CN109929760A - 同轴多层中空凝胶纤维管的制备装置及其使用方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种同轴多层中空凝胶纤维管，包括T型三通管，所述T型三通管设置三个开口端，其中两个开口端与鲁尔母接头，另一个开口端设置鲁尔公接头，所述T型三通管内水平设置内接直管，本发明还提供一种同轴多层中空凝胶纤维管的制备方法，利用带有鲁尔接头的特制T型三通由内向外逐级制作同轴多层中空凝胶纤维管，最后通过更换带有鲁尔接头的针头制备不同外径的同轴多层中空凝胶纤维管，该方法可以很方便地制备同轴多层中空凝胶纤维管，利用胶液的流动性制备同轴多层中空凝胶纤维管，解决了当前利用玻璃毛细管制造同轴多层中空凝胶纤维管的难题，可以用于医药、纺织、化工等领域，适用于基于中空凝胶纤维管的干细胞大规模生产制造。

Description

同轴多层中空凝胶纤维管的制备装置及其使用方法和应用

技术领域

本发明属于功能材料技术领域以及干细胞研究与医药、纺织、化工、环保领域，具体涉及一种同轴多层中空凝胶纤维管的制备装置及其使用方法和应用。

背景技术

利用中空凝胶囊或中空凝胶纤维管进行干细胞的培养，可以将传统的2D培养模式转变为3D培养，能够有效节约生产空间与降低生产成本，对于干细胞的大规模应用具有重要意义。

利用中空凝胶纤维管进行干细胞的培养时，一般都需要将不同直径的玻璃毛细管进行嵌套组装，制造过程非常复杂，有时还需要通过玻璃拉针工艺制备不同口径的毛细管用于装配。在干细胞培养与应用研究过程中，为了实现特定的干细胞培养条件，还需要制备同轴多层中空凝胶纤维管，通过不同分层凝胶之间的协同刺激作用达到特殊的应用效果。

在纺织、医药、化工、环保领域也涉及到中空凝胶纤维管，但其制造装置组装本身就已经非常困难，再通过嵌套组装制备同轴多层中空凝胶纤维管会使得工艺变得更加复杂，难于大规模工业化生产制造。

发明内容

本发明为解决现有技术不足，提供了一种同轴多层中空凝胶纤维管的制备装置及其使用方法和应用，本发明的方法可以大规模产业化应用，能够快速方便地制备同轴多层中空凝胶纤维管，制备的同轴多层中空凝胶纤维管能够用于干细胞培养及相应的应用领域。

本发明的构思是：凝胶具有可压缩的特性，通过物理挤压可以有效调整凝胶管的直径；将中空凝胶纤维管外增加新凝胶层以后，通过挤压进行中空凝胶纤维管直径压缩，能够有效避免同轴多层中空凝胶纤维管制备过程中因为不断增加凝胶层而造成的同轴多层中空凝胶纤维管管壁过厚难题，能够充分保证同轴多层中空凝胶纤维管管内与管外的物质交换，具体方案如下：

本发明提供了一种同轴多层中空凝胶纤维管的制备装置，包括T型三通管，所述T型三通管设置第一开口端、第二开口端和第三开口端，所述第一开口端设置第一鲁尔母接头，所述第二开口端设置第二鲁尔母接头，所述第三开口端设置鲁尔公接头，所述T型三通管内水平设置内接直管，所述内接直管为两端开口的圆管结构，所述内接直管的一端固定在所述第一鲁尔母接头上。

优选的是，所述第三开口端为弧形结构，所述弧形结构上设置开口，所述弧形结构与所述鲁尔公接头连接。

在上述任一方案中优选的是，所述鲁尔公接头与第三鲁尔母接头连接。

在上述任一方案中优选的是，所述第三鲁尔母接头与针头连接。

在上述任一方案中优选的是，所述直接内管的外径与所述第一开口端的内径之比在0.05到0.95之间。

本发明还提供了一种同轴多层中空凝胶纤维管的制备装置的使用方法，按照先后顺序包括以下步骤：

S1将多个同轴多层中空凝胶纤维管的制备装置进行串联连接，通过装置的位于第一开口端的第一鲁尔母接头与相邻装置的位于第三开口端的鲁尔公接头进行连接，并且在输出端装置的鲁尔公接头处于带有针头的鲁尔母接头连接；

S2在一端的第一鲁尔母接头向内接直管内注入水相，在其他的的第一鲁尔母接头分别注入不同浓度的胶液；

S3将未凝固的同轴多层中空凝胶纤维管由针头挤出，对挤出的未凝固的同轴多层中空凝胶纤维管进行固化即得同轴多层中空凝胶纤维管。

在上述任一方案中优选的是，所述水相为超纯水，所述胶液为海藻酸钠溶液。

本发明提供的同轴多层中空凝胶纤维管的制备装置的应用，包括将不同类型的细胞接种在同轴多层中空凝胶纤维管的相邻两层中，研究不同类型细胞之间的相互作用。

本发明的原理为：从第一鲁尔母接头输入的溶液在内接直管内部向带有鲁尔公接头的第二直通开口端移动，从装置的中间开口的第二鲁尔母接头输入胶液进入装置后只能沿内接直管的外壁向带有鲁尔公接头的开口端移动(第一鲁尔母接头的开口端管壁与内接直管外壁整合在一起并对第二开口端通过内接直管壁分隔)；内接直管内的溶液与内接直管外的胶液在内接直管在内接直管靠近第三开口端的一端首次接触，共同向带有鲁尔公接头的第三开口端移动并形成溶液在内、胶液在外的管状结构，管状结构在压力趋动下通过弧形结构进入鲁尔公接头并以双层组分的中空胶管形式输出。

本发明充分利用胶液的流动性以不断挤压的方法制备同轴多层中空凝胶纤维管，解决了当前利用玻璃毛细管制造同轴多层中空凝胶纤维管的难题，能够快速地大量制备可用于干细胞大规模培养的同轴多层中空凝胶纤维管，也可以用于其他材料、医药、纺织、化工、环保等领域。

与现有技术相比，本发明提供的一种同轴多层中空凝胶纤维管的制备方法，利用凝胶在非凝固状态下的可压缩特性，通过串联的T型三通管快捷制备同轴多层中空凝胶纤维管(需要保持胶液状态，不能凝固)，最后完成凝胶固化，快速大量制备同轴多层中空凝胶纤维管满足相关领域的需求。

附图说明

图1：同轴多层中空凝胶纤维管的制备装置结构示意图；

图2：同轴多层中空凝胶纤维管制备示意图；

图3：同轴多层中空凝胶纤维管制备的最后一级示意图；

图4：海藻酸钙中空凝胶纤维管(照片)。

图中标注说明：1-T型三通管；2-第一开口端；3-第二开口端；4-第三开口端；5-第一鲁尔母接头；6-第二鲁尔母接头；7-鲁尔公接头；8-内接直管；9-弧形结构；10-针头；11-第三鲁尔母接头。

具体实施方式

为了更进一步了解本发明的发明内容，下面将结合具体实施例详细阐述本发明。

实施例一

如图1至图4所示，本发明提供了一种同轴多层中空凝胶纤维管的制备装置，包括T型三通管1，所述T型三通管1设置第一开口端2、第二开口端3和第三开口端4，所述第一开口端2设置第一第一鲁尔母接头5，所述第二开口端3设置第二第二鲁尔母接头6，所述第三开口端4设置鲁尔公接头7，所述T型三通管内水平设置内接直管8，所述直接内管的外径与所述第一开口端的内径之比在0.05到0.95之间，所述内接直管8为两端开口的圆管结构，所述内接直管8的一端固定在所述第一第一鲁尔母接头5上，所述第三开口端4为弧形结构9，所述弧形结构9上设置开口，所述弧形结构9与所述鲁尔公接头7连接，所述鲁尔公接头7与第三鲁尔母接头11连接，所述第三鲁尔母接11头与针头10连接。

实施例二

取一个T型三通管1(内接直管8内径与T型三通管1的内管径之比为0.4)，将第一鲁尔母接头5与超纯水输入装置连接，第二鲁尔母接头6与2％的海藻酸钠胶液输入装置连接，将针管内径为0.69mm的针头10与鲁尔公接头7连接。

先将超纯水通过第一鲁尔母接头5泵入T型三通管1中，再将2％的海藻酸钠胶液通过第二鲁尔母接头6泵入T型三通管1中，在输送泵的推动下T型三通管1中形成胶液在外、超纯水在中央的管状结构，通过弧形结构9挤压进入鲁尔公接头7和针头10中，受到针头10的进一步挤压最终在针头10的针管中形成中央为超纯水外部为海藻酸钠胶液的中空胶管(此时胶液为非凝固状态，容易破损断裂，需要注意保护)。将该胶管直接输入到100mmol/L的氯化钙溶液中，即可迅速完成固化，得到外径为0.69mm的中空海藻酸钙凝胶管，应用于相关领域。

实施例三

取一个T型三通管1(内接直管8内径与T型三通管1的内管径之比为0.05)，将第一鲁尔母接头5与超纯水输入装置连接，第二鲁尔母接头6与1％的海藻酸钠胶液输入装置连接，将针管内径为1.04mm的(17号)针头10与鲁尔公接头7连接。

先将超纯水通过第一鲁尔母接头5泵入T型三通管1中，再将1％的海藻酸钠胶液通过第二鲁尔母接头6泵入T型三通管1中，在输送泵的推动下T型三通管1中形成胶液在外、超纯水在中央的管状结构，通过弧形结构9挤压进入鲁尔公接头7和针头10中，受到针头10的进一步挤压最终在针头10的针管中形成中央为超纯水外部为海藻酸钠胶液的中空胶管(此时胶液为非凝固状态，容易破损断裂，需要注意保护)。将该胶管直接输入到100mmol/L的氯化钙溶液中，即可迅速完成固化，得到外径为1.04mm的中空海藻酸钙凝胶管，应用于相关领域。

实施例四

取一个T型三通管1(内接直管8内径与T型三通管1的内管径之比为0.95)，将第一鲁尔母接头5与超纯水输入装置连接，第二鲁尔母接头6与3％的海藻酸钠胶液输入装置连接，将针管内径为0.41mm的(22号)针头10与鲁尔公接头7连接。

先将超纯水通过第一鲁尔母接头5泵入T型三通管1中，再将3％的海藻酸钠胶液通过第二鲁尔母接头6泵入T型三通管1中，在输送泵的推动下T型三通管1中形成胶液在外、超纯水在中央的管状结构，通过弧形结构9挤压进入鲁尔公接头7和针头10中，受到针头10的进一步挤压最终在针头10的针管中形成中央为超纯水外部为海藻酸钠胶液的中空胶管(此时胶液为非凝固状态，容易破损断裂，需要注意保护)。将该胶管直接输入到20mmol/L的氯化钙溶液中，即可迅速完成固化，得到外径为0.41mm的中空海藻酸钙凝胶管，应用于相关领域。

实施例五

取3个T型三通管1(内接直管8内径与T型三通管1的内管径之比为0.3)制作T型三通管1串联组，将第一个T型三通管1的第一鲁尔母接头5与超纯水输入装置连接，3个第二鲁尔母接头6分别与1.5％的海藻酸钠胶液、2％的透明质酸胶液、2％的海藻酸钠胶液输入装置连接，将针管内径为1.04mm的(17号)针头10与第3个T型三通管1的鲁尔公接头7连接。

先将超纯水通过第一个T型三通管1的第一鲁尔母接头5泵入T型三通管1中，再将1.5％的海藻酸钠胶液、2％的透明质酸胶液、2％的海藻酸钠胶液依次通过第二鲁尔母接头6泵入T型三通管1串联体中，在输送泵的推动下1.5％的海藻酸钠胶液与超纯水在第一个T型三通管1中形成1.5％的海藻酸钠胶液在外、超纯水在中央的管状结构(未凝固状态)，通过弧形结构9挤压进入鲁尔公接头7并进入到第二个T型三通管1中。

在第二个T型三通管1中1.5％海藻酸钠胶液在外、超纯水在中央的管状结构外面包裹上2％的透明质酸胶液，在输送泵的推动配合下，第二个T型三通管1中形成2％的透明质酸胶液在最外层、1.5％海藻酸钠胶液在中间层、超纯水在中轴的多层中空纤维胶管(未凝固状态)，并进入到第三个T型三通管1中。

在第三个T型三通管1中2％的透明质酸胶液在最外层、1.5％的海藻酸钠胶液在中间层、超纯水在中轴的多层中空纤维胶管通过第三个T型三通管1中的内接直管进入到第三个T型三通管1的带鲁尔公接头的开口端，同时从第三个T型三通管1的中间开口泵入2％的海藻酸钠胶液，在多个输送泵的协同配合下在第三个T型三通管1形成由内向外分别为超纯水、1.5％的海藻酸钠胶液、2％的透明质酸胶液、2％的海藻酸钠胶液的同轴多层中空凝胶纤维管(未凝固状态)。

由内向外分别为超纯水、1.5％的海藻酸钠胶液、2％的透明质酸胶液、2％的海藻酸钠胶液的同轴多层中空凝胶纤维管(未凝固状态)在输送推力作用下通过第三个T型三通管1的弧形结构9和鲁尔公接头7进入针头10中。针头10进一步对同轴多层凝胶管(未凝固状态)进行挤压，最终通过针管输出外径为1.04mm的同轴多层中空凝胶纤维管(未凝固状态)；未凝固状态下的同轴多层中空凝胶纤维管直接输入到100mmol/L的氯化钙溶液中，2％的海藻酸钠胶液直接钙化凝固，1.5％的海藻酸钠胶液与扩散的钙离子结合凝固(来源于中央超纯水中的钙离子扩散、来自于胶管外面的钙离子扩散)，最终得到具有3个胶层的同轴多层中空纤维管，应用于相关领域。

实施例六

以下操作均在洁净空间(GMP车间B级以上区间或超净工作台)内完成，操作过程保持体系的洁净度，各材料均经过消毒或灭菌，不在后续论述中一一单独说明。

取一个T型三通管1(内接直管8内径与T型三通管1的内管径之比为0.6)，将第一鲁尔母接头5与含干细胞的培养液输入装置连接，第二鲁尔母接头6与2％的海藻酸钠胶液输入装置连接，将针管内径为0.41mm的针头10与鲁尔公接头7连接。

先将含干细胞的培养液通过第一鲁尔母接头5泵入T型三通管1中，再将2％的海藻酸钠胶液通过第二鲁尔母接头6泵入T型三通管1中，在输送泵的推动下T型三通管1中形成胶液在外、含干细胞的培养液在中央的管状结构，通过弧形结构9挤压进入鲁尔公接头7和针头10中，受到针头10的进一步挤压最终在针头10的针管中形成中央为含干细胞的培养液外部为海藻酸钠胶液的中空凝胶纤维管(此时胶液为非凝固状态，容易破损断裂，需要注意保护)。将该胶管直接输入到10mmol/L的氯化钙溶液中，即可迅速完成固化，得到外径为0.41mm的海藻酸钙中空凝胶纤维管，干细胞就封装在海藻酸钙中空凝胶纤维管中。

将封装干细胞的海藻酸钙中空凝胶纤维管从10mmol/L的氯化钙溶液中取出，置于适宜的培养条件中培养，使干细胞大量扩增；最后用EDTA溶液使海藻酸钙凝胶管解离就可以释放中空凝胶纤维管中的干细胞并应用于相关领域。

实施例七

以下操作均在洁净空间(GMP车间B级以上区间或超净工作台)内完成，操作过程保持体系的洁净度，各材料均经过消毒或灭菌不在后续论述中单独说明。

取一个T型三通管1(内接直管8内径与T型三通管1的内管径之比为0.3)，将第一鲁尔母接头5与含干细胞的培养液输入装置连接，第二鲁尔母接头6与1.5％的海藻酸钠胶液(胶液中含有其他细胞，可以是其他类型的干细胞、iPS细胞等)输入装置连接，将针管内径为0.41mm的针头10与鲁尔公接头7连接。

先将含干细胞的培养液通过第一鲁尔母接头5泵入T型三通管1中，再将含有其他细胞的1.5％的海藻酸钠胶液通过第二鲁尔母接头6泵入T型三通管1中，在输送泵的推动下T型三通管1中形成含有其他细胞的1.5％的海藻酸钠胶液在外、含干细胞的培养液在中央的管状结构，通过弧形结构9挤压进入鲁尔公接头7和针头10中，受到针头10的进一步挤压最终在针头10的针管中形成中央为含干细胞的培养液、外部为含有其他细胞的1.5％海藻酸钠胶液的海藻酸钙中空凝胶纤维管(此时胶液为非凝固状态，容易破损断裂，需要注意保护)。将该胶管直接输入到20mmol/L的氯化钙溶液中，即可迅速完成固化，得到外径为0.41mm的海藻酸钙中空凝胶纤维管，干细胞就封装在海藻酸钙中空凝胶纤维管中央、其他细胞封装在1.5％海藻酸钠凝胶中。

将封装干细胞的海藻酸钙中空凝胶纤维管从20mmol/L的氯化钙溶液中取出，置于适宜的培养条件中培养，研究其他细胞对干细胞大量扩增的影响。

实施例八

取3个T型三通管1(内接直管8内径与T型三通管1的内管径之比为0.3)制作T型三通管1串联组，将第一个T型三通管1的第一鲁尔母接头5与聚丙烯酰胺凝固剂溶液输入装置连接，3个第二鲁尔母接头6分别与6％的丙烯酰胺预混胶液(丙烯酰胺(简称Acr)和交联剂N,N′-亚甲基双丙烯酰胺(简称Bis)比例为29：1)、2％的透明质酸胶液、2％的海藻酸钠胶液输入装置连接，将针管内径为1.04mm的(17号)针头10与第3个T型三通管1的鲁尔公接头7连接。

先将聚丙烯酰胺凝固剂溶液通过第一个T型三通管1的第一鲁尔母接头5泵入T型三通管1中，再将6％的丙烯酰胺预混胶液、2％的透明质酸胶液、2％的海藻酸钠胶液依次通过第二鲁尔母接头6泵入T型三通管1串联体中，在输送泵的推动下6％的丙烯酰胺预混胶液与聚丙烯酰胺凝固剂溶液在第一个T型三通管1中形成6％的丙烯酰胺预混胶液在外、聚丙烯酰胺凝固剂溶液在中央的管状结构(未凝固状态)，通过弧形结构9挤压进入鲁尔公接头7并进入到第二个T型三通管1中。

在第二个T型三通管1中6％的丙烯酰胺预混胶液在外、聚丙烯酰胺凝固剂溶液在中央的管状结构外面包裹上2％的透明质酸胶液，在输送泵的推动配合下，第二个T型三通管1中形成2％的透明质酸胶液最外层、6％的丙烯酰胺预混胶液在中间层、聚丙烯酰胺凝固剂溶液在中轴的多层中空凝胶纤维管(未凝固状态)，并进入到第三个T型三通管1中。

在第三个T型三通管1中2％的透明质酸胶液最外层、6％的丙烯酰胺预混胶液在中间层、聚丙烯酰胺凝固剂溶液在中轴的多层中空中空凝胶纤维管通过第三个T型三通管1中的内接直管进入到第三个T型三通管1的带鲁尔公接头的开口端，同时第三个T型三通管1的中间开口泵入2％的海藻酸钠胶液，在多个输送泵的协同配合下在第三个T型三通管1形成外由内向外分别为聚丙烯酰胺凝固剂溶液、6％的丙烯酰胺预混胶液、2％的透明质酸胶液、2％的海藻酸钠胶液的同轴多层中空凝胶纤维管(未凝固状态)。

由内向外分别为聚丙烯酰胺凝固剂溶液、6％的丙烯酰胺预混胶液、2％的透明质酸胶液、2％的海藻酸钠胶液的同轴多层中空凝胶纤维管(未凝固状态)在输送推力作用下通过第三个T型三通管1的弧形结构9和鲁尔公接头7进入针头10中。针头10进一步对同轴多层中空凝胶管(未凝固状态)进行挤压，最终通过针管输出外径为1.04mm的同轴多层中空凝胶纤维管(未凝固状态)；未凝固状态下的同轴多层中空凝胶纤维管直接输入到100mmol/L的氯化钙溶液中，2％的海藻酸钠胶液直接钙化凝固，6％的丙烯酰胺预混胶液与聚丙烯酰胺凝固剂溶液作用凝固，最终得到具有3个胶层的同轴多层中空凝胶纤维管，应用于相关领域。

本领域技术人员不难理解，本发明的同轴多层中空凝胶纤维管的制备装置及其使用方法和应用包括上述本发明说明书的发明内容和具体实施方式部分以及附图所示出的各部分的任意组合，限于篇幅并为使说明书简明而没有将这些组合构成的各方案一一描述。凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种同轴多层中空凝胶纤维管的制备装置，包括T型三通管，所述T型三通管设置第一开口端、第二开口端和第三开口端，其特征在于，所述第一开口端设置第一鲁尔母接头，所述第二开口端设置第二鲁尔母接头，所述第三开口端设置鲁尔公接头，所述T型三通管内水平设置内接直管，所述内接直管为两端开口的圆管结构，所述内接直管的一端固定在所述第一鲁尔母接头上。

2.根据权利要求1所述的同轴多层中空凝胶纤维管的制备装置，其特征在于，所述第三开口端为弧形结构，所述弧形结构上设置开口，所述弧形结构与所述鲁尔公接头连接。

3.根据权利要求1所述的同轴多层中空凝胶纤维管的制备装置，其特征在于，所述鲁尔公接头与第三鲁尔母接头连接。

4.根据权利要求3所述的同轴多层中空凝胶纤维管的制备装置，其特征在于，所述第三鲁尔母接头与针头连接。

5.根据权利要求1所述的同轴多层中空凝胶纤维管的制备装置，其特征在于，所述直接内管的外径与所述第一开口端的内径之比在0.05到0.95之间。

6.一种同轴多层中空凝胶纤维管的制备装置的使用方法，按照先后顺序包括以下步骤：

S1将多个同轴多层中空凝胶纤维管的制备装置进行串联连接，通过装置的位于第一开口端的第一鲁尔母接头与相邻装置的位于第三开口端的鲁尔公接头进行连接，并且在输出端装置的鲁尔公接头处于带有针头的鲁尔母接头连接；

S2在一端的第一鲁尔母接头向内接直管内注入水相，在其他的的第一鲁尔母接头分别注入不同浓度的胶液；

S3将未凝固的同轴多层中空凝胶纤维管由针头挤出，对挤出的未凝固的同轴多层中空凝胶纤维管进行固化即得同轴多层中空凝胶纤维管。

7.根据权利要求6所述的同轴多层中空凝胶纤维管的制备装置的使用方法，其特征在于，所述水相为超纯水，所述胶液通过海藻酸钠制得。

8.根据权利要求7所述的同轴多层中空凝胶纤维管的制备装置的使用方法，其特征在于，所述胶液为海藻酸钙凝胶。

9.一种同轴多层中空凝胶纤维管的制备装置的应用，其特征在于，将不同类型的细胞接种在同轴多层中空凝胶纤维管的相邻两层中，研究不同类型细胞之间的相互作用。