专利名称：一种微尺度水凝胶的制备方法
技术领域：
本发明属于生物技术应用领域，具体涉及一种操作简易、低成本的微尺度水凝胶的制备方法。
背景技术：
水凝胶是含水率超高(通常为90%以上)的高分子网状结构，具有生物相容性好、智能等特点，被广泛应用于生物、医学等领域。微凝胶是指微尺度范围内的水凝胶材料(通常为微米、纳米级别)。微凝胶由于尺寸小而且是多孔网状结构，可用于载药，在医学领域内作为缓释、靶向的药物载体。同时，由于其生物相容性好，也可装载细胞，作为组织工程中的“生物砖”，构建人体组织。目前制备微凝胶的手段主要是光掩膜法、微流控法和细胞打印方法。其中，光掩膜法是最为成熟和广泛应用的方法，可用于制作各种形状和尺度的微凝胶，然而这种方法只适用于光交联的凝胶材料，严重限制了这种方法的应用。微流控法和细胞打印法可用于温度交联的凝胶制备。然而，这三种方法均涉及到复杂而冗长的操作过程和昂贵的设备，制作成本高。因此，操作简单、方法灵活、应用范围广泛的的低成本微尺度凝胶制备方法对微凝胶的广泛应用具有重要意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种操作简便、灵活、低成本的微尺度水凝胶的制备方法。为达到上述目的，本发明采用了以下技术方案:I)将水凝胶前体注入加样笔的笔杆中，所述加样笔还包括笔头，笔头的前端开设有样品流出孔，样品流出孔内设置有可以转动的球珠，笔头的后端与笔杆相连通，注入水凝胶前体后，用密封油将水凝胶前体密封在笔杆中；2)用加样笔将水凝胶前体书写在基底上；3)对基底上的水凝胶前体进行固化处理。所述加样笔还包括用于连接笔头与笔杆的连接装置。所述书写是指将笔头前端接触基底，然后驱动笔头在基底上移动，使笔头前端的球珠转动，带动笔杆内的水凝胶前体流出，流出的水凝胶前体涂敷于基底上。所述球珠的直径为lOOnm-lcm。所述加样笔的加样量范围为10-1000nL/cm。所述固化处理包括紫外光照、升温或降温。本发明的有益效果为:本发明利用加样笔在基底上书写微量水凝胶前体，然后使水凝胶前体交联固定，形成微尺度水凝胶，该方法具有材料利用率高、成本低廉、使用方便灵活，加工可控性高等特点。
图1为本发明所述加样笔的结构示意图；图1中:1笔头，2笔杆，3球珠，4连接装置，5水凝胶前体，6密封油；图2为本发明制备的线状聚乙二醇水凝胶效果(图中标尺为500μπι)；图3为本发明制备的点状温度交联明胶微尺度水凝胶的效果(图中标尺为500 μm)；图4为本发明所述加样笔加样量随书写速度的变化；图5为本发明所述加样笔加样量随前端球珠大小的变化；图6为本发明所述加样笔加样量随笔杆内填充物(水凝胶前体)高度的变化。
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。本发明所述微尺度水凝胶的制备方法，包括以下步骤:1)将水凝胶前体注入加样笔的笔杆2中，所述加样笔还包括笔头1，笔头I的前端开设有样品流出孔，样品流出孔内设置有可以转动的球珠3，笔头I的后端与笔杆2相连通，注入水凝胶前体后，用密封油6 (矿物油)将水凝胶前体密封在笔杆2中，所述加样笔还包括用于连接笔头I与笔杆2的连接装置4，参见图1 ;2)用加样笔将水凝胶前体书写在基底(如玻璃板)上；所述书写是指将笔头I前端接触基底，然后驱动笔头I在基底上移动，使笔头I前端的球珠3转动，带动笔杆2内的水凝胶前体流出，流出的水凝胶前体涂敷于基底上，可以实现微量加样；3)对基底上的水凝胶前体进行固化处理使基底上的水凝胶前体交联固定；所述固化处理包括紫外光照、升温或降温。所述球珠3的直径为100nm-lcm。所述加样笔的加样量范围为10_1000nL/cm。通过调整书写速度(图4)、球珠直径(图5)、基底材料或笔杆内水凝胶前体高度(图6)改变加样笔的加样量，书写速度是指笔头前端在基底上移动的速度，书写速度可以通过驱动机构进行控制，同时，可以在笔杆后端连接水凝胶前体补充机构，使笔杆内水凝胶前体保持稳定的高度。实施例生物加样笔的结构如图1所示，由6部分组成，笔头I主要提供球珠3的支持点，笔杆2用于储存水凝胶前体，球珠3在基底上摩擦转动时提供足够的剪切力，带动水凝胶前体5流出，连接装置4用于连接笔杆2和笔头1，密封油6防止样品(水凝胶前体)挥发。当生物加样笔在基底上书写时(类似于圆珠笔或中性笔的书写过程)，笔头I前端的球珠3转动，带动水凝胶前体5流出。利用生物加样笔制备水凝胶，包括以下步骤:步骤1:将适量所需加工水凝胶前体(ΙΟμ L_2mL)注入笔杆中，其后用矿物油(密封油)密封，防止蒸发。步骤2:持此生物加样笔在玻璃板上书写，使笔头前端接触基底，然后驱动笔头在基底上移动，使笔头前端的球珠转动，带动水凝胶前体流出，流出的水凝胶前体涂敷于基底上，水凝胶前体可灵活书写成点状、线状等不同形状。步骤3:利用化学反应使基底上的水凝胶前体交联固定(根据水凝胶种类而不同，如紫外光照，升温或降温等)，则可以形成各种形状的微尺度水凝胶。例I利用生物加样笔制备光交联聚乙二醇微尺度水凝胶步骤1:将200 μ L聚乙二醇水凝胶前体注入笔杆中，其后用矿物油密封，防止蒸发。聚乙二醇水凝胶前体的组成如下:10%的分子量为1000的聚乙二醇，0.5%的2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮，余量为水。步骤2:持此生物加样笔在玻璃板上书写点状。步骤3:利用紫外光源照射30秒，使基底上的水凝胶前体交联固定，则形成点状的微尺度聚乙二醇水凝胶(图2)。例2利用生物加样笔制备温度交联明胶微尺度水凝胶步骤1:将200 μ L明胶前体注入笔杆中，其后用矿物油密封，防止蒸发，明胶前体为3%的猪皮明胶水溶液。步骤2:持此生物加样笔在玻璃板上书写线状。步骤3:降温至4摄氏度使基底上的水凝胶前体交联，则可形成线状的微尺度水凝胶(图3)。
权利要求
1.一种微尺度水凝胶的制备方法，其特征在于，包括以下步骤: 1)将水凝胶前体注入加样笔的笔杆(2)中，所述加样笔还包括笔头(1)，笔头(I)的前端开设有样品流出孔，样品流出孔内设置有可以转动的球珠(3)，笔头(I)的后端与笔杆(2)相连通，注入水凝胶前体后，用密封油(6)将水凝胶前体密封在笔杆(2)中； 2)用加样笔将水凝胶前体书写在基底上； 3)对基底上的水凝胶前体进行固化处理。
2.根据权利要求1所述一种微尺度水凝胶的制备方法，其特征在于:所述加样笔还包括用于连接笔头(I)与笔杆(2 )的连接装置(4)。
3.根据权利要求1所述一种微尺度水凝胶的制备方法，其特征在于:所述书写是指将笔头(I)前端接触基底，然后驱动笔头(I)在基底上移动，使笔头(I)前端的球珠(3)转动，带动笔杆(I)内的水凝胶前体流出，流出的水凝胶前体涂敷于基底上。
4.根据权利要求1所述一种微尺度水凝胶的制备方法，其特征在于:所述球珠(3)的直径为 lOOnm-lcm。
5.根据权利要求1所述一种微尺度水凝胶的制备方法，其特征在于:所述加样笔的加样量范围为lO-lOOOnL/cm。
6.根据权利要求1所述一种微尺度水凝胶的制备方法，其特征在于:所述固化处理包括紫外光照、升温或降温。
全文摘要
本发明提供一种微尺度水凝胶的制备方法1)将水凝胶前体注入加样笔的笔杆中，所述加样笔还包括笔头，笔头的前端开设有样品流出孔，样品流出孔内设置有可以转动的球珠，笔头的后端与笔杆相连通，注入水凝胶前体后，用密封油将水凝胶前体密封在笔杆中；2)用加样笔将水凝胶前体书写在基底上；3)对基底上的水凝胶前体进行固化处理，本发明利用加样笔在基底上书写微量水凝胶前体，然后使水凝胶前体交联固定，形成微尺度水凝胶，该方法具有材料利用率高、成本低廉、使用方便灵活，加工可控性高等特点。
文档编号C08J3/28GK103191679SQ20131007847
公开日2013年7月10日 申请日期2013年3月12日 优先权日2013年3月12日
发明者徐峰, 韩玉龙, 王琳, 卢天健 申请人:西安交通大学