本發(fā)明涉及一種采用生物打印制備微流控通道模型的方法，屬于生物微加工技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

微通道網(wǎng)絡(luò)廣泛地存在于自然界中，它們在生物體內(nèi)的營養(yǎng)物質(zhì)運(yùn)輸、能量交換，以及機(jī)體的自主修復(fù)等過程中發(fā)揮著重要的作用。因此，如何利用功能材料構(gòu)建此類微通道網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)吸引了科學(xué)家們的研究興趣。到目前為止，已有幾種方法用來制備微通道網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，其中，生物打印法由于其制備過程的生物相容性而受到人們的廣泛關(guān)注。在現(xiàn)有的生物打印法中,所使用的打印墨水主要有石蠟、蔗糖-葡萄糖混合物、以及褪性有機(jī)墨水（fugitiveorganicink）等。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明旨在提供一種采用生物打印制備微流控通道模型的方法，制備過程溫和，生物相容性好。

本發(fā)明提供了一種采用生物打印制備微流控通道模型的方法，使用海藻酸鈉溶液作為"生物墨水"，在三維生物凝膠內(nèi)部構(gòu)建了一個(gè)類似于血管通道的微流控系統(tǒng)。包括如下步驟：

第一步：打印

以海藻酸鈉溶液作為生物墨水，通過注射器針頭，將海藻酸鈉溶液按照所需三維打印的行徑，該注射行程通過3d打印機(jī)編程控制；注入到含有鈣離子或鋇離子的介質(zhì)體系中，海藻酸鈉隨即轉(zhuǎn)變成柱狀凝膠線條，線條的直徑為100-2000μm，靜置5～30分鐘；

所需三維打印的行徑指注射器注射時(shí)的路徑，與最后所需的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)一致，這種網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)類似于組織體內(nèi)的血管網(wǎng)絡(luò)模型。

第二步：固化介質(zhì)體系

根據(jù)介質(zhì)體系的種類和物理性質(zhì)，通過改變溫度或其他交聯(lián)的方式，將液態(tài)的介質(zhì)體系轉(zhuǎn)變成固態(tài)體系，從而將海藻酸鈣凝膠線條固定在體系中；

第三步：形成微通道

將上述形成的固態(tài)體系放置于去離子水中，沖洗掉其中多余的鈣離子或鋇離子，然后將該體系浸泡到檸檬酸鈉溶液中，通過離子交換作用，將凝膠態(tài)的線條轉(zhuǎn)變成液化的海藻酸鈉溶液，最后將液化后的海藻酸鈉溶液排出體系，從而形成微通道。

上述的離子交換作用，檸檬酸鈉溶液中的鈉離子可置換出海藻酸鈣凝膠中的鈣離子（na⁺+ca(alg)2+h⁺=ca²⁺+halg+naalg）。

上述方法中，所述第一步中，海藻酸鈉溶液的質(zhì)量濃度為0.6-4.0%，所述鈣離子濃度為10～150mmol/l，所述鋇離子濃度為10～150mmol/l。

上述方法中，所述第二步中，介質(zhì)體系包括：瓊脂、瓊脂-膠原蛋白、瓊脂-明膠中的任一種。此處的介質(zhì)體系是所說的支架材料。

第二步中，根據(jù)介質(zhì)體系的種類和物理性質(zhì)，通過改變溫度或化學(xué)交聯(lián)的方式使介質(zhì)體系固化。

上述方法中，第三步中，所述檸檬酸鈉溶液的濃度為5～25mmol/l，浸泡時(shí)間為0.2～1小時(shí)。

本發(fā)明采用海藻酸鈉作為生物墨水，通過生物打印，將海藻酸鈉溶液按照所需的行徑注入到含有鈣離子或鋇離子的介質(zhì)中，海藻酸鈉隨即轉(zhuǎn)變成海藻酸凝膠。打印結(jié)束后，液態(tài)介質(zhì)被進(jìn)一步固化，然后通過離子交換作用，將包埋在介質(zhì)中的海藻酸凝膠線條液化，液化后的海藻酸鈉被排出固化介質(zhì)，最終得到穩(wěn)定的微通道結(jié)構(gòu)。本發(fā)明使用海藻酸鈉作為"生物墨水"來構(gòu)建微通道模型，相比于其他生物打印墨水，海藻酸鈣凝膠線條的形成及液化過程溫和，且生物相容性好。

本發(fā)明的有益效果：

（1）本發(fā)明可以快速、經(jīng)濟(jì)、方便地打印出微通道結(jié)構(gòu)，所形成微通道尺寸和空間結(jié)構(gòu)可根據(jù)預(yù)先設(shè)定的行徑和參數(shù)調(diào)整；

（2）制備過程溫和，生物相容。

（3）該發(fā)明對微流控芯片、血管組織工程、3d藥物輸送及篩選等領(lǐng)域的研究有著重要的意義。

附圖說明

圖1檸檬酸鈉與海藻酸鈣的反應(yīng)機(jī)理圖。

圖2為微流控通道模型的制備過程示意圖。

具體實(shí)施方式

下面通過實(shí)施例來進(jìn)一步說明本發(fā)明，但不局限于以下實(shí)施例。

實(shí)施例1：

第一步：打印

以質(zhì)量濃度為0.8%海藻酸鈉溶液作為生物墨水，通過注射器針頭（32g），將其按照所需三維打印的行徑注入到含有鈣離子介質(zhì)體系中，所使用的介質(zhì)體系為2%（質(zhì)量濃度）的低熔點(diǎn)瓊脂溶液，鈣離子的濃度為120mmol/l，海藻酸鈉隨即轉(zhuǎn)變成柱狀凝膠線條，靜置8分鐘。為防止瓊脂溶液變成凝膠，整個(gè)過程在37℃水浴中進(jìn)行。

第二步：固化介質(zhì)體系

將上述的低熔點(diǎn)瓊脂溶液放置在冰盒上，經(jīng)冷卻處理，直至液態(tài)瓊脂變成固態(tài)凝膠，從而將海藻酸鈣凝膠線條固定在瓊脂凝膠體系中。

第三步：形成微通道

將上述形成的固態(tài)體系放置于去離子水中，連續(xù)沖刷，去除掉其中多余的鈣離子，然后將該體系浸泡到10mmol/l的檸檬酸鈉溶液中，靜置30min，通過離子交換作用，將凝膠態(tài)的線條轉(zhuǎn)變成液化的海藻酸鈉溶液，最后將液化后的海藻酸鈉溶液排出體系，從而形成微通道，通道的直徑為200μm。

實(shí)施例2：

第一步：打印

以質(zhì)量濃度為1.5%海藻酸鈉溶液作為生物墨水，通過注射器針頭（26g），將其按照所需三維打印的行徑注入到含有鈣離子介質(zhì)體系中，所使用的介質(zhì)體系為低熔點(diǎn)瓊脂和i型膠原的混合液，瓊脂濃度為2%（質(zhì)量濃度），膠原濃度為2mg/ml，鋇離子的濃度為100mmol/l，海藻酸鈉隨即轉(zhuǎn)變成柱狀凝膠線條，靜置15分鐘。為防止瓊脂溶液變成凝膠，整個(gè)過程在37℃水浴中進(jìn)行。

第二步：固化介質(zhì)體系

將上述的液態(tài)體系放置在冰盒上，經(jīng)冷卻處理，直至液態(tài)瓊脂變成固態(tài)凝膠，從而將海藻酸鈣凝膠線條固定在瓊脂凝膠體系中。

第三步：形成微通道

將上述形成的固態(tài)體系放置于去離子水中，連續(xù)沖刷，去除掉其中多余的鋇離子，然后將該體系浸泡到15mmol/l的檸檬酸鈉溶液中，靜置35min，通過離子交換作用，將凝膠態(tài)的線條轉(zhuǎn)變成液化的海藻酸鈉溶液，最后將液化后的海藻酸鈉溶液排出體系，從而形成微通道，通道的直徑為600μm。

實(shí)施例3：

第一步：打印

以質(zhì)量濃度為3.5%海藻酸鈉溶液作為生物墨水，通過注射器針頭（14g），將其按照所需三維打印的行徑注入到含有鈣離子介質(zhì)體系中，所使用的介質(zhì)體系為低熔點(diǎn)瓊脂和明膠的混合液，瓊脂濃度為2.5%（質(zhì)量濃度），明膠濃度為2mg/ml，鈣離子的濃度為60mmol/l，海藻酸鈉隨即轉(zhuǎn)變成柱狀凝膠線條，靜置15分鐘。為防止瓊脂溶液變成凝膠，整個(gè)過程在37℃水浴中進(jìn)行。

第二步：固化介質(zhì)體系

將上述的液態(tài)體系放置在冰盒上，經(jīng)冷卻處理，直至液態(tài)瓊脂變成固態(tài)凝膠，從而將海藻酸鈣凝膠線條固定在瓊脂凝膠體系中。

第三步：形成微通道

將上述形成的固態(tài)體系放置于去離子水中，連續(xù)沖刷，去除掉其中多余的鈣離子，然后將該體系浸泡到25mmol/l的檸檬酸鈉溶液中，靜置40min，通過離子交換作用，將凝膠態(tài)的線條轉(zhuǎn)變成液化的海藻酸鈉溶液，最后將液化后的海藻酸鈉溶液排出體系，從而形成微通道，通道的直徑為1500μm。