一种柔性透明超薄立体人工蛋壳的制作方法及其应用

本发明属于禽类动物孵化仿生，尤其涉及一种柔性透明超薄立体人工蛋壳的制作方法及其应用。

背景技术：

1、家禽的世代周期短、生产性能高，是研究发育生物学、胚胎学、遗传学、转基因生物反应器、药物生理学等的良好试验材料。禽类胚胎发育过程包括体内的输卵管发育和体外的壳内发育两个阶段。但是，在壳内发育过程中，密闭坚硬的外壳不仅阻碍了人工干预胚胎发育过程的实现，也阻碍了实时观察胚胎发育的可能，需要破坏蛋壳或者在蛋壳上开窗口才能观察或干预胚胎发育，但是，开窗操作会中断孵化过程，影响实验结果的准确性，且观察的角度和范围有限。而将禽类受精卵或早期胚胎在代用壳或人造容器构成的相对开放的体外培养系统中进行孵化，具有重要意义。

2、目前禽类胚胎体外培养的方法包括将禽类蛋壳内取出的鸡胚加入体外培养的非蛋壳培养体系或代用蛋壳培养体系进行培养，以及将禽类受精卵加入体外培养的三期培养体系进行培养。与前两种培养体系相比，三期培养体系的要求较高、操作难度较大、孵化率也相对较低。

3、代用蛋壳培养体系是指将某一种禽类的胚胎从本体蛋壳中转移到其他禽类的自然蛋壳中进行培养孵化，使用这一方法成功地实现了鹌鹑和鸡胚的体外孵化，这种方法的操作相对简单、孵化率较高而且便于在孵化过程中进行人为干预，但代用的自然蛋壳中胚胎发育的形态只能从上方开口平面观察，无法实现对禽类胚胎体外培养过程中的三维尺度下的观察。

4、非蛋壳培养体系是指将鸡胚从蛋壳内取出后转移至陶瓷皿、烧杯、塑料袋、特氟龙膜、保鲜膜等人工容器中进行孵化，与代用蛋壳体系相比，非蛋壳培养体系中可以更加方便地对禽类胚胎发育过程进行观察，目前，非蛋壳培养体系如特氟龙膜、保鲜膜等方法可以实现禽类胚胎的成功孵化，如在特氟龙膜内鹌鹑的成功孵化以及保鲜膜内鸡胚的成功孵化。但是，非蛋壳培养体系需要将平面的膜拉伸变形成禽蛋的形状，且必须保证表面平整没有任何褶皱，其工艺要求严格；此外，由于受到保鲜膜表面微加工处理工艺的限制，在膜上难以集成可以同时监测胚胎发育的传感器等设备。

5、聚二甲基硅氧烷(pdms)是一种硅基有机聚合物，液态的pdms可以通过加热的方式固化，易于成型，而且具有生物相容性好、光学透明、透气性好、柔软可变形以及廉价易得等优势，已经被广泛应用于微流控芯片和柔性电子等领域中。研究人员曾将煮熟的鸡蛋作为模具制作了具有真实蛋壳的形状和弯曲度的pdms透明蛋壳，并将其用于鸡胚孵化。但由于所制备的pdms蛋壳壳体较厚，透气性较差，使用该pdms蛋壳进行鸡胚体外培养时，鸡胚发育与正常发育进程相比较为迟缓，且存活至17.5天后死亡，难以实现禽类胚胎体外培养。

技术实现思路

1、为改善现有技术的不足，本发明的目的是提供一种柔性、超薄、透明的人工蛋壳的制备方法，所述蛋壳具有良好的透气性，同时，表面可集成传感器等胚胎发育过程监测设备，实现胚胎发育过程的实时监测和信号收集。

2、本发明目的基于如下技术方案得以实现。

3、一种人工蛋壳的制备方法，包括如下步骤：

4、(1)使用中空的容器，先向其内部喷涂脱模剂，再加入液态的预固化的pdms；

5、(2)将步骤(1)中的容器加热一段时间，直至容器内靠近内壁的pdms半固化，然后倒出容器内未固化的pdms，容器内壁上留下一层半固化的pdms；

6、(3)再次加热容器使其内壁上的半固化的pdms全部固化，剥离固化的pdms，得到所述人工蛋壳。

7、根据本发明的实施方案，步骤(1)中，所述液态的预固化的pdms包括pdms和固化剂，例如道康宁sylgard 184硅橡胶；所述配置方法例如包括：按重量比10：1将pdms与固化剂混合、搅拌，置于真空箱中抽真空去除气泡。

8、根据本发明的实施方案，步骤(1)中，所述中空的容器由能够耐高温(例如150℃)的材料构成。容器的形状可以任意，例如为圆形、椭圆形、圆柱形等。所述容器例如为天然蛋壳或模具等，优选为天然的蛋壳，例如鸡蛋壳、鹌鹑蛋壳、鸭蛋壳或鹅蛋壳。

9、根据本发明的实施方案，将天然的蛋壳从一端打开(例如使用开蛋器)，去除蛋液，清洗蛋壳，再向蛋壳内部喷涂脱模剂。

10、根据本发明的技术方案，步骤(1)中，所述脱模剂选自氟素脱模剂，例如为rd-518氟素脱模剂。

11、根据本发明的技术方案，步骤(2)中的加热温度例如为60～120℃，优选80～100℃，加热时间例如为1～30分钟，优选1～15分钟。所得人工蛋壳的厚度与该步骤中的加热温度和加热时间相关，可以通过该加热温度和加热时间来调整所制备得到的人工蛋壳的厚度。

12、根据本发明的技术方案，步骤(3)中的加热温度为60～150℃或80～120℃，加热时间为30～120分钟或50～100分钟。

13、根据本发明的技术方案，步骤(2)、(3)中的加热可以使用烘箱、真空干燥箱、水浴加热等。

14、作为一个实例地，所述制备方法包括如下步骤：

15、(1)使用开蛋器将蛋壳从钝端打开并去除蛋液；

16、(2)将蛋壳清洗干净；

17、(3)向蛋壳内部喷涂脱模剂；

18、(4)按重量比10：1将pdms与固化剂混合、搅拌，置于真空箱中抽真空去除气泡，然后将其倒入蛋壳内部；

19、(5)将蛋壳放入真空干燥箱中，在85-100℃进行加热，并在加热1～10分钟后取出；

20、(6)倒出蛋壳内未固化的pdms，蛋壳内壁留下一层半固化的pdms；

21、(7)再次将蛋壳放入真空干燥箱中，在85℃-100℃下加热30分钟以上，蛋壳内壁上半固化的pdms固化；

22、(8)从蛋壳内壁剥离固化的pdms，得到柔性pdms蛋壳。

23、本发明还提供一种采用上述方法制备得到的人工蛋壳

24、根据本发明的技术方案，所述人工蛋壳为柔性透明结构，且厚度均一。

25、根据本发明的技术方案，所述人工蛋壳的厚度例如为100～500微米或者150～300微米。

26、根据本发明的技术方案，所述人工蛋壳的氧气透过量范围为(1～5)·100000cm3/(m2·24h·0.1mpa)，例如(1.52～2.56)·100000cm3/(m2·24h·0.1mpa)。

27、根据本发明的技术方案，所述人工蛋壳为具有顶部开口的蛋形结构。

28、根据本发明的技术方案，所述人工蛋壳具有基本如图2所示的结构。

29、根据本发明的技术方案，所述人工蛋壳的表面还可以设置监测装置，优选所述监测装置用于监测胚胎发育参数。

30、根据本发明的技术方案，所述监测装置包括胚胎运动监测装置、心跳监测装置、温度监测装置、血管发育监测装置中的至少一种。

31、本发明还提供一种上述人工蛋壳在生物胚胎(例如禽类)体外培养中的应用，例如用于可视化生物胚胎发育研究。

32、有益效果

33、本发明涉及一种三维超薄的柔性、透明蛋壳的制备方法，使用pdms在蛋壳内部加热固化后脱模的方法，得到厚度均匀的超薄、透明、柔性的人工蛋壳。所述人工蛋壳制作工艺简单，透气性好，而且便于在其表面设计并制作传感器等监测装置，检测胚胎发育过程相关参数，从而提供了一个可以实时观察并进行人工干预、发育监测的禽类胚胎体外发育的平台。

技术特征：

1.一种人工蛋壳的制备方法，包括如下步骤：

2.如权利要求1所述的人工蛋壳的制备方法，其中，步骤(1)中，所述液态的预固化的pdms包括pdms和固化剂，例如道康宁sylgard 184硅橡胶，所述配置方法例如包括：按重量比10：1将pdms与固化剂混合、搅拌，置于真空箱中抽真空去除气泡。

3.如权利要求1所述的人工蛋壳的制备方法，其中，步骤(1)中，所述中空的容器由能够耐高温(例如150℃)的材料构成；所述容器例如为天然蛋壳或模具等；优选为天然蛋壳，例如鸡蛋壳、鹌鹑蛋壳、鸭蛋壳或鹅蛋壳。

4.如权利要求3所述的人工蛋壳的制备方法，其中，将天然的蛋壳从一端打开(例如使用开蛋器)，去除蛋液，清洗蛋壳，再向蛋壳内部喷涂脱模剂。

5.如权利要求1-4任一项所述的人工蛋壳的制备方法，其中，步骤(1)中，所述脱模剂选自氟素脱模剂，例如为rd-518氟素脱模剂。

6.如权利要求1-5任一项所述的人工蛋壳的制备方法，其中，步骤(2)中的加热温度例如为60～120℃，优选80～100℃，加热时间例如为1～30分钟，优选1～15分钟。

7.根据权利要求1-6任一项所述方法制备得到的人工蛋壳。

8.如权利要求7所述的人工蛋壳，其中，所述人工蛋壳为柔性透明结构，且厚度均一。

9.如权利要求7所述的人工蛋壳，其中，所述人工蛋壳的表面还可以设置监测装置，优选所述监测装置用于监测胚胎发育参数；

10.权利要求7-9任一项所述的人工蛋壳在生物胚胎(例如禽类)体外培养中的应用，例如用于可视化生物胚胎发育研究。

技术总结
本发明属于禽类动物孵化仿生技术领域，尤其涉及一种人工蛋壳的制备方法，包括如下步骤：(1)使用中空的容器，先向其内部喷涂脱模剂，再加入液态的预固化的PDMS；(2)将容器加热一段时间，直至容器内靠近内壁的PDMS半固化，然后倒出容器内未固化的PDMS，容器内壁上留下一层半固化的PDMS；(3)再次加热容器使其内壁上的半固化的PDMS全部固化，剥离固化的PDMS，得到所述人工蛋壳。本发明制备的人工蛋壳厚度均匀、超薄、柔性、透明，具有良好的透气性，且制作工艺简单。

技术研发人员：李雷,尹宁北,孙晓,姜婵媛,刘静,蒋海越
受保护的技术使用者：中国科学院理化技术研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23