一种基于液桥现象的不规则微凝胶制备方法.pdf

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摘要
申请专利号:

CN201410384378.6

申请日:

2014.08.06

公开号:

CN104162391A

公开日:

2014.11.26

当前法律状态:

授权

有效性:

有权

法律详情:

授权|||实质审查的生效IPC(主分类):B01J 13/00申请日:20140806|||公开

IPC分类号:

B01J13/00

主分类号:

B01J13/00

申请人:

西安交通大学

发明人:

王琳; 徐峰; 裘慕书; 卢天健

地址:

710049 陕西省西安市咸宁西路28号

优先权:

专利代理机构:

西安通大专利代理有限责任公司 61200

代理人:

陆万寿

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内容摘要

一种基于液桥现象的不规则微凝胶制备方法,采用可控高度的升降机械平台,分别选择亲/疏水性不同的表面材料固定在机械平台的固定端和可升降端。使用微量移液器量取一定体积的水凝胶前体溶液,滴于两个表面材料之间,通过拉伸或压缩水凝胶前体液滴,形成液桥。通过调整两个表面材料与液滴接触部位的形状、材料特性以及两表面的间距,可得到不同目标形状的液桥。针对不同特性的水凝胶前体液滴,可采取不同物理和化学交联方法使其固化。该方法简便快捷,不受材料限制,形状可控,并且通过简单技术改进可以直接形成高通量及内部存在梯度的液桥,是一种非常有潜力的不规则微凝胶的制备方法,为将来组织工程基础结构单元的制备提供有力的支撑。

权利要求书

1.  一种基于液桥现象的不规则微凝胶制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤1:将第一表面材料(1)固定在升降机械平台的可升降端,将第二表面材料(2)固定在升降机械平台的固定端;
步骤2:使用微量移液器吸取能够形成液桥的水凝胶前体溶液,滴加至固定在升降机械平台固定端的第二表面材料(2)上,在第二表面材料(2)上形成能够形成液桥的水凝胶前体液滴(3);
步骤3:调整升降机械平台,使第一表面材料(1)靠近第二表面材料(2),直至第一表面材料(1)与水凝胶前体液滴(3)相接触,在第一、第二表面材料(1、2)之间形成液桥,然后继续调整升降机械平台,使第一表面材料(1)远离或靠近第二表面材料(2),直至液桥的形状为所需的不规则微凝胶形状;
步骤4:根据水凝胶前体液滴(3)的种类和性质,采用相应的化学反应或物理手段使液桥中的水凝胶交联固定,得到所需形状的不规则微凝胶。

2.
  根据权利要求1所述的基于液桥现象的不规则微凝胶制备方法,其特征在于:所述的第一表面材料(1)和第二表面材料(2)的亲\疏水性范围是从超亲水至超疏水。

3.
  根据权利要求2所述的基于液桥现象的不规则微凝胶制备方法,其特征在于:所述的第一表面材料(1)和第二表面材料(2)的材质包括玻璃、金属、PMMA板、以及经超疏水试剂处理的玻璃。

4.
  根据权利要求1所述的基于液桥现象的不规则微凝胶制备方法,其特征在于:所述的第一表面材料(1)和第二表面材料(2)均为任意形状,第一表面材料(1)和第二表面材料(2)的相对位置为平行或成0°~45°的夹角,第一表面材料(1)和第二表面材料(2)之间的距离为能够形成液桥的任意距离。

5.
  根据权利要求1所述的基于液桥现象的不规则微凝胶制备方法,其特征在于:所述的水凝胶前体液滴(3)的体积为0.05μl~2μl。

6.
  根据权利要求1-5中任意一项所述的基于液桥现象的不规则微凝胶制备方法,其特征在于:所述的水凝胶前体溶液为能够通过升降温、紫外光照射、或化学催化反应交联固化的水凝胶前体溶液。

7.
  根据权利要求6所述的基于液桥现象的不规则微凝胶制备方法,其特征在于:所述的水凝胶前体溶液包括含有2-羟基-2甲基苯丙酮的PEG溶液,丙烯酰胺、甲叉双丙烯酰胺、过硫酸铵和N,N,N',N'-四甲基二乙胺的混合溶液,明胶溶液,以及含有细胞的PEG溶液。

8.
  根据权利要求1-5中任意一项所述的基于液桥现象的不规则微凝胶制备方法,其特征在于:在制备不规则微凝胶阵列时,用细胞打印机或排枪在第二表面材料(2)上打印出水凝胶前体液滴(3)阵列,然后调整升降机械平台,第一表面材料(1)靠近第二表面材料(2)并形成液桥,交联固化后,得到不规则微凝胶阵列。

9.
  根据权利要求1-5中任意一项所述的基于液桥现象的不规则微凝胶制备方法,其特征在于:在制备具有内部梯度的不规则微凝胶时,在第一表面材料(1)和第二表面材料(2)上分别滴加水凝胶前体液滴(3),且第一表面材料(1)上的水凝胶前体液滴(3)和第二表面材料(2)上的水凝胶前体液滴(3)中含有不同浓度或不同成分的细胞和/或化学物质;然后调整升降机械平台,使第一、第二表面材料(1、2)相互靠近并形成液桥,交联固化后,得到内部具有细胞梯度、化学梯度和/或硬度梯度的不规则微凝胶。

10.
  根据权利要求1-5中任意一项所述的基于液桥现象的不规则微凝胶制备方法,其特征在于:通过建立数理模型对制备的不规则微凝胶的形状进行模拟,
d2R/dz2[1+(dR/dz)2]32-1R1+(dR/dz)2+ΔPγ-ρgzγ=0]]>
其中z为液桥的界面各点的竖直方向坐标,R(z)为z的轴向坐标,R为R(z)的简写,ΔP为液桥的界面内外压强差,γ为液桥的表面张力系数,ρ为液桥的密度,g为重力常数,通过伽辽金有限元方法求解上述方程以及液桥的界面在两端点处的边界条件,求得的数值解(R(z),z)即为模拟的不规则微凝胶的形貌。

说明书

一种基于液桥现象的不规则微凝胶制备方法
技术领域
本发明涉及微凝胶制备技术领域,具体涉及一种基于液桥现象的不规则微凝胶制备方法。
背景技术
目前,微凝胶已经广泛地应用于药物输送、组织工程、生物传感、生物条形码等领域。微凝胶的形状,作为一个重要参数可以显著地影响其功能。为了更好的模拟自然界中大量存在的不同形状的微结构重复单元,不规则微凝胶是一个理想的解决方案。事实上,人体本身就具有很多不规则的重复结构单元,如肝、肾、肺中都存在大量不规则重复单元,通过一定组合,实现了复杂的功能。与之类似,构建一个精确设计的微凝胶矩阵,对很多的生物应用有所助益。
目前,已经有许多方法用于非对称微凝胶制备,如拉伸法(Lele PP et al.2009)、模板法(Rolland JP et al.2005)、微流体(Dendukuri D et al.2005)和光掩模法(Du YN et al.2008)等。虽然这些方法可以部分实现高通量、形状的精确控制或操作简便易行,但仍然存在各自的局限性。例如,利用拉伸圆形颗粒可以得到非对称性的哑铃型或椭圆形微凝胶,但这种方法要求合成微凝胶的材料对温度敏感,使其便于达到玻璃化温度;利用模板法制备微凝胶时,将微凝胶和模板分离时很容易破坏微凝胶的结构,同时对模板的制备技术要求较高,并非所有实验室都可实现;利用微流体制备的微凝胶虽然形状可以得到较精确地控制,但是合成的微凝胶由于包裹在油中,这将限制其进一步用于生物应用;利用光掩模法,则要求微凝胶材料必须为光敏感型,通过紫外光实现交联,但是由于光本身的折射和散射,导致光掩模法合成的微凝胶厚度有限,且存在不 可控性。因此,亟需发明一种生物应用前景良好的微凝胶的方法。
当液体存在于两个固体表面之间时,液体将形成液桥,连接两个固体表面。这个现象广泛存在于自然界中。比如,许多昆虫(如甲壳虫和绿头苍蝇)利用自己分泌的液体在自己的肢体和贴附表面间形成液桥,从而增强贴附力。这个现象目前还被用于工业领域。比如,印刷工业利用液桥转印油墨,包装工业利用这个现象来去胶。然而,液桥现象还未被用于微凝胶的制备。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于液桥现象的不规则微凝胶制备方法,该方法具备成本低、制备方法简单、不受材料限制、制得的微凝胶尺寸可控、形貌可调等优点。
为了达到上述目的,本发明采取的技术方案为:
一种基于液桥现象的不规则微凝胶制备方法,包括以下步骤:
步骤1:将第一表面材料固定在升降机械平台的可升降端,将第二表面材料固定在升降机械平台的固定端;
步骤2:使用微量移液器吸取能够形成液桥的水凝胶前体溶液,滴加至固定在升降机械平台固定端的第二表面材料上,在第二表面材料上形成能够形成液桥的水凝胶前体液滴;
步骤3:调整升降机械平台,使第一表面材料靠近第二表面材料,直至第一表面材料与水凝胶前体液滴相接触,在第一、第二表面材料之间形成液桥,然后继续调整升降机械平台,使第一表面材料远离或靠近第二表面材料,直至液桥的形状为所需的不规则微凝胶形状;
步骤4:根据水凝胶前体液滴的种类和性质,采用相应的化学反应或物理手段使液桥中的水凝胶交联固定,得到所需形状的不规则微凝胶。
所述的第一表面材料和第二表面材料的亲\疏水性范围是从超亲水至超疏水。
所述的第一表面材料和第二表面材料的材质包括玻璃、金属、PMMA板、以及经超疏水试剂处理的玻璃。
所述的第一表面材料和第二表面材料均为任意形状,第一表面材料和第二表面材料的相对位置为平行或成0°~45°的夹角,第一表面材料和第二表面材料之间的距离为能够形成液桥的任意距离。
所述的水凝胶前体液滴的体积为0.05μl~2μl。
所述的水凝胶前体溶液为能够通过升降温、紫外光照射、或化学催化反应交联固化的水凝胶前体溶液。
所述的水凝胶前体溶液包括含有2-羟基-2甲基苯丙酮的PEG溶液,丙烯酰胺、甲叉双丙烯酰胺、过硫酸铵和N,N,N',N'-四甲基二乙胺的混合溶液,明胶溶液,以及含有细胞的PEG溶液。
在制备不规则微凝胶阵列时,用细胞打印机或排枪在第二表面材料上打印出水凝胶前体液滴阵列,然后调整升降机械平台,第一表面材料靠近第二表面材料并形成液桥,交联固化后,得到不规则微凝胶阵列。
在制备具有内部梯度的不规则微凝胶时,在第一表面材料和第二表面材料上分别滴加水凝胶前体液滴,且第一表面材料上的水凝胶前体液滴和第二表面材料上的水凝胶前体液滴中含有不同浓度或不同成分的细胞和/或化学物质;然后调整升降机械平台,使第一、第二表面材料相互靠近并形成液桥,交联固化后,得到内部具有细胞梯度、化学梯度和/或硬度梯度的不规则微凝胶。
通过建立数理模型对制备的不规则微凝胶的形状进行模拟,
d2R/dz2[1+(dR/dz)2]32-1R1+(dR/dz)2+ΔPγ-ρgzγ=0]]>
其中z为液桥的界面各点的竖直方向坐标,R(z)为z的轴向坐标,R为R(z)的简写,ΔP为液桥的界面内外压强差,γ为液桥的表面张力系数,ρ为液桥的密度,g为重力常数,通过伽辽金有限元方法求解上述方程以及液桥的界面在两端点处的边界条件,求得的数值解(R(z),z)即为模拟的不规则微凝胶的形貌。
相对于现有技术,本发明具有以下有益效果:
本发明提供的基于液桥现象的不规则微凝胶制备方法,使水凝胶前体液滴在第一表面材料和第二表面材料之间形成液桥,交联固化后即得到不规则微凝胶,可以通过调整与水凝胶前体液滴接触的第一、第二表面材料的形状、亲/疏水性、水凝胶前体液滴的体积大小、以及调节拉伸或压缩液桥的高度,来实现对不规则微凝胶的形状调控。本发明中由于液桥的形状与第一、第二表面材料的亲疏水性、第一、第二表面材料的间距,第一、第二表面材料的形状,水凝胶前体液滴体积等参数密切相关,因此通过改变第一、第二表面材料的亲疏水性,或者通过改变液桥的高度就可以很容易实现改变液桥形状的目的。本发明基于液桥现象制备不规则微凝胶,具有成本低、制备方法简单、操作简便、不受材料限制、制得的不规则微凝胶结构及尺寸可控、形貌可调、易实现内部梯度及高通量等优点,并且对于不同类型的水凝胶前体溶液,采取不同的方法使其交联固化,交联后容易与第一、第二表面材料分离,是一种非常有潜力的不规则微凝胶的制备方法。而且制得的不规则微凝胶能够用于组织工程和再生医学中细胞间相互作用,细胞与基质相互作用,微凝胶组装等应用研究,生物应用前景良好。
附图说明
图1为基于液桥的微凝胶制备流程示意图。
其中1为第一表面材料、2为第二表面材料、3为水凝胶前体液滴。
图2为实施例1上下表面均为玻璃表面制备的聚乙二醇微凝胶示意图及数值模拟结果图,其中液桥两侧的黑线为模拟结果得到的微凝胶形貌。
图3为实施例2上下表面均为PMMA板表面制备的聚丙烯酰胺微凝胶示意图及数值模拟结果图,其中液桥两侧的黑线为模拟结果得到的微凝胶形貌。
图4为实施例3上下表面均为超疏水处理的玻璃表面制备的明胶微凝胶示意图及数值模拟结果图,其中液桥两侧的黑线为模拟结果得到的凝胶形貌。
图5为实施例4上下表面分别为不同亲疏水表面制备的微凝胶示意图,其中(a)的第一表面材料为超疏水处理的载玻片、第二表面材料为普通玻璃载玻片,(b)的第一表面材料为超疏水处理的载玻片、第二表面材料为PMMA板。
图6为实施例5上表面形状改变制备的PEG包裹细胞的微凝胶图,其中(a)为制备的微凝胶的整体图,(b)为(a)的局部放大图。
图7为实施例6制备的高通量微凝胶矩阵图。
图8为实施例7制备的具有化学梯度的不规则微凝胶的示意图及实验结果图,其中(a)为示意图,(b)为实验结果图。
图9为实施例8制备的上下表面成20°角时的微凝胶图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
本发明提供的基于液桥现象的不规则微凝胶制备方法,如图1所示,包括与水凝胶前体液滴3接触的第一、第二表面材料1、2,以及可形成液桥的水凝胶前体液滴3。可以通过控制与水凝胶前体液滴接触的第一、第二表面材料的亲疏水性、水凝胶前体液滴的体积大小,调节拉伸或者压缩液桥的高度以及第一、 第二表面材料的形状实现对不同形状不规则微凝胶的调控。具体步骤为:
步骤1:采用一个可以控制液桥拉伸或者压缩高度的升降机械平台,将第一表面材料1固定在升降机械平台的可升降端,将第二表面材料2固定在升降机械平台的固定端,保证第一、第二表面材料与升降机械平台牢固固定。
步骤2:使用微量移液器吸取一定体积的水凝胶前体溶液,缓慢滴加至第二表面材料2上,在第二表面材料2上形成能够形成液桥的水凝胶前体液滴3。
步骤3:调整升降机械平台,使第一表面材料1靠近第二表面材料2,当靠近至一定程度时,在第一、第二表面材料之间形成液桥。继续调整升降机械平台,直至液桥的形状为所需的不规则微凝胶形状。
步骤4:利用化学反应或物理手段使液桥中的水凝胶交联固定(具体方法根据水凝胶前体液滴种类而不同,如紫外光照,升温或降温等),得到所需形状的不规则微凝胶。
所述的第一、第二表面材料均是亲水性为从超亲水至超疏水中的任意一种表面材料,第一、第二表面材料可以相同也可以不同,可为不同材质的亲/疏水性的表面,如玻璃(接触角约为40°)、PMMA板(接触角约为70°)、经超疏水试剂处理的玻璃(接触角约为90°)等不同表面材料,但并不仅限于上述的玻璃、PMMA板和经超疏水试剂处理的玻璃板。
所述的第一、第二表面材料可以为任意形状,即可以为任意形状突起,也可以为任意形状凹陷。其相对位置,可以平行,也可以成0°~45°的夹角。其间距为可以形成液桥的任意距离。
所述的水凝胶前体溶液是可通过升降温、紫外光照射、化学催化反应等多种方式交联固化的水凝胶前体溶液,例如利用紫外光交联的凝胶(如聚乙二醇等),通过温度改变交联的凝胶(如明胶等)、利用化学催化反应交联的凝胶(如 聚丙烯酰胺等)。水凝胶前体液滴3的体积为0.05μl~2μl。并且该水凝胶前体溶液为适于细胞生长的低毒性的生物材料及多孔支架材料,能够载细胞以提高其生物相容性,或添加纳米材料以改变其性能,并不限于上述提到的水凝胶种类。
在制备不规则微凝胶阵列时,可以使用细胞打印机在第二表面材料上打印出水凝胶前体液滴阵列,也可使用其他设备,如排枪等快速制备出水凝胶前体液滴阵列,然后调整升降机械平台,第一表面材料靠近第二表面材料并形成液桥,交联固化后,得到不规则微凝胶阵列。
在制备内部具有硬度梯度、细胞梯度及化学梯度的不规则微凝胶时,在第一表面材料和第二表面材料上分别滴加水凝胶前体液滴,且第一表面材料上的水凝胶前体液滴和第二表面材料上的水凝胶前体液滴中含有不同浓度或不同成分的细胞及化学物质;然后调整升降机械平台,使第一、第二表面材料相互靠近并形成液桥,在液滴内部形成一定的细胞梯度、化学梯度,交联固化后,可以直接在微凝胶中形成细胞梯度、化学梯度甚至得到不同硬度梯度的不规则微凝胶。
此外,本发明还可以通过建立数理模型对制备的不规则微凝胶的形状进行模拟,实现对微凝胶形状的预测。具体如下,假定微凝胶(液桥)成形时已经达到稳定状态,则在微凝胶的界面处所受的和外力为零,
d2R/dz2[1+(dR/dz)2]32-1R1+(dR/dz)2+ΔPγ-ρgzγ=0]]>
其中z为液桥的界面各点的竖直方向坐标,R(z)为z的轴向坐标,R为R(z)的简写,ΔP为液桥的界面内外压强差,γ为液桥的表面张力系数,ρ为液桥的密度,g为重力常数,上式可以认为是表面张力和重力的平衡,通过伽辽金有限元 方法求解上述力平衡方程以及液桥的界面在两端点处的边界条件,求得的数值解(R(z),z)即为模拟的不规则微凝胶的形貌。通过比较实验测量和理论预测的结果,发现两者能够很好的吻合。
实施例1上下表面均为玻璃表面制备的聚乙二醇微凝胶示意图及数值模拟结果图
步骤1:分别固定两个玻璃载玻片于升降机械平台的固定端和可升降端,保证载玻片与升降机械平台牢固固定,并保证两个载玻片都完全水平。
步骤2:称取一定量的PEG1000单体,溶解于超纯水中,配制成质量浓度为10%的PEG溶液。再在配制好的PEG溶液中加入2-羟基-2甲基苯丙酮(质量为PEG溶液的0.5%),充分震荡使其混合均匀,得到第一混合液(水凝胶前体溶液)。使用微量移液器吸取2μl的第一混合液,缓慢滴加至升降机械平台处于下方的玻璃载玻片上。
步骤3:调整升降机械平台,使两个载玻片相互靠近,当靠近至一定程度时,将在两载玻片间形成液桥。继续调整升降平台,直至得到需要的水凝胶形状。
步骤4:紫外交联15s使水凝胶固化,则得到特定形状的微凝胶,如图2所示。
实施例2上下表面均为PMMA板表面制备的聚丙烯酰胺微凝胶示意图及数值模拟结果
步骤1:分别固定两片PMMA板于升降机械平台的固定端和可升降端,保证PMMA板与升降机械平台牢固固定,并保证两个PMMA板都完全水平。
步骤2:称取丙烯酰胺、甲叉双丙烯酰胺和过硫酸铵加入烧杯中,甲叉双丙烯酰胺与丙烯酰胺的质量比为0.00375:1,过硫酸铵与丙烯酰胺的质量比为0.0175:1,然后加入超纯水,使丙烯酰胺的浓度为0.2g/ml,搅拌使固体溶解,最 后加入N,N,N',N'-四甲基二乙胺,其与丙烯酰胺的质量比为0.0068:1,混合后得到第二混合液。使用微量移液器吸取1μl第二混合液(水凝胶前体溶液),缓慢滴加至机械平台处于下方的PMMA板上。
步骤3:调整升降平台,使两个PMMA板相互靠近,当靠近至一定程度时,将在两PMMA板间形成液桥。继续调整升降平台,直至得到需要的水凝胶形状。
步骤4:静止使水凝胶固化,则得到特定形状的微凝胶,如图3所示。
实施例3上下表面均为超疏水处理的玻璃表面制备的明胶微凝胶示意图及数值模拟结果
步骤1:分别固定两片超疏水处理的载玻片于升降机械平台的固定端和可升降端,保证载玻片与升降机械平台牢固固定,并保证两个载玻片都完全水平。
步骤2:称取一定量的明胶粉体,溶解于超纯水中,配制成质量浓度为5%的明胶溶液,升高温度至50℃,充分震荡使其混合均匀,得到第三混合液(水凝胶前体溶液)。使用微量移液器吸取0.5μl的第三混合液,缓慢滴加至机械平台处于下方的超疏水处理的玻璃载玻片上。
步骤3:调整升降平台,使两个载玻片相互靠近,当靠近至一定程度时,将在两载玻片间形成液桥。继续调整升降平台,直至得到需要的水凝胶形状。
步骤4:降温使水凝胶固化,则得到特定形状的微凝胶,如图4所示。
实施例4上下表面分别为不同亲疏水表面制备的微凝胶示意图
步骤1:分别固定超疏水处理的载玻片及普通玻璃载玻片于升降机械平台的可升降端和固定端,或者分别固定超疏水处理的载玻片及PMMA板于升降机械平台的可升降端和固定端,保证表面材料与升降机械平台牢固固定,并保证两个表面都完全水平。
步骤2:使用微量移液器吸取1μl的第三混合液,缓慢滴加至机械平台处于 下方的玻璃载玻片或PMMA板上。
步骤3:调整升降平台,使两个表面相互靠近,当靠近至一定程度时,将在两表面间形成液桥。继续调整升降平台,直至得到需要的水凝胶形状。
步骤4:降温使水凝胶固化,则得到特定形状的微凝胶,如图5所示。
实施例5上表面形状改变制备的聚乙二醇包裹细胞的微凝胶图
步骤1:固定PMMA片于升降机械平台的固定端,固定一端头为圆形的PMMA片于可升降端,保证PMMA片与升降机械平台牢固固定。
步骤2:称取一定量的PEG1000单体,溶解于含有C2C12细胞的PBS中,配制成质量浓度为10%的PEG溶液。再在配制好的PEG溶液中加入2-羟基-2甲基苯丙酮(质量为PEG溶液的0.5%),充分震荡使其混合均匀,得到第四混合液(水凝胶前体溶液)。使用微量移液器吸取2μl的第四混合液,缓慢滴加至机械平台处于下方的玻璃载玻片上。
步骤3:调整升降平台,使两个PMMA片相互靠近,当靠近至一定程度时,将在两PMMA片间形成液桥。继续调整升降平台,直至得到需要的水凝胶形状。
步骤4:紫外交联15s使水凝胶固化,则得到特定形状的微凝胶,如图6所示。
实施例6微凝胶矩阵的高通量制备
步骤1:使用细胞打印平台在PMMA板上打印体积为2μl的第一混合液的微阵列。
步骤2:固定具有第一混合液微阵列的PMMA板于升降机械平台的固定端,固定另一片PMMA板在可升降端,保证PMMA板与升降机械平台牢固固定,并保证两个PMMA板都完全水平。
步骤3:调整升降平台,使两个PMMA板相互靠近,当靠近至一定程度时, 将在两PMMA板间形成多个液桥。继续调整升降平台,直至得到需要的水凝胶形状。
步骤4:紫外交联15s使水凝胶固化,则得到特定形状的微凝胶,如图7所示。
实施例7具有化学梯度的不规则微凝胶制备的示意图及实验结果
步骤1:分别固定PMMA板于升降机械平台的可升降端和固定端,保证PMMA板与升降机械平台牢固固定,并保证两个PMMA板都完全水平。
步骤2:在第三混合液中加入适当蓝墨水得到第五混合液,在第三混合液中加入适当红墨水得到第六混合液。使用微量移液器吸取0.5μl的第五混合液,缓慢滴加至机械平台处于下方的PMMA板上。再使用微量移液器吸取0.5μl的第六混合液,缓慢滴加至机械平台处于上方的PMMA板上。
步骤3:调整升降平台,使两个PMMA板相互靠近,当靠近至一定程度时,将在两PMMA板间形成液桥,并在液滴内部形成一定的化学梯度。继续调整升降平台,直至得到需要的水凝胶形状。
步骤4:降温使水凝胶固化,则得到具有化学梯度的特定形状的微凝胶,如图8所示。
实施例8上下表面成20°角时制备的微凝胶图
步骤1:分别固定金属片及PMMA板于升降机械平台的可升降端和固定端,保证表面材料与升降机械平台牢固固定,并保证下表面完全水平,上表面与下表面成20°夹角。
步骤2:使用微量移液器吸取1μl的第三混合液,缓慢滴加至机械平台处于下方的玻璃载玻片上。
步骤3:调整升降平台,使两个表面相互靠近,当靠近至一定程度时,将在 两表面间形成液桥。继续调整升降平台,直至得到需要的水凝胶形状。
步骤4:降温使水凝胶固化,则得到特定形状的微凝胶,如图9所示。
本发明的工作原理为:以实施例1的结构来说明,在玻璃表面滴加第一混合液后,在玻璃表面形成了一个液滴,保持在自然接触角的状态。当使用另一块玻璃靠近这个液滴时,两个玻璃之间形成了液桥。由于玻璃亲水性较强,形成的液桥弧度较大,通过控制两玻璃板之间的距离,可以得到较长的哑铃型液滴一直到圆片状液滴等不同形状。使用紫外光进行交联,则得到了与液滴形状相同的微凝胶。
本发明将液桥现象首次用于微凝胶的制备,为可控制备不规则微凝胶的发展提供一种新的思路和有力的工具。另外,本发明中所述的微凝胶是指回转体直径或高度有一项达到微米尺度,即认定其为微凝胶。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式,其描述较为具体和详细,但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是,对于本领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干变形和改进,这些都属于本发明的保护范围。

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1、10申请公布号CN104162391A43申请公布日20141126CN104162391A21申请号201410384378622申请日20140806B01J13/0020060171申请人西安交通大学地址710049陕西省西安市咸宁西路28号72发明人王琳徐峰裘慕书卢天健74专利代理机构西安通大专利代理有限责任公司61200代理人陆万寿54发明名称一种基于液桥现象的不规则微凝胶制备方法57摘要一种基于液桥现象的不规则微凝胶制备方法,采用可控高度的升降机械平台,分别选择亲/疏水性不同的表面材料固定在机械平台的固定端和可升降端。使用微量移液器量取一定体积的水凝胶前体溶液,滴于两个表面材料之间。

2、,通过拉伸或压缩水凝胶前体液滴,形成液桥。通过调整两个表面材料与液滴接触部位的形状、材料特性以及两表面的间距,可得到不同目标形状的液桥。针对不同特性的水凝胶前体液滴,可采取不同物理和化学交联方法使其固化。该方法简便快捷,不受材料限制,形状可控,并且通过简单技术改进可以直接形成高通量及内部存在梯度的液桥,是一种非常有潜力的不规则微凝胶的制备方法,为将来组织工程基础结构单元的制备提供有力的支撑。51INTCL权利要求书2页说明书7页附图3页19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书2页说明书7页附图3页10申请公布号CN104162391ACN104162391A1/2页21一种基。

3、于液桥现象的不规则微凝胶制备方法,其特征在于,包括以下步骤步骤1将第一表面材料1固定在升降机械平台的可升降端,将第二表面材料2固定在升降机械平台的固定端;步骤2使用微量移液器吸取能够形成液桥的水凝胶前体溶液,滴加至固定在升降机械平台固定端的第二表面材料2上,在第二表面材料2上形成能够形成液桥的水凝胶前体液滴3;步骤3调整升降机械平台,使第一表面材料1靠近第二表面材料2,直至第一表面材料1与水凝胶前体液滴3相接触,在第一、第二表面材料1、2之间形成液桥,然后继续调整升降机械平台,使第一表面材料1远离或靠近第二表面材料2,直至液桥的形状为所需的不规则微凝胶形状;步骤4根据水凝胶前体液滴3的种类和性。

4、质,采用相应的化学反应或物理手段使液桥中的水凝胶交联固定,得到所需形状的不规则微凝胶。2根据权利要求1所述的基于液桥现象的不规则微凝胶制备方法,其特征在于所述的第一表面材料1和第二表面材料2的亲疏水性范围是从超亲水至超疏水。3根据权利要求2所述的基于液桥现象的不规则微凝胶制备方法,其特征在于所述的第一表面材料1和第二表面材料2的材质包括玻璃、金属、PMMA板、以及经超疏水试剂处理的玻璃。4根据权利要求1所述的基于液桥现象的不规则微凝胶制备方法,其特征在于所述的第一表面材料1和第二表面材料2均为任意形状,第一表面材料1和第二表面材料2的相对位置为平行或成045的夹角,第一表面材料1和第二表面材料。

5、2之间的距离为能够形成液桥的任意距离。5根据权利要求1所述的基于液桥现象的不规则微凝胶制备方法,其特征在于所述的水凝胶前体液滴3的体积为005L2L。6根据权利要求15中任意一项所述的基于液桥现象的不规则微凝胶制备方法,其特征在于所述的水凝胶前体溶液为能够通过升降温、紫外光照射、或化学催化反应交联固化的水凝胶前体溶液。7根据权利要求6所述的基于液桥现象的不规则微凝胶制备方法,其特征在于所述的水凝胶前体溶液包括含有2羟基2甲基苯丙酮的PEG溶液,丙烯酰胺、甲叉双丙烯酰胺、过硫酸铵和N,N,N,N四甲基二乙胺的混合溶液,明胶溶液,以及含有细胞的PEG溶液。8根据权利要求15中任意一项所述的基于液桥。

6、现象的不规则微凝胶制备方法,其特征在于在制备不规则微凝胶阵列时,用细胞打印机或排枪在第二表面材料2上打印出水凝胶前体液滴3阵列,然后调整升降机械平台,第一表面材料1靠近第二表面材料2并形成液桥,交联固化后,得到不规则微凝胶阵列。9根据权利要求15中任意一项所述的基于液桥现象的不规则微凝胶制备方法,其特征在于在制备具有内部梯度的不规则微凝胶时,在第一表面材料1和第二表面材料2上分别滴加水凝胶前体液滴3,且第一表面材料1上的水凝胶前体液滴3和第二表面材料2上的水凝胶前体液滴3中含有不同浓度或不同成分的细胞和/或化学物质;然后调整升降机械平台,使第一、第二表面材料1、2相互靠近并形成液桥,交联固化后。

7、,得权利要求书CN104162391A2/2页3到内部具有细胞梯度、化学梯度和/或硬度梯度的不规则微凝胶。10根据权利要求15中任意一项所述的基于液桥现象的不规则微凝胶制备方法,其特征在于通过建立数理模型对制备的不规则微凝胶的形状进行模拟,其中Z为液桥的界面各点的竖直方向坐标,RZ为Z的轴向坐标,R为RZ的简写,P为液桥的界面内外压强差,为液桥的表面张力系数,为液桥的密度,G为重力常数,通过伽辽金有限元方法求解上述方程以及液桥的界面在两端点处的边界条件,求得的数值解RZ,Z即为模拟的不规则微凝胶的形貌。权利要求书CN104162391A1/7页4一种基于液桥现象的不规则微凝胶制备方法技术领域0。

8、001本发明涉及微凝胶制备技术领域,具体涉及一种基于液桥现象的不规则微凝胶制备方法。背景技术0002目前,微凝胶已经广泛地应用于药物输送、组织工程、生物传感、生物条形码等领域。微凝胶的形状,作为一个重要参数可以显著地影响其功能。为了更好的模拟自然界中大量存在的不同形状的微结构重复单元,不规则微凝胶是一个理想的解决方案。事实上,人体本身就具有很多不规则的重复结构单元,如肝、肾、肺中都存在大量不规则重复单元,通过一定组合,实现了复杂的功能。与之类似,构建一个精确设计的微凝胶矩阵,对很多的生物应用有所助益。0003目前,已经有许多方法用于非对称微凝胶制备,如拉伸法LELEPPETAL2009、模板法。

9、ROLLANDJPETAL2005、微流体DENDUKURIDETAL2005和光掩模法DUYNETAL2008等。虽然这些方法可以部分实现高通量、形状的精确控制或操作简便易行,但仍然存在各自的局限性。例如,利用拉伸圆形颗粒可以得到非对称性的哑铃型或椭圆形微凝胶,但这种方法要求合成微凝胶的材料对温度敏感,使其便于达到玻璃化温度;利用模板法制备微凝胶时,将微凝胶和模板分离时很容易破坏微凝胶的结构,同时对模板的制备技术要求较高,并非所有实验室都可实现;利用微流体制备的微凝胶虽然形状可以得到较精确地控制,但是合成的微凝胶由于包裹在油中,这将限制其进一步用于生物应用;利用光掩模法,则要求微凝胶材料必须。

10、为光敏感型,通过紫外光实现交联,但是由于光本身的折射和散射,导致光掩模法合成的微凝胶厚度有限,且存在不可控性。因此,亟需发明一种生物应用前景良好的微凝胶的方法。0004当液体存在于两个固体表面之间时,液体将形成液桥,连接两个固体表面。这个现象广泛存在于自然界中。比如,许多昆虫如甲壳虫和绿头苍蝇利用自己分泌的液体在自己的肢体和贴附表面间形成液桥,从而增强贴附力。这个现象目前还被用于工业领域。比如,印刷工业利用液桥转印油墨,包装工业利用这个现象来去胶。然而,液桥现象还未被用于微凝胶的制备。发明内容0005本发明的目的在于提供一种基于液桥现象的不规则微凝胶制备方法,该方法具备成本低、制备方法简单、不。

11、受材料限制、制得的微凝胶尺寸可控、形貌可调等优点。0006为了达到上述目的,本发明采取的技术方案为0007一种基于液桥现象的不规则微凝胶制备方法,包括以下步骤0008步骤1将第一表面材料固定在升降机械平台的可升降端,将第二表面材料固定在升降机械平台的固定端;0009步骤2使用微量移液器吸取能够形成液桥的水凝胶前体溶液,滴加至固定在升说明书CN104162391A2/7页5降机械平台固定端的第二表面材料上,在第二表面材料上形成能够形成液桥的水凝胶前体液滴;0010步骤3调整升降机械平台,使第一表面材料靠近第二表面材料,直至第一表面材料与水凝胶前体液滴相接触,在第一、第二表面材料之间形成液桥,然后。

12、继续调整升降机械平台,使第一表面材料远离或靠近第二表面材料,直至液桥的形状为所需的不规则微凝胶形状;0011步骤4根据水凝胶前体液滴的种类和性质,采用相应的化学反应或物理手段使液桥中的水凝胶交联固定,得到所需形状的不规则微凝胶。0012所述的第一表面材料和第二表面材料的亲疏水性范围是从超亲水至超疏水。0013所述的第一表面材料和第二表面材料的材质包括玻璃、金属、PMMA板、以及经超疏水试剂处理的玻璃。0014所述的第一表面材料和第二表面材料均为任意形状,第一表面材料和第二表面材料的相对位置为平行或成045的夹角,第一表面材料和第二表面材料之间的距离为能够形成液桥的任意距离。0015所述的水凝胶。

13、前体液滴的体积为005L2L。0016所述的水凝胶前体溶液为能够通过升降温、紫外光照射、或化学催化反应交联固化的水凝胶前体溶液。0017所述的水凝胶前体溶液包括含有2羟基2甲基苯丙酮的PEG溶液,丙烯酰胺、甲叉双丙烯酰胺、过硫酸铵和N,N,N,N四甲基二乙胺的混合溶液,明胶溶液,以及含有细胞的PEG溶液。0018在制备不规则微凝胶阵列时,用细胞打印机或排枪在第二表面材料上打印出水凝胶前体液滴阵列,然后调整升降机械平台,第一表面材料靠近第二表面材料并形成液桥,交联固化后,得到不规则微凝胶阵列。0019在制备具有内部梯度的不规则微凝胶时,在第一表面材料和第二表面材料上分别滴加水凝胶前体液滴,且第一。

14、表面材料上的水凝胶前体液滴和第二表面材料上的水凝胶前体液滴中含有不同浓度或不同成分的细胞和/或化学物质;然后调整升降机械平台,使第一、第二表面材料相互靠近并形成液桥,交联固化后,得到内部具有细胞梯度、化学梯度和/或硬度梯度的不规则微凝胶。0020通过建立数理模型对制备的不规则微凝胶的形状进行模拟,00210022其中Z为液桥的界面各点的竖直方向坐标,RZ为Z的轴向坐标,R为RZ的简写,P为液桥的界面内外压强差,为液桥的表面张力系数,为液桥的密度,G为重力常数,通过伽辽金有限元方法求解上述方程以及液桥的界面在两端点处的边界条件,求得的数值解RZ,Z即为模拟的不规则微凝胶的形貌。0023相对于现有。

15、技术,本发明具有以下有益效果0024本发明提供的基于液桥现象的不规则微凝胶制备方法,使水凝胶前体液滴在第一表面材料和第二表面材料之间形成液桥,交联固化后即得到不规则微凝胶,可以通过调整说明书CN104162391A3/7页6与水凝胶前体液滴接触的第一、第二表面材料的形状、亲/疏水性、水凝胶前体液滴的体积大小、以及调节拉伸或压缩液桥的高度,来实现对不规则微凝胶的形状调控。本发明中由于液桥的形状与第一、第二表面材料的亲疏水性、第一、第二表面材料的间距,第一、第二表面材料的形状,水凝胶前体液滴体积等参数密切相关,因此通过改变第一、第二表面材料的亲疏水性,或者通过改变液桥的高度就可以很容易实现改变液桥。

16、形状的目的。本发明基于液桥现象制备不规则微凝胶,具有成本低、制备方法简单、操作简便、不受材料限制、制得的不规则微凝胶结构及尺寸可控、形貌可调、易实现内部梯度及高通量等优点,并且对于不同类型的水凝胶前体溶液,采取不同的方法使其交联固化,交联后容易与第一、第二表面材料分离,是一种非常有潜力的不规则微凝胶的制备方法。而且制得的不规则微凝胶能够用于组织工程和再生医学中细胞间相互作用,细胞与基质相互作用,微凝胶组装等应用研究,生物应用前景良好。附图说明0025图1为基于液桥的微凝胶制备流程示意图。0026其中1为第一表面材料、2为第二表面材料、3为水凝胶前体液滴。0027图2为实施例1上下表面均为玻璃表。

17、面制备的聚乙二醇微凝胶示意图及数值模拟结果图,其中液桥两侧的黑线为模拟结果得到的微凝胶形貌。0028图3为实施例2上下表面均为PMMA板表面制备的聚丙烯酰胺微凝胶示意图及数值模拟结果图,其中液桥两侧的黑线为模拟结果得到的微凝胶形貌。0029图4为实施例3上下表面均为超疏水处理的玻璃表面制备的明胶微凝胶示意图及数值模拟结果图,其中液桥两侧的黑线为模拟结果得到的凝胶形貌。0030图5为实施例4上下表面分别为不同亲疏水表面制备的微凝胶示意图,其中A的第一表面材料为超疏水处理的载玻片、第二表面材料为普通玻璃载玻片,B的第一表面材料为超疏水处理的载玻片、第二表面材料为PMMA板。0031图6为实施例5上。

18、表面形状改变制备的PEG包裹细胞的微凝胶图,其中A为制备的微凝胶的整体图,B为A的局部放大图。0032图7为实施例6制备的高通量微凝胶矩阵图。0033图8为实施例7制备的具有化学梯度的不规则微凝胶的示意图及实验结果图,其中A为示意图,B为实验结果图。0034图9为实施例8制备的上下表面成20角时的微凝胶图。具体实施方式0035下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。0036本发明提供的基于液桥现象的不规则微凝胶制备方法,如图1所示,包括与水凝胶前体液滴3接触的第一、第二表面材料1、2,以及可形成液桥的水凝胶前体液滴3。可以通过控制与水凝胶前体液滴接触的第一、第二表面材料的亲疏水性、水凝胶前体。

19、液滴的体积大小,调节拉伸或者压缩液桥的高度以及第一、第二表面材料的形状实现对不同形状不规则微凝胶的调控。具体步骤为0037步骤1采用一个可以控制液桥拉伸或者压缩高度的升降机械平台,将第一表面说明书CN104162391A4/7页7材料1固定在升降机械平台的可升降端,将第二表面材料2固定在升降机械平台的固定端,保证第一、第二表面材料与升降机械平台牢固固定。0038步骤2使用微量移液器吸取一定体积的水凝胶前体溶液,缓慢滴加至第二表面材料2上,在第二表面材料2上形成能够形成液桥的水凝胶前体液滴3。0039步骤3调整升降机械平台,使第一表面材料1靠近第二表面材料2,当靠近至一定程度时,在第一、第二表面。

20、材料之间形成液桥。继续调整升降机械平台,直至液桥的形状为所需的不规则微凝胶形状。0040步骤4利用化学反应或物理手段使液桥中的水凝胶交联固定具体方法根据水凝胶前体液滴种类而不同,如紫外光照,升温或降温等,得到所需形状的不规则微凝胶。0041所述的第一、第二表面材料均是亲水性为从超亲水至超疏水中的任意一种表面材料,第一、第二表面材料可以相同也可以不同,可为不同材质的亲/疏水性的表面,如玻璃接触角约为40、PMMA板接触角约为70、经超疏水试剂处理的玻璃接触角约为90等不同表面材料,但并不仅限于上述的玻璃、PMMA板和经超疏水试剂处理的玻璃板。0042所述的第一、第二表面材料可以为任意形状,即可以。

21、为任意形状突起,也可以为任意形状凹陷。其相对位置,可以平行,也可以成045的夹角。其间距为可以形成液桥的任意距离。0043所述的水凝胶前体溶液是可通过升降温、紫外光照射、化学催化反应等多种方式交联固化的水凝胶前体溶液,例如利用紫外光交联的凝胶如聚乙二醇等,通过温度改变交联的凝胶如明胶等、利用化学催化反应交联的凝胶如聚丙烯酰胺等。水凝胶前体液滴3的体积为005L2L。并且该水凝胶前体溶液为适于细胞生长的低毒性的生物材料及多孔支架材料,能够载细胞以提高其生物相容性,或添加纳米材料以改变其性能,并不限于上述提到的水凝胶种类。0044在制备不规则微凝胶阵列时,可以使用细胞打印机在第二表面材料上打印出水。

22、凝胶前体液滴阵列,也可使用其他设备,如排枪等快速制备出水凝胶前体液滴阵列,然后调整升降机械平台,第一表面材料靠近第二表面材料并形成液桥,交联固化后,得到不规则微凝胶阵列。0045在制备内部具有硬度梯度、细胞梯度及化学梯度的不规则微凝胶时,在第一表面材料和第二表面材料上分别滴加水凝胶前体液滴,且第一表面材料上的水凝胶前体液滴和第二表面材料上的水凝胶前体液滴中含有不同浓度或不同成分的细胞及化学物质;然后调整升降机械平台,使第一、第二表面材料相互靠近并形成液桥,在液滴内部形成一定的细胞梯度、化学梯度,交联固化后,可以直接在微凝胶中形成细胞梯度、化学梯度甚至得到不同硬度梯度的不规则微凝胶。0046此外。

23、,本发明还可以通过建立数理模型对制备的不规则微凝胶的形状进行模拟,实现对微凝胶形状的预测。具体如下,假定微凝胶液桥成形时已经达到稳定状态,则在微凝胶的界面处所受的和外力为零,00470048其中Z为液桥的界面各点的竖直方向坐标,RZ为Z的轴向坐标,R为RZ的简说明书CN104162391A5/7页8写,P为液桥的界面内外压强差,为液桥的表面张力系数,为液桥的密度,G为重力常数,上式可以认为是表面张力和重力的平衡,通过伽辽金有限元方法求解上述力平衡方程以及液桥的界面在两端点处的边界条件,求得的数值解RZ,Z即为模拟的不规则微凝胶的形貌。通过比较实验测量和理论预测的结果,发现两者能够很好的吻合。0。

24、049实施例1上下表面均为玻璃表面制备的聚乙二醇微凝胶示意图及数值模拟结果图0050步骤1分别固定两个玻璃载玻片于升降机械平台的固定端和可升降端,保证载玻片与升降机械平台牢固固定,并保证两个载玻片都完全水平。0051步骤2称取一定量的PEG1000单体,溶解于超纯水中,配制成质量浓度为10的PEG溶液。再在配制好的PEG溶液中加入2羟基2甲基苯丙酮质量为PEG溶液的05,充分震荡使其混合均匀,得到第一混合液水凝胶前体溶液。使用微量移液器吸取2L的第一混合液,缓慢滴加至升降机械平台处于下方的玻璃载玻片上。0052步骤3调整升降机械平台,使两个载玻片相互靠近,当靠近至一定程度时,将在两载玻片间形成。

25、液桥。继续调整升降平台,直至得到需要的水凝胶形状。0053步骤4紫外交联15S使水凝胶固化,则得到特定形状的微凝胶,如图2所示。0054实施例2上下表面均为PMMA板表面制备的聚丙烯酰胺微凝胶示意图及数值模拟结果0055步骤1分别固定两片PMMA板于升降机械平台的固定端和可升降端,保证PMMA板与升降机械平台牢固固定,并保证两个PMMA板都完全水平。0056步骤2称取丙烯酰胺、甲叉双丙烯酰胺和过硫酸铵加入烧杯中,甲叉双丙烯酰胺与丙烯酰胺的质量比为0003751,过硫酸铵与丙烯酰胺的质量比为001751,然后加入超纯水,使丙烯酰胺的浓度为02G/ML,搅拌使固体溶解,最后加入N,N,N,N四甲基。

26、二乙胺,其与丙烯酰胺的质量比为000681,混合后得到第二混合液。使用微量移液器吸取1L第二混合液水凝胶前体溶液,缓慢滴加至机械平台处于下方的PMMA板上。0057步骤3调整升降平台,使两个PMMA板相互靠近,当靠近至一定程度时,将在两PMMA板间形成液桥。继续调整升降平台,直至得到需要的水凝胶形状。0058步骤4静止使水凝胶固化,则得到特定形状的微凝胶,如图3所示。0059实施例3上下表面均为超疏水处理的玻璃表面制备的明胶微凝胶示意图及数值模拟结果0060步骤1分别固定两片超疏水处理的载玻片于升降机械平台的固定端和可升降端,保证载玻片与升降机械平台牢固固定,并保证两个载玻片都完全水平。006。

27、1步骤2称取一定量的明胶粉体,溶解于超纯水中,配制成质量浓度为5的明胶溶液,升高温度至50,充分震荡使其混合均匀,得到第三混合液水凝胶前体溶液。使用微量移液器吸取05L的第三混合液,缓慢滴加至机械平台处于下方的超疏水处理的玻璃载玻片上。0062步骤3调整升降平台,使两个载玻片相互靠近,当靠近至一定程度时,将在两载玻片间形成液桥。继续调整升降平台,直至得到需要的水凝胶形状。0063步骤4降温使水凝胶固化,则得到特定形状的微凝胶,如图4所示。0064实施例4上下表面分别为不同亲疏水表面制备的微凝胶示意图说明书CN104162391A6/7页90065步骤1分别固定超疏水处理的载玻片及普通玻璃载玻片。

28、于升降机械平台的可升降端和固定端,或者分别固定超疏水处理的载玻片及PMMA板于升降机械平台的可升降端和固定端,保证表面材料与升降机械平台牢固固定,并保证两个表面都完全水平。0066步骤2使用微量移液器吸取1L的第三混合液,缓慢滴加至机械平台处于下方的玻璃载玻片或PMMA板上。0067步骤3调整升降平台,使两个表面相互靠近,当靠近至一定程度时,将在两表面间形成液桥。继续调整升降平台,直至得到需要的水凝胶形状。0068步骤4降温使水凝胶固化,则得到特定形状的微凝胶,如图5所示。0069实施例5上表面形状改变制备的聚乙二醇包裹细胞的微凝胶图0070步骤1固定PMMA片于升降机械平台的固定端,固定一端。

29、头为圆形的PMMA片于可升降端,保证PMMA片与升降机械平台牢固固定。0071步骤2称取一定量的PEG1000单体,溶解于含有C2C12细胞的PBS中,配制成质量浓度为10的PEG溶液。再在配制好的PEG溶液中加入2羟基2甲基苯丙酮质量为PEG溶液的05,充分震荡使其混合均匀,得到第四混合液水凝胶前体溶液。使用微量移液器吸取2L的第四混合液,缓慢滴加至机械平台处于下方的玻璃载玻片上。0072步骤3调整升降平台,使两个PMMA片相互靠近,当靠近至一定程度时,将在两PMMA片间形成液桥。继续调整升降平台,直至得到需要的水凝胶形状。0073步骤4紫外交联15S使水凝胶固化,则得到特定形状的微凝胶,如。

30、图6所示。0074实施例6微凝胶矩阵的高通量制备0075步骤1使用细胞打印平台在PMMA板上打印体积为2L的第一混合液的微阵列。0076步骤2固定具有第一混合液微阵列的PMMA板于升降机械平台的固定端,固定另一片PMMA板在可升降端,保证PMMA板与升降机械平台牢固固定,并保证两个PMMA板都完全水平。0077步骤3调整升降平台,使两个PMMA板相互靠近,当靠近至一定程度时,将在两PMMA板间形成多个液桥。继续调整升降平台,直至得到需要的水凝胶形状。0078步骤4紫外交联15S使水凝胶固化,则得到特定形状的微凝胶,如图7所示。0079实施例7具有化学梯度的不规则微凝胶制备的示意图及实验结果00。

31、80步骤1分别固定PMMA板于升降机械平台的可升降端和固定端,保证PMMA板与升降机械平台牢固固定,并保证两个PMMA板都完全水平。0081步骤2在第三混合液中加入适当蓝墨水得到第五混合液,在第三混合液中加入适当红墨水得到第六混合液。使用微量移液器吸取05L的第五混合液,缓慢滴加至机械平台处于下方的PMMA板上。再使用微量移液器吸取05L的第六混合液,缓慢滴加至机械平台处于上方的PMMA板上。0082步骤3调整升降平台,使两个PMMA板相互靠近,当靠近至一定程度时,将在两PMMA板间形成液桥,并在液滴内部形成一定的化学梯度。继续调整升降平台,直至得到需要的水凝胶形状。0083步骤4降温使水凝胶。

32、固化,则得到具有化学梯度的特定形状的微凝胶,如图8所示。0084实施例8上下表面成20角时制备的微凝胶图说明书CN104162391A7/7页100085步骤1分别固定金属片及PMMA板于升降机械平台的可升降端和固定端,保证表面材料与升降机械平台牢固固定,并保证下表面完全水平,上表面与下表面成20夹角。0086步骤2使用微量移液器吸取1L的第三混合液,缓慢滴加至机械平台处于下方的玻璃载玻片上。0087步骤3调整升降平台,使两个表面相互靠近,当靠近至一定程度时,将在两表面间形成液桥。继续调整升降平台,直至得到需要的水凝胶形状。0088步骤4降温使水凝胶固化,则得到特定形状的微凝胶,如图9所示。0。

33、089本发明的工作原理为以实施例1的结构来说明,在玻璃表面滴加第一混合液后,在玻璃表面形成了一个液滴,保持在自然接触角的状态。当使用另一块玻璃靠近这个液滴时,两个玻璃之间形成了液桥。由于玻璃亲水性较强,形成的液桥弧度较大,通过控制两玻璃板之间的距离,可以得到较长的哑铃型液滴一直到圆片状液滴等不同形状。使用紫外光进行交联,则得到了与液滴形状相同的微凝胶。0090本发明将液桥现象首次用于微凝胶的制备,为可控制备不规则微凝胶的发展提供一种新的思路和有力的工具。另外,本发明中所述的微凝胶是指回转体直径或高度有一项达到微米尺度,即认定其为微凝胶。0091以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式,其描述较为具体和详细,但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是,对于本领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干变形和改进,这些都属于本发明的保护范围。说明书CN104162391A101/3页11图1图2图3图4图5说明书附图CN104162391A112/3页12图6图7图8说明书附图CN104162391A123/3页13图9说明书附图CN104162391A13。

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