發(fā)布時(shí)間：2020-05-23 16:42

【摘要】：纖維作為載體具有許多優(yōu)點(diǎn),纖維一般較為細(xì)長(zhǎng),容易彎曲,即使在折疊卷曲的情況下,也不會(huì)損壞其結(jié)構(gòu)。利用這些材料特性,可以將纖維交錯(cuò)編織,捆綁折疊后以后形成更加復(fù)雜的纖維網(wǎng)絡(luò),這些復(fù)雜的纖維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可用于體外的三維細(xì)胞培養(yǎng)或者是更加復(fù)雜的體外三維組織的構(gòu)建。眾所周知,生物體許多的組織結(jié)構(gòu)都呈現(xiàn)層層疊疊的纖維狀。正因如此,纖維材料作為載體在構(gòu)建仿生血管以及組織工程等領(lǐng)域都受到了極大的關(guān)注。基于微流控技術(shù)制備的纖維已經(jīng)被用于模擬管狀,多層管狀或其它纖維狀組織結(jié)構(gòu)。3D打印是一種廣泛應(yīng)用于制備管狀結(jié)構(gòu)的新興技術(shù),為構(gòu)造復(fù)雜的仿生組織提供了一個(gè)嶄新的平臺(tái)。不過3D打印技術(shù)在制備具有微通道的裝載細(xì)胞的水凝膠時(shí),一般需要精確堆疊以及單獨(dú)制備各個(gè)分層的精細(xì)過程,而且打印所需的生物油墨造價(jià)十分高昂。因此進(jìn)一步完善凝膠纖維的制備方法十分必要。本研究通過兩種技術(shù)方法設(shè)計(jì)了不同的裝置并用于制備不同尺寸的凝膠纖維,進(jìn)一步完善了凝膠纖維的制備方法,也為體外構(gòu)建多層血管組織提供了一個(gè)新的思路。本研究所取得的結(jié)果如下:1.設(shè)計(jì)并制作了一種微流控芯片裝置,進(jìn)一步優(yōu)化調(diào)整芯片微管道內(nèi)流體的組成、速度以及濃度,從而完成了對(duì)層流流速的探索,為后續(xù)制備凝膠纖維的實(shí)驗(yàn)提供了關(guān)鍵參數(shù)。2.基于微流控層流技術(shù)設(shè)計(jì)并制作了一種毛細(xì)管套組裝置,通過調(diào)整優(yōu)化各相流體的流速與濃度,成功的制備了從100μm到1000μm的多種尺寸的凝膠纖維以及中空凝膠纖維,進(jìn)一步完善了微流控層流技術(shù)對(duì)凝膠纖維的可控制備。3.基于3D打印技術(shù),設(shè)置了一系列可重復(fù)利用的模具,該模具設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、無(wú)需親疏水修飾且制作用時(shí)短。利用模具多次嵌套與剝離的方法,成功的制備了多層中空凝膠纖維。
【圖文】：

圖 1-2 (a) 中空凝膠纖維的形成。(b) 多相流體的分層。(c) 中空凝膠纖維的明場(chǎng)圖像。(d, e) 特定的流速條件下制備的具有單孔的中空凝膠纖維的 SEM 圖像。(f) 當(dāng)液體模板流體流速改變時(shí)，內(nèi)核區(qū)域尺寸的定量分析。比例尺：50 μm。(Choi et al. 2011）Figure 1-2 (a) Formation of hollow microfibers. (b) Layering of multiphase fluids. (c) Brightfield imageof hollow microfibers. (d, e) SEM images of single-hole hollow microfibers prepared at specific flowrates. (f) Quantitative analysis of the size of the core region when changing the fluid flow rate. Scale bars:50 μm.(Choi et al. 2011)Yu 等（2016）提出了一種用于連續(xù)制備中空凝膠纖維的便捷方法，該方法仍是基于層流技術(shù)的微流體控制，制備出一系列具有不均勻結(jié)構(gòu)組成的凝膠纖維載體（圖 1-4）。研究者利用微流體芯片調(diào)控多層流體的流動(dòng)，使其處于一個(gè)穩(wěn)定的層流狀態(tài)，進(jìn)一步制備了具有多個(gè)隔室或部件的多種中空凝膠纖維。如圖 1-3 (a)所示，該芯片具有多層微通道結(jié)構(gòu)，這種芯片設(shè)計(jì)是確保能夠快速形成平穩(wěn)多層流體流動(dòng)的關(guān)鍵，并成為制備中空凝膠纖維的先決條件。該芯片具有多層微通道結(jié)構(gòu)，包括核心流動(dòng)通道（第一層），分支樣本流動(dòng)通道（第二層）和 Y 形鞘流通道（第三層），通過掃描電子顯微鏡（SEM）分別從橫向和縱向觀察了該芯片的多層結(jié)構(gòu)（圖 1-3 (b)）。

圖 1-3 制備多種凝膠纖維的微流控芯片示意圖。(a) 制備非均勻中空凝膠纖維的微流控芯片(b) (a) 中所出示的微流體芯片的 SEM 圖像。(b1) 所得芯片的橫截面。(b2) - (b4) (b1)中標(biāo)出的芯縱向截面。（Yu et al. 2016）Figure 1-3 Microfluidic chip for preparing microfibers. (a) Microfluidic chip for the production of unevhollow microfibers. (b) SEM image of the microfluidic chip shown in (a). (b1) Cross-sectional image.(B2)-(b4) Longitudinal section image in (b1).(Yu et al. 2016)除了制備單個(gè)空腔結(jié)構(gòu)的凝膠纖維之外，Yu 等（2016）還研究了如何制備具有個(gè)空腔和多個(gè)隔層的凝膠纖維。例如，，其嘗試制備具有五個(gè)空腔和三個(gè)隔室的凝膠維。為了區(qū)分多個(gè)隔室，實(shí)驗(yàn)中選用與不同熒光顆�；旌系膬煞N海藻酸鈉溶液作為品流（圖 1-4），為了得到多空腔多隔室的復(fù)雜結(jié)構(gòu)，Yu 等（2016）設(shè)計(jì)了一種微流芯片用于制備具有五個(gè)空腔的凝膠纖維，將海藻酸鈉溶液引入樣品流通道后，預(yù)設(shè)其通過每個(gè)分支通道終端入口的順序，待其相遇后不同相的流體會(huì)形成層流。隨后溶液聚合生成一個(gè)整體的凝膠纖維。圖 1-4 (a-c)顯示了海藻酸鈉溶液的多種灌注形式用于制備所需的多種凝膠纖維。凝膠纖維橫向和縱向截面的表征圖很好地展示了其有多個(gè)隔室的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，纖維橫截面的左右或上下分布了不同的隔室（圖 1-4 (a, c)
【學(xué)位授予單位】：西北農(nóng)林科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TQ342

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本文編號(hào)：2677652