CN102978152A - 一种通用型纳米电纺丝区域化方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种通用型纳米电纺丝区域化方法，该方法利用未聚合SU8光刻胶热熔性质，通过紫外曝光条件下曝光使涂布在玻璃支撑板上SU8光刻胶形成聚合和未聚合的区域，然后将其置于静电纺丝装置下，在表面形成电纺丝层；随后其置于烘箱内加热，未聚合的SU8光刻胶热熔成液态,同时体积增大，将电纺丝包裹；随后其置于室温冷却，采用紫外曝光，使未聚合的SU8光刻胶聚合，实现电纺丝区域化。本方法产生的纳米电纺丝图案可以为组织工程、再生医学工程等提供一个极具潜力的应用平台，并且操作简单、可控性强，并易于跟微流控等新技术结合。

Description

一种通用型纳米电纺丝区域化方法
技术领域
本发明属于微流控芯片技术、纳米电纺丝技术、高分子材料科学、及其细胞学应用等领域，具体涉及一种通用型纳米电纺丝区域化方法。
背景技术
由于纳米电纺丝具有很高的比表面积，多孔结构以及各种制备材料的表面化学性质等已经在生物学领域展现出广泛的应用前景。其应用领域主要包括以下几个方面：1、电纺丝作为细胞的三维培养的基质，来对细胞三维环境中的行为进行研究；2、电纺丝作为药物或基因载体，进行细胞药物筛选或外源基因转染研究；3、电纺丝作为一种体内支架，促进受损组织的修复；4、利用电纺丝在体外重建组织器官。纳米电纺丝技术已经成为组织工程及再生医学发展的一个极具潜力研究平台。
近年来，随着电纺丝技术的发展，很多研究者已经制备了具有跟细胞外基质具有相同化学组成和结构性质的纳米纺丝材料，用于研究和模拟实时生理条件下的细胞和细胞外基质的相互作用。同时很多工作集中采用电场力或者磁力的方式制备平行的或者具有一定结构的电纺丝。然而这些技术制备的电纺丝膜，表面性质相同，不能分割成不同区域，不利于提高研究的通量。
最近，传统的光刻技术被用来进行纳米电纺丝的区域化，实现了在同一片电纺丝的不能性质区域的分割，可以用来进行不同实验条件的筛选。但是这种方式通常需要复杂的制备过程，耗时耗力。同时由于纳米纺丝的多孔结构，沉积在内部的化学试剂必将影响纺丝的性质，同时由于纳米电纺丝的尺寸微小，容易在处理过程中破碎，使这种方法应用范围狭窄，只能适合于极少量材质的电纺丝。即便如此，这种区域化的电纺丝在细胞三维培养领域也显示了很好的应用潜力。
综上所述，提供一种用途广泛、操作灵活、简便的纳米电纺丝区域化方法的方法，在生物学和再生医学等研究领域具有十分重要意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种通用型纳米电纺丝区域化方法，该方法解决了传统电纺丝不能区域化，研究条件单一，通量低等问题，为生物学和再生医学等研究领域提供了一个新的平台。
本发明提供了一种通用型纳米电纺丝区域化方法，该方法的具体步骤如下：
——采用干净的基体材料（包括玻璃，高分子聚合物等），在匀胶仪上涂布一层SU8光刻胶，60~100度（优选85度）热板上烘烤10~40分钟（优选20分钟）；
——将涂有光刻胶的基板置于光刻机内，基板表面覆盖具有图型的掩膜，在紫外光下进行曝光，曝光强度100~500mW/cm2,曝光时间为10~200s之间，将图案转移到SU8胶上，形成聚合区域和未聚合区域；
——将涂有光刻胶的基板置于接通高压电源地线的铝块之上，注射器针头尖端磨平并接通高压电源的正极。采用注射泵推动注射器，使注射器中的高分子溶液，匀速输出到注射器针头，在高压电场的作用下在基板的SU8表面形成纳米电纺丝；
——将带有电纺丝的基板置于50~90度（优选85度）烘箱内烘烤1~20分钟（优选2分钟），未聚合区域的SU8热熔，体积增大，包裹住电纺丝；
——取出基板，冷却至室温后，在曝光机内进行曝光，使未聚合区域的SU8完全聚合，便制成区域化的电纺丝。
本发明提供的一种通用型纳米电纺丝区域化方法，所述的纳米电纺丝材料范围广泛，范围包括合成有机高分子材料（PS，PLGA，PLLA）和天然高分子材料（如壳聚糖，蚕丝蛋白等）及掺杂与高聚物后可形成电纺丝的无机材料；
本发明提供的一种通用型纳米电纺丝区域化方法，其区域化的图形可以在电脑程序内任意设计，包括圆形，方形，椭圆，三角，直线，曲线等各种形状及这些形状的组合体。
本发明提供的纳米电纺丝区域化方法，采用的SU8胶为一种环氧型光刻胶，图形分辨率高。固化后易于跟基体结合将电纺丝固定于基体之上，同时具有疏水性。
本发明提供的纳米电纺丝区域化方法，该方法可以很容易的将电纺丝与微流控等新技术进行集成。
本发明提供的纳米电纺丝的区域化方法，采用SU8光刻胶隔离，具有良好的防水性，因此不同区域的电纺丝相互之间具有很好的隔离性，可以采用不同浓度的溶液进行分别修饰，包括不同矿化条件、不同药物种类、药物浓度梯度、生物因子浓度梯度等等。
本发明提供的纳米电纺丝的区域化方法，可以实现不同种类的细胞在相同纺丝条件，不同浓度条件的培养，实现细胞多参数的培养条件的筛查，降低筛查成本。
本发明提供的纳米电纺丝的区域化方法，其优点在于：
1、通用性强，可对多种材料的纳米电纺丝进行区域化；
2、区域化的电纺丝性质不受影响，没有溶剂等方面的污染；
3、可以对区域化纳米电纺丝进行化学性质的改性；
4、生成区域化电纺丝的形状、尺寸、面积可控；
5、操作简单、快速、不需要昂贵的仪器设备；
6、可以通过与微流控等新技术集成化，提高分析自动化程度。
附图说明
图1电纺丝区域化流程图，其中：1玻璃，2SU8光刻胶，3掩膜，4紫外光，5纳米电纺丝，6聚合的SU8光刻胶，7未聚合的SU8光刻胶，I涂胶，II紫外曝光，III涂布纳米纺丝，IV加热，V紫外曝光；
图2典型区域化电纺丝电镜图；
图3复杂的区域化电纺丝照片；
图4区域化电纺丝三维细胞培养表征。
具体实施方式
以下实施例将对本发明予以进一步的说明，但并不因此而限制本发明。
实施例1
采用区域化电纺丝方法可以用来制备电纺丝阵列。按照图1所示流程进行电纺丝区域化，如采用干净的基体材料玻璃或高分子聚合物，在匀胶仪上涂布一层SU8光刻胶，85度热板上烘烤20分钟；将涂有光刻胶的基板置于光刻机内，基板表面覆盖具有图型的掩膜，在紫外光下进行曝光，曝光强度100~500mW/cm2,曝光时间为10~200s之间，将图案转移到SU8胶上，形成聚合区域和未聚合区域；将涂有光刻胶的基板置于接通高压电源地线的铝块之上，注射器针头尖端磨平并接通高压电源的正极。采用注射泵推动注射器，使注射器中的高分子溶液，匀速输出到注射器针头，在高压电场的作用下在基板的SU8表面形成纳米电纺丝；将带有电纺丝的基板置于85度烘箱内烘烤2分钟，未聚合区域的SU8热熔，体积增大，包裹住电纺丝；取出基板，冷却至室温后，在曝光机内进行曝光，使未聚合区域的SU8完全聚合，便制成区域化的电纺丝。
图2是制备的电纺丝阵列电镜图，从图中可以看出电纺丝阵列边缘清楚，且电纺丝保持原先的形貌。图中所用电纺丝材料为聚碳酸酯（PS）。
实施例2
通过设计具有不同的图案，并制作掩膜板，按照图1所示流程进行电纺丝的区域化，从而制备具有不同图形的区域化电纺丝，如图3所示。
实施例3
采用区域化电纺丝的方法制备电纺丝阵列用于细胞的三维培养。采用实施例中1中提到的方法，制备PS电纺丝阵列，用于细胞的三维培养。从图4中可以看出细胞在区域化电纺丝上能够长时间生长，并且呈现出典型的三维生长状态。因此可以实现多参数多指标细胞培养。

Claims (8)

1.一种通用型纳米电纺丝区域化方法，其特征在于：该方法的具体步骤如下：
（1）采用干净的基体材料，在匀胶仪上涂布一层SU8光刻胶，并置于60~100度热板上烘烤10~40分钟；
（2）将涂有光刻胶的基板置于光刻机内，基板表面覆盖具有图型的掩膜，在紫外光下进行曝光，将图案转移到SU8胶上，形成聚合区域和未聚合区域；
（3）将涂有光刻胶的基板置于接通高压电源地线的铝块之上，注射器针头尖端磨平并接通高压电源的正极，采用注射泵推动注射器，使注射器中的高分子溶液，匀速输出到注射器针头，在高压电场的作用下在基板的SU8表面形成纳米电纺丝；
（4）将带有电纺丝的基板置于50~90度烘箱内烘烤1~20分钟，未聚合区域的SU8热熔，体积增大，包裹住电纺丝；
（5）取出基板，冷却至室温后，在曝光机内进行曝光，使未聚合区域的SU8完全聚合，便制成区域化的电纺丝。
2.按照权利要求1所述通用型纳米电纺丝区域化方法，其特征在于：所述基体材料包括玻璃和高分子聚合物。
3.按照权利要求1所述通用型纳米电纺丝区域化方法，其特征在于：所述SU8光刻胶为一种环氧型光刻胶。
4.按照权利要求1所述通用型纳米电纺丝区域化方法，其特征在于：所述步骤（1）中的烘烤温度为85度，烘烤时间为20分钟。
5.按照权利要求1所述通用型纳米电纺丝区域化方法，其特征在于：所述步骤（2）的紫外曝光的条件为：曝光强度100~500mW/cm2，曝光时间为10~200s。
6.按照权利要求1所述通用型纳米电纺丝区域化方法，其特征在于：所述步骤（4）中的烘烤温度为85度，烘烤时间为2分钟。
7.按照权利要求1所述通用型纳米电纺丝区域化方法，其特征在于：所述区域化电纺丝的区域化图形用电脑程序任意设计，包括圆形，方形，椭圆，三角，直线，曲线各种形状及这些形状的组合体。
8.权利要求1所述通用型纳米电纺丝区域化方法的应用，其特征在于：该方法能实现不同种类的细胞在相同纺丝条件，不同浓度条件的培养，实现细胞多参数的培养条件的筛查，降低筛查成本。
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