微流控微生物培养芯片制造技术

本发明专利技术公开了一种微流控微生物培养芯片，包括：液流层，所述液流层中分布有一个以上的培养单元；气动控制层，所述气动控制层中分布有供气管道，所述供气管道与所述培养单元交叉，所述供气管道中通入的氧气压力不足以使得交叉处的培养单元关闭；弹性透气膜，形成于所述液流层和气动控制层之间，所述供气管道中的氧气在交叉处通过弹性透气膜进入培养单元中的溶液。本发明专利技术微流控芯片中的氧气浓度产生是依靠氧气在多个交叉点或不同的交叉面积条件下，透过透气膜向溶液中扩散量不同而形成的，溶解氧浓度更主要的取决于交叉点的数量和交叉处面积大小，避免了采用金字塔形气体混合分配结构，节约了芯片面积，提高了芯片中培养单元的集成度。

【技术实现步骤摘要】
微流控微生物培养芯片
本专利技术属于微流控领域，特别是涉及一种能够在特定或多种溶解氧浓度条件下进行微生物培养的微流控芯片。
技术介绍
对于液体中培养的微生物来说，溶解氧是一个很重要的环境因素。不同的微生物及其不同生长阶段对氧的需求是不同的。溶解氧一方面会通过影响与呼吸链有关的能量代谢，从而影响微生物生长，另一方面也会通过影响酶活性或直接参与物质代谢，进行影响微生物代谢活性。因此研究溶解氧浓度对微生物的影响，采用合适的溶解氧控制方法，对于促进溶液中微生物生长，提高微生物产品的生产效率而言是十分必要的。传统微生物培养通常是在发酵罐或摇瓶中进行的。采取的溶解氧浓度控制方式主要是向控制溶液中空气通入量或是对溶液进行一定转速的搅拌、振荡，以确保溶液中的溶解氧浓度。然而，在芯片上进行微生物悬浮培养时，很难通过上述的传统方法来控制微量溶液中的溶解氧浓度，传统直接通气的方法加速液体挥发，使微量的培养液迅速挥干，而搅拌和振荡的方法也由于芯片中液体体积微小，黏性力较大而无法用于溶解氧浓度控制。因此需要开发能够适用于微生物芯片化培养的溶氧浓度控制结构。已有文献报道了一些能够用于溶解氧控制的微流控细胞培养芯片结构，如在文献1(JoeF.LoEllySinkala,DavidT.Eddington.Oxygengradientsforopenwellcellularculturesviamicrofluidicsubstrates.LabonaChip,2010,10,2394–2401)中描述了一种产生溶解氧浓度梯度的细胞培养微流控芯片，该芯片上层有一个用于细胞培养的圆柱形静置培养腔，中间是层透气膜，下层是气体管道网络。气体管道网络产生氧气浓度梯度有两种方式，一种是设置两条横向平行的主管道，两管道之间设置多条纵向平行管道，这些管道不与主管道交叉，向两条主管道中分别通入氮气和氧气，气体就会通过扩散进入纵向平行管道，并形成氧浓度梯度；另一种氧气产生方式是将氮气和氧气同时通入金字塔形分支网络沟道进行混合，在数个出口处即形成氧气浓度梯度。含有不同氧浓度的气体通过透气膜扩散到上层的培养腔中，从而改变同一培养腔不同区域中的溶解氧浓度。该芯片适用于研究多种溶解氧浓度对于细胞培养的影响。然而，该芯片的培养腔仍然较大，难以在芯片上进一步提高培养腔的数量。另外，芯片是用于细胞静置状态的培养，不适合用于微生物悬浮培养环境。另外在文献2(RaymondH.W.Lam,Min-CheolKim,ToddThorsen.Culturingaerobicandanaerobicbacteriaandmammaliancellswithamicrofluidicdifferentialoxygenator.Analyticalchemistry,2009,81,5918–5924)中描述了一种能够产生溶解氧浓度梯度的细胞培养芯片，其中的氧气浓度梯度是将氮气和氧气同时充入金字塔形分支管道网络，经过多次混合后在出口处产生氧气浓度梯度。不同氧含量的气体通过扩散透过膜进入到下层不同的细胞培养管道中形成不同的溶解氧条件。在该芯片中，气体管道与细胞培养管道是平行的，细胞在培养管道中贴壁后再注入气体，产生不同的氧浓度进行静置培养。然而由于气体管道和培养管道是平行叠置的，增加了芯片上下层之间对准封装的难度，特别是存在大量培养管道时，精确对准更加困难。气体管道和培养管道间水平距离变动的不确定性还会改变气体扩散距离，从而影响管道中溶解氧含量。另外该芯片仍然是基于细胞静置培养模式，不适合用于悬浮培养微生物。有鉴于此，有必要提供一种新型的微流控芯片，能够在特定或多种溶解氧浓度条件下进行微生物培养。
技术实现思路
本专利技术的目的提供一种微流控微生物培养芯片，能够在特定或多种溶解氧浓度条件下进行微生物培养。为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种微流控微生物培养芯片，包括：液流层，所述液流层中分布有一个以上的培养单元；气动控制层，所述气动控制层中分布有供气管道，所述供气管道与所述培养单元交叉，所述供气管道中通入的气体压力不足以使得交叉处的培养单元关闭；弹性透气膜，形成于所述液流层和气动控制层之间，所述供气管道中的气体在交叉处通过弹性透气膜进入培养单元中的溶液。作为本专利技术的进一步改进，所述弹性透气膜构成所述供气管道的一个侧壁。作为本专利技术的进一步改进，所述弹性透气膜构成所述培养单元的一个侧壁。作为本专利技术的进一步改进，所述液流层、气动控制层和弹性透气膜均由透气性材料制成。作为本专利技术的进一步改进，所述透气性材料为聚二甲基硅氧烷。作为本专利技术的进一步改进，所述供气管道的至少部分侧壁由所述气动控制层构成。作为本专利技术的进一步改进，所述培养单元的至少部分侧壁由所述液流层构成。作为本专利技术的进一步改进，所述培养单元包括环状闭合管道，所述气动控制层中还分布有循环驱动沟道，该循环驱动沟道与所述培养单元形成交叉，并驱动所述培养单元中的液体循环流动。作为本专利技术的进一步改进，所述液流层中至少分布有第一培养单元和第二培养单元，所述供气管道与所述第一培养单元和第二培养单元的交叉次数和/或交叉面积不同。作为本专利技术的进一步改进，所述供气管道中的气体选自氧气、二氧化碳或氨气。作为本专利技术的进一步改进，所述培养单元包括环状闭合管道，单根所述供气管道与所述环状闭合管道的至少两个不同选定部位形成交叉，所述至少两个不同选定部位形成的交叉处的环状闭合管道具有相同宽度和深度。作为本专利技术的进一步改进，所述培养单元包括环状闭合管道，单根所述供气管道与所述环状闭合管道的至少三个不同选定部位形成交叉。与现有技术相比，本专利技术微流控芯片中的气体浓度产生是依靠气体在多个交叉点或不同的交叉面积条件下，透过透气膜向溶液中扩散量不同而形成的，溶解氧浓度更主要的取决于交叉点的数量和交叉处面积大小，避免了采用金字塔形气体混合分配结构，节约了芯片面积，提高了芯片中培养单元的集成度。同时无需对入口气体流量进行精确控制，仅需通入即可，操作更加简单。在芯片制作过程中，将气动控制管道与液流管道交叉比将两者平行叠合更容易实现，降低了芯片的制作难度。同时，本专利技术技术方案能够在控制溶解氧浓度条件的同时进行微生物悬浮培养，与现有技术中只能静置培养相比，培养物的种类和应用范围进一步得到拓展。附图说明为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1a所示为本专利技术第1实施例中微流控微生物培养芯片的结构示意图；图1b所示为本专利技术第1实施例中液流层的结构示意图；图1c所示为本专利技术第1实施例中气动控制层的结构示意图；图1d是图1a所示沿线1D的剖面结构示意图；图2所示为本专利技术第2实施例中微流控微生物培养芯片的结构示意图；图3所示为本专利技术第3实施例中微流控微生物培养芯片的结构示意图；图4所示为本专利技术第4实施例中微流控微生物培养芯片的结构示意图；图5所示为本专利技术第5实施例中微流控微生物培养芯片的结构示意图；图6所示为本专利技术第6实施例中微流控微生物培养芯片的结构示意图。具体实本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种微流控微生物培养芯片，其特征在于，包括：液流层，所述液流层中分布有一个以上的培养单元；气动控制层，所述气动控制层中分布有供气管道，所述供气管道与所述培养单元交叉，所述供气管道中通入的气体压力不足以使得交叉处的培养单元关闭；弹性透气膜，形成于所述液流层和气动控制层之间，所述供气管道中的气体在交叉处通过弹性透气膜进入培养单元中的溶液;其中，所述液流层中至少分布有第一培养单元和第二培养单元，所述供气管道与所述第一培养单元和第二培养单元的交叉次数和/或交叉面积不同。

【技术特征摘要】
1.一种微流控微生物培养芯片，其特征在于，包括：液流层，所述液流层中分布有一个以上的培养单元；气动控制层，所述气动控制层中分布有供气管道，所述供气管道与所述培养单元交叉，所述供气管道中通入的气体压力不足以使得交叉处的培养单元关闭；弹性透气膜，形成于所述液流层和气动控制层之间，所述供气管道中的气体在交叉处通过弹性透气膜进入培养单元中的溶液;其中，所述液流层中至少分布有第一培养单元和第二培养单元，所述供气管道与所述第一培养单元和第二培养单元的交叉次数和/或交叉面积不同。2.根据权利要求1所述的微流控微生物培养芯片，其特征在于：所述弹性透气膜构成所述供气管道的一个侧壁。3.根据权利要求1所述的微流控微生物培养芯片，其特征在于：所述弹性透气膜构成所述培养单元的一个侧壁。4.根据权利要求1所述的微流控微生物培养芯片，其特征在于：所述液流层、气动控制层和弹性透气膜均由透气性材料制成。5.根据权利要求4所述的微流控微生物培养芯片，其特征在于：所述透气性材料为聚二甲基硅氧烷。6.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈立桅，甘明哲，汤云芳，
申请(专利权)人：中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所，
类型：发明
国别省市：江苏,32