道，用于輸送細(xì)胞溶液；
[0012]第二通道，用于輸送鞘液；
[0013]第三通道；
[0014]微液滴制造模塊，所述微液滴制造模塊連通所述第三通道；
[0015]所述第一通道、第二通道在一處交匯，在交匯處形成以所述鞘液包裹在細(xì)胞溶液外部的所述預(yù)處理液，從第三通道流入所述微液滴制造模塊，通過所述微液滴制造模塊內(nèi)的連續(xù)相把所述預(yù)處理液擠壓為單分散相的微液滴。
[0016]通過本申請的第一通道、第二通道、第三通道配合的方式，可以形成一種預(yù)處理液，其內(nèi)部流體為細(xì)胞溶液，外層包裹的流體為鞘液，然后這種流體再通過所述微液滴制造模塊把所述預(yù)處理液制成微液滴，固化后形成微模塊；
[0017]我們的方案所形成的微模塊即為滿足組織工程需求的所述殼/核結(jié)構(gòu)，內(nèi)部是細(xì)胞溶液，而外部為固化的凝膠殼體，對細(xì)胞給予很好的保護(hù)，相比較現(xiàn)有技術(shù)中的直接混合的方式，細(xì)胞活性非常高，是一個質(zhì)的飛越。
[0018]作為本實(shí)用新型的優(yōu)選方案，所述交匯處為一腔體，所述第一通道在所述腔體處的入口被腔體內(nèi)部空間包圍，控制鞘液先流入腔體，填滿腔體后，細(xì)胞溶液再進(jìn)入，因為入口被腔體內(nèi)部空間包圍，就自然形成了包裹的結(jié)構(gòu)，再由第三通道流出。
[0019]作為本實(shí)用新型的優(yōu)選方案，所述第三通道與所述腔體處的入口口徑大于所述第一通道在所述腔體處的入口口徑，其可以使形成的預(yù)處理液不用被壓縮，不易產(chǎn)生湍流，這種結(jié)構(gòu)的層流較穩(wěn)定。
[0020]作為本實(shí)用新型的優(yōu)選方案，所述第一通道分為第一段通道和第二段通道，所述第一段通道為恒徑段，且軸線為直線，所述第二段通道上設(shè)有彎曲部，所述第一段通道的一端連接所述交匯處，所述第一段通道的另一端與所述第二段通道相連，使進(jìn)入所述腔體的細(xì)胞溶液更穩(wěn)定，便于形成所述預(yù)處理液的結(jié)構(gòu)，而流出的預(yù)處理液也更穩(wěn)定，而后續(xù)的微液滴制造模塊對其進(jìn)行的斷裂，形成的微液滴也更好，后續(xù)固化后，所形成的微模塊效果也更好，形狀更統(tǒng)一，方便組織工程的應(yīng)用，比如3D打印，更易堆砌形成立體的組織結(jié)構(gòu)。
[0021]作為本實(shí)用新型的優(yōu)選方案，所述第二通道包括第一段通道和第二段通道;所述第一段通道為恒徑段，且軸線為直線;所述第二段通道上設(shè)有彎曲部;所述第一段通道的一端連接所述交匯處，第一段通道的另一端與所述第二段通道相連，使流入腔體的所述鞘液也更穩(wěn)定，也方便調(diào)節(jié)壓力，形成的預(yù)處理液結(jié)構(gòu)更完美。
[0022]作為本實(shí)用新型的優(yōu)選方案，所述第一通道上的第一段通道的軸線和所述第三通道上的第一段通道的軸線重合，使得樣液趨于鞘液的中心，形成共軸的預(yù)處理液。
[0023]作為本實(shí)用新型的優(yōu)選方案，所述第二通道的第一段通道與所述第一通道上的第一段通道夾角大于0°，小于等于90°，減小鞘液流入所帶來的阻力，防止細(xì)胞溶液的逆流，同時也使預(yù)處理液的內(nèi)外層結(jié)構(gòu)更穩(wěn)定。
[0024]作為本實(shí)用新型的優(yōu)選方案，所述第一通道、第二通道、第三通道的均為恒徑通道，即單個通道的橫截面面積保持不變，方便壓力控制，同時各個通道內(nèi)的液體流速也更穩(wěn)定。
[0025]作為本實(shí)用新型的優(yōu)選方案，所述第二通道數(shù)量等于或大于兩個，對稱地分布在所述第一通道的第一段通道的兩側(cè)，從腔體的兩側(cè)持續(xù)灌入鞘液，更易形成預(yù)處理液的內(nèi)外層結(jié)構(gòu)，且結(jié)構(gòu)對稱，方便壓力源控制壓力，使預(yù)處理液的形成效果更好。
[0026]作為本實(shí)用新型的優(yōu)選方案，所述第二通道為偶數(shù)個，且對稱分布在所述第一通道的兩側(cè)，從腔體兩側(cè)灌入鞘液時，因為兩側(cè)的第二通道數(shù)量相同，所以更易控制流量、壓力等參數(shù)。
[0027]作為本實(shí)用新型的優(yōu)選方案，所述第一通道、第二通道、第三通道的橫截面均為矩形，方便加工，比如進(jìn)行光刻工藝。
[0028]作為本實(shí)用新型的優(yōu)選方案，制造結(jié)構(gòu)由兩塊芯片鍵合而成，單獨(dú)的芯片上設(shè)置有對應(yīng)所述第一通道、第二通道、第三通道的組合槽，兩塊所述芯片鍵合后，所述組合槽配合構(gòu)成所述第一通道、第二通道、第三通道，以及在所述第一通道、第二通道和第三通道的交匯處形成腔體，因為這個制造結(jié)構(gòu)是非常小的一個結(jié)構(gòu)，所以采用鍵合的方式加工，會簡單很多，加工快，成本更低，分開兩部分，單獨(dú)的芯片上用光刻技術(shù)進(jìn)行光刻所述組合槽。
[0029]作為本實(shí)用新型的優(yōu)選方案，所述第一通道、第二通道、第三通道分別的第一段通道的軸線均位于同一平面內(nèi)，使本實(shí)用新型由兩塊芯片鍵合形成通道時，降低光刻的難度，同時更容易得到鞘液包裹樣液的結(jié)構(gòu)。
[0030]作為本實(shí)用新型的優(yōu)選方案，所述第一通道、第二通道、第三通道的橫截面均為圓形。
[0031]作為本實(shí)用新型的優(yōu)選方案，所述第二通道與所述第一通道在所述交匯處的夾角大于0°，小于等于90°，相比較于直角設(shè)置的方式，更易產(chǎn)生穩(wěn)定的內(nèi)外層流的預(yù)處理液的結(jié)構(gòu)，且防止逆流、湍流的產(chǎn)生，也更易控制壓力。
[0032]作為本實(shí)用新型的優(yōu)選方案，所述第二通道輸送的鞘液為凝膠溶液，方便和后續(xù)的含鈣離子的油相產(chǎn)生固化作