專利名稱：一種通過微流控芯片制備圖案化纖維素的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于高分子材料和生物制造的技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及到一種制備 圖案化纖維素材料的方法。
背景技術(shù)：
纖維素是自然界中最豐富且具有生物可降解性的天然高分子，將成為 未來主要的化工原料之一。細菌纖維素纖維具有許多獨特的性質(zhì)。除具有 高純度、高結(jié)晶度、高聚合度的基本特質(zhì)外，它還是自然界中最精細的納 米纖維，由多層次微纖維組合形成了相互交織的發(fā)達的超精細網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)； "納米效應(yīng)"使其具有高吸水性、高保水性、對液體和氣體的高透過率、 高濕態(tài)強度、尤其在濕態(tài)下可原位加工成型等特性。優(yōu)異的綜合性能使細 菌纖維素纖維被廣泛地應(yīng)用于特殊領(lǐng)域，特別是作為醫(yī)用材料。在人工軟 組織(如人工皮膚，人工血管)方面的應(yīng)用已取得突破進展，并已應(yīng)用于 臨床。此外，在食品、造紙和高級音響制品中均已實現(xiàn)大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化。
近年來，由于細菌纖維素纖維具有特異的結(jié)構(gòu)和優(yōu)異的性能，對其形 成機制和制備工藝的研究成為材料科學領(lǐng)域的前沿課題之一。微流控技術(shù) 在生物和藥物化學分析及大規(guī)模平行化學反應(yīng)等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，因為在該 尺度有層流等一些在大尺度空間無法輕易達到的控制方法，也可以用來制 備微納米結(jié)構(gòu)。例如1)申請日2003.11.11，申請?zhí)?00310105075. 8的中國專利申請文件"一種基于微流控芯片的細胞定性分析方法"通過在微流 控芯片兩端加上電壓來實現(xiàn)細胞在其中的定向移動，并借此對細胞進行定
性分析；2)申請日2004.11.25，申請?zhí)?00410084562.5的中國專利申請文
件"利用激光制備的納米溝槽調(diào)控細胞定向排列的方法"采用激光掃描輻 射的方法對培養(yǎng)基質(zhì)表面進行處理，使其形成微米/納米或亞微米/納米表面 溝槽結(jié)構(gòu)，然后在其上接種生長狀態(tài)良好的貼壁依附型生長的細胞，借助 培養(yǎng)基質(zhì)表面溝槽形貌對細胞生長的調(diào)控作用，使細胞沿著微溝槽的方向 定向生長和排列；3)申請日2006.12.31，申請?zhí)?00610135430.X的中國專 利申請文件"一種基于超親/超疏水特性模板的納米有序結(jié)構(gòu)生物材料膜層 的制備方法"將鈦基材料進行電化學陽極氧化所獲的納米有序Ti02納米管 陣列膜層，經(jīng)FSA-13修飾后獲得超疏水化的Ti02納米管陣列膜層，然后 通過覆蓋光掩模經(jīng)紫外光照射，在基底表面獲得圖案尺寸和形貌與光掩模 一致的超疏-超親水圖案，最后通過陰極電化學沉積或電泳定向沉積在膜層 表面構(gòu)筑結(jié)構(gòu)有序納米鈣磷陶瓷涂層。本發(fā)明提供了一種細菌纖維素有序 規(guī)則組裝的新工藝，由于該技術(shù)是原創(chuàng)性成果，因此尚未檢索到國內(nèi)有關(guān) 專利申請和授權(quán)。如今，國內(nèi)細菌纖維素產(chǎn)業(yè)剛剛興起，大量的研究集中 在發(fā)酵條件的優(yōu)化與改進方面，對微生物在生物合成工藝中的動態(tài)有序調(diào) 控的研究是本發(fā)明人自主創(chuàng)新的成果。該方向也是目前歐美及日本均在大 力研究的前沿課題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種通過微流控芯片制備圖案化纖維素材料的方法，采用該方法制得的細菌纖維素材料具有微觀的有序性和宏觀的圖案 性，并兼有生物相容性和生態(tài)相容性，是理想的環(huán)境友好材料。
一種通過微流控芯片制備圖案化纖維素材料的方法，按照以下步驟進
行
(1) 依據(jù)預(yù)定圖案制作陽膜；
(2) 制備與陽膜圖案相匹配的聚二甲基硅氧垸(PDMS)模塊；
(3) 在PDMS模塊上打孔，將潔凈的載波片壓緊于'PDMS模塊有圖 案的一面，形成微流控芯片2，其中PDMS模塊上的圖案化管道通過孔與 外界相連通；
(4) 在兩儲液槽3中裝入細菌培養(yǎng)液，利用導管4將微流控芯片2 的圖案化管道1分別與兩儲液槽3連通，調(diào)節(jié)兩儲液槽3之間的液面差控 制圖案化管道l內(nèi)的液體流速，其液面差為l 20cm，培養(yǎng)5 20天，揭 開PDMS模塊，得到圖案化纖維素。
作為本發(fā)明的改進，所述步驟(3)在將載波片壓緊于PDMS模塊之 前，首先在載波片表面鍍金得到金片，在金片上制備與陽膜圖案相對應(yīng)的 親水疏水相間隔的條紋，親水疏水條紋寬度為1 5)am。
按照以下步驟在金片上制備親水疏水相間隔的條紋
a) 用純乙醇浸泡金片，然后超聲清洗；
b) 用氮氣槍吹干金片； '
c) 制備第二PDMS模塊，第二PDMS模塊上的溝槽寬度和溝槽間隔為 1 5pm，將第二 PDMS模塊蘸取疏水基團結(jié)尾的硫醇，吹干，印于金片表面，再將金片浸泡于親水基團結(jié)尾的硫醇30分鐘 2小時。 所述步驟(1)采用二級以上拋光的硅片制作陽膜。
本發(fā)明公開了一種通過微流控芯片制備圖案化纖維素的方法。通過生 物技術(shù)與納米技術(shù)的有機結(jié)合，以細菌為納米機器人，用分子模板、微流 控制的方法在微納米尺寸范圍內(nèi)誘導微生物的運動，獲得以纖維素納米纖 維為構(gòu)筑單元的圖案化功能材料。該方法采用微流控的技術(shù)動態(tài)控制流體， 導向微生物的大規(guī)模運動，同時采用分子模板技術(shù)在微管道的底面刻上親 疏水條紋，當細菌在模板上分泌纖維素纖維時，通過親水條紋與微纖維的 強相互作用，可進一步調(diào)控細菌的運動。經(jīng)設(shè)計不同微流管和分子模板的 模式，可"自下而上"自動構(gòu)筑具有特定規(guī)則圖案的三維功能材料。


圖l為本發(fā)明培養(yǎng)系統(tǒng)示意圖2為實施例一中微流控芯片管道的圖案示意圖3為實施例一和三中制作分子模板用到的PDMS模塊示意圖4為實施例二中微流控芯片管道的圖案示意圖5為實施例二中制作分子模板時用到的PDMS模塊的圖案示意圖6為實施例三中微流控芯片管道的圖案示意圖7為實施例三中通過微流控芯片制備得到的圖案化纖維素示意圖。
具體實施例方式
下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明做進一步闡述。實施例1
(1) 圖案化陽膜的制備制備如圖2所示的光掩膜，用甩膠機在2級
拋光的硅片上均勻的涂布一層光刻膠SU8-GM1070，甩膠機轉(zhuǎn)數(shù)設(shè)定為 500r/min， 30S; 1700 r/min,48S。由此在硅片上得到深度為50jim的光刻膠 涂層。該硅片經(jīng)過前烘(先65。C持續(xù)15分鐘，再95。C持續(xù)2小時)，紫外 爆光85秒，后烘(先65r持續(xù)15分鐘，再95。C持續(xù)40分鐘)，PGMEA顯影 2分鐘，在135'C堅膜2小時，得到圖案化如圖2所示的陽膜。該陽膜圖 案由粗細兩種條紋組成，粗條紋寬a為40微米，細條紋寬b為20微米， 條紋間距c為2毫米，條紋長d為2cm。
(2) 制備PDMS模塊將PDMS單體(Sylgard 184 silicone elastomer base)禾口促凝齊!j (Sylgard 184 silicone elastomer curing agent)按照質(zhì)量比10:1 組成的混合物攪拌抽真空，傾倒于陽膜表面(厚度為2mm)，放入65。C烘 箱中4小時，待PDMS混合物凝固后將其與陽膜剝離即得到有溝槽的PDMS 模塊，其圖案如圖2所示。
(3) 在溝槽的末端即平行線末端打孔后，將一干凈載波片放入等離子 清洗器中處理20S，將該載波片壓緊于PDMS模塊有溝槽一面，得到微流控心片。
(4) 構(gòu)建如圖l所示的系統(tǒng)，在兩儲液槽中裝入木醋桿菌培養(yǎng)液，控 制兩儲水槽之間的液面差為2 cm。
(5) 將該系統(tǒng)置于無菌環(huán)境下培養(yǎng)5天，揭開PDMS模塊，在載波片 上即得到我們需要的圖案化纖維素。
由此得到的細菌纖維素，在亞微觀上具有圖案化，在微觀上，纖維素纖維的排列在一定程度上具有有序性，為了在更小X度上控制纖維素纖維 的排列，我們對微流控芯片作了進一步改進，在微流控的管道中添加了分 子模版，即在步驟(3)將載波片壓緊于PDMS模塊之前，首先在載波片表
面鍍金得到金片；根據(jù)步驟(2)制備PDMS模塊的方法，按需要制備如圖 3所示的第二 PDMS模塊，溝槽的寬度Ll為5 y m，溝槽間的間隔L2也為5 u m; 采用第二PDMS模塊在金片上制備與陽膜圖案相對應(yīng)且親水疏水相間隔的條 紋，再將該金片壓緊于PDMS模塊有溝槽一面，形成微流控芯片。按照以下 步驟在金片上制備親水疏水相間隔的條紋
1) 用純乙醇浸泡金片，然后超聲清洗；
2) 用氮氣槍吹干金面；
3) 第二 PDMS模塊蘸取甲基結(jié)尾的硫醇(10mmol/L) IOS，吹干印于 金面上，再將金片置于羥基結(jié)尾的硫醇(2mmol/L) lh左右即可。
實施例2
(1) 圖案化陽膜的制備用甩膠機在2級拋光的硅片上均勻的涂布一 層光刻膠SU8-GM1070，甩膠機轉(zhuǎn)數(shù)設(shè)定為500 r/min， 30S; 5000 r/min， 48S。 由此在硅片上得到深度為15pm的光刻膠涂層。該硅片經(jīng)過前烘(先65。C 持續(xù)15分鐘，再95。C持續(xù)35分鐘)，紫外爆光35秒，后烘(先65。C持續(xù) 15分鐘，再95。C持續(xù)40分鐘)，PGMEA顯影25秒，在135。C堅膜2小時后 得到如圖4所示的圖案化陽膜:條紋寬度Ll為20pm，條紋間隔L2為40|im。
(2) 制備PDMS模塊將Sylgard 184 silicone elastomer base和Sylgard 184 silicone elastomer curing agent (5:1 w/w)的混合物攪拌抽真空，傾倒至U陽膜表面(厚度為5mm)，放入95。C烘箱中1.5小時，待PDMS混合物凝固 后將其與陽膜剝離即得到有溝槽的PDMS模塊，其圖案如圖4所示。
(3) 在同心圓的末端和中心打孔后，將一干凈載波片放入等離子清洗 器中處理60S，將該載波片壓緊于PDMS有溝槽一面得到微流控芯片。
(4) 構(gòu)建如圖1所示的系統(tǒng)，控制兩儲水槽之間的液面差為10cm。
(5) 將該系統(tǒng)置于無菌環(huán)境下培養(yǎng)10天，揭開PDMS，在載波片上 即得到我們需要的圖案化纖維素。
對步驟(3)中的微流控芯片進行改進在載波片上鍍金，制備溝槽平 面如圖5所示的第二 PDMS模±央，溝槽的寬度Ll為2 u m，溝槽間的間隔L2 為2pm;采用第二PDMS模塊在金片上制備親水疏水相間隔的條紋，將該金 片與圖案化如圖4所示的PDMS模塊，對準圓心后，緊密接觸，得到以分子 模板為基底的微流控芯片。在金片上制備親水疏水相間隔的條紋按照以下 步驟完成
1) 用純乙醇浸泡金片，然后超聲清洗；
2) 用氮氣槍吹干金面；
3) 溝槽如圖5所示的第二塊PDMS模塊蘸取甲基結(jié)尾的硫醇 (10ramol/L) IOS，吹干印于金面上，再將金片置于羥基結(jié)尾的硫醇 (2腿ol/L) 2h即可。
實施例3
(1)圖案化陽膜的制備制備如圖6所示的光掩膜，用甩膠機在2級 拋光的硅片上均勻的涂布一層光刻膠SU8-GM1070，甩膠機轉(zhuǎn)數(shù)設(shè)定為500r/min， 30S; 900 r/min，48S。由此在硅片上得到深度為lOOpm的光刻膠 涂層。該硅片經(jīng)過前烘(先65t:持續(xù)15分鐘，再95。C持續(xù)2小時)，紫外 爆光100秒，后烘(先65。C持續(xù)15分鐘，再95。C持續(xù)40分鐘)，PGMEA顯 影7分鐘，在135'C堅膜2小時，得到如圖6所示的圖案化陽膜條紋寬度 Ll為5(Vm，條紋間隔L2為20(Vm。
(2) 制備PDMS模塊將Sylgard 184 silicone elastomer base和Sylgard 184 silicone elastomer curing agent (10:1 w/w)的混合物攪拌抽真空，傾倒到陽 膜表面(厚度為5mm)，放入75。C烘箱中2.5小時，待PDMS混合物凝固 后將其與陽膜剝離即得到有溝槽的PDMS模塊，其圖案如圖6所示。
(3) 在溝槽末端即曲線交匯處打孔后，將一干凈載波片放入等離子清 洗器中處理120S，將該載波片壓緊于PDMS有溝槽一面得到微流控芯片。
(4) 構(gòu)建如圖l所示的系統(tǒng)，控制兩儲水槽之間的液面差為20cm。
(5) 將該系統(tǒng)置于無菌環(huán)境下培養(yǎng)20天，揭開PDMS，在載波片上 即得到我們需要的圖案化纖維素，如圖7所示。
對步驟(3)中的微流控芯片進行改進在載波片上鍍金，制備溝槽 平面如圖3所示的第二 PDMS模塊；采用第二 PDMS模塊在金片上制備親水 疏水相間隔的條紋，將該金片與圖案化如圖6所示的PDMS模塊緊密接觸， 得到以分子模板為基底的微流控芯片。在金片上制備親水疏水相間隔的條 紋按照以下步驟完成
1) 用純乙醇浸泡金片，然后超聲清洗；
2) 用氮氣槍吹干金面；
3) 溝槽如圖3所示的PDMS模塊蘸取甲基結(jié)尾的硫醇(lOmmol/L)IOS，吹干，印于金面上，再將金片置于羥基結(jié)尾的硫醇(2mmol/L) 30分 鐘即可。
權(quán)利要求
1. 一種通過微流控芯片制備圖案化纖維素材料的方法，按照以下步驟進行(1)依據(jù)預(yù)定圖案制作陽膜；(2)制備與陽膜圖案相匹配的聚二甲基硅氧烷(PDMS)模塊；(3)在PDMS模塊上打孔，將潔凈的載波片壓緊于PDMS模塊有圖案的一面，形成微流控芯片，其中PDMS模塊上的圖案化管道通過孔與外界相連通；(4)在兩儲液槽中裝入細菌培養(yǎng)液，利用導管將微流控芯片的圖案化管道分別與兩儲液槽連通，調(diào)節(jié)兩儲液槽之間的液面差控制圖案化管道內(nèi)的液體流速，其液面差為1～20cm，培養(yǎng)5～20天，揭開PDMS模塊，得到圖案化纖維素。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種通過微流控芯片制備圖案化纖維素材 料的方法，其特征在于，所述步驟(3)在將載波片壓緊于PDMS模塊之前， 首先在載波片表面鍍金得到金片，在金片上制備與陽膜圖案相對應(yīng)的親水 疏水相間隔的條紋。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種通過微流控芯片制備圖案化纖維素材 料的方法，其特征在于，所述親水疏水條紋寬度為1 5pm。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的一種通過微流控芯片制備圖案化纖維 素材料的方法，其特征在于，按照以下步驟在金片上制備親水疏水相間隔 的條紋a) 用純乙醇浸泡金片，然后超聲清洗；b) 用氮氣槍吹干金片；c) 制備第二PDMS模塊，第二PDMS模塊上的溝槽寬度和溝槽間隔為 1 5pm，將第二 PDMS模塊蘸取疏水基團結(jié)尾的硫醇，吹干，印于金片表 面，再將金片浸泡于親水基團結(jié)尾的硫醇30分鐘 2小時。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1或2或3或4所述的通過微流控芯片制備圖案化 纖維素材料的方法，其特征在于，所述步驟(1)采用二級以上拋光的硅片 制作陽膜。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種通過微流控芯片制備圖案化纖維素的方法，按照以下步驟進行(1)依據(jù)預(yù)定圖案制作陽膜；(2)制備與陽膜圖案相匹配的聚二甲基硅氧烷(PDMS)模塊；(3)在PDMS模塊上打孔，將潔凈的載波片壓緊于PDMS模塊有圖案的一面，形成微流控芯片，其中PDMS模板上的圖案化管道通過孔與外界相連通；(4)在兩儲液槽中裝入細菌培養(yǎng)液，利用導管將微流控芯片的圖案化管道分別與兩儲液槽連通，調(diào)節(jié)兩儲液槽之間的液面差控制圖案化管道內(nèi)的液體流速，其液面差為1～20cm，培養(yǎng)5～20天，揭開PDMS模塊，得到圖案化纖維素。采用本發(fā)明制得的細菌纖維素材料具有微觀的有序性和宏觀的圖案性，并兼有生物相容性和生態(tài)相容性，是理想的環(huán)境友好材料。
文檔編號C12P19/00GK101285083SQ20081004787
公開日2008年10月15日 申請日期2008年5月30日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月30日
發(fā)明者劉筆鋒, 史續(xù)典, 光 楊, 剛 王, 陳旭峰 申請人:華中科技大學