微流控芯片装置及其制备方法、微藻生产生物质的方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种微流控芯片装置及其制备方法、微藻生产生物质的方法，微流控芯片装置由下至上依次设置微电极基片层、培养腔室层以及气动控制层；培养腔室层包括一列或多列流道，每列流道上设有一个或多个培养腔室，流道包括与培养腔室常通的第一流道和与培养腔室常闭的第二流道，第二流道设置在第一流道与培养腔室之间，第二流道为向下凸设而成的凸体，凸体的底端与微电极基片层抵接；气动控制层包括气动控制腔室，每个气动控制腔室位于细胞培养腔室的正上方，且覆盖到细胞培养腔室两侧的第二流道；该微流控芯片装置能够在可控且独立的微环境下直接对雨生红球藻细胞进行电场刺激和培养，可以有效地提高微藻高价值生物质虾青素的产量。

【技术实现步骤摘要】
微流控芯片装置及其制备方法、微藻生产生物质的方法
本专利技术涉及生物技术/生物医学工程领域，特别是涉及一种微流控芯片装置及其制备方法、微藻生产生物质的方法。
技术介绍
微藻是广泛分布于淡水和海水中的重要光合微生物，能有效利用光能和CO2进行光合作用生产生物燃料、食品、饲料和高价值的生物质材料。此外，作为一种高效光合作用微型细胞工厂，微藻的生长速率远远高于其他的陆生植物。因此，微藻作为天然生物质材料的微生物反应器有着巨大的研究和市场应用价值，近年来在生产可再生生物燃料和高价值产品方面被广泛研究。目前微藻的研究通常是在实验室规模中，利用烧瓶、培养板或光生物反应器中进行培养。这些培养体系对了解藻类的基本生物特性，以及各种培养条件(如光照强度、光照周期、温度、培养基浓度、CO2浓度、pH值)对藻类生长和生物质产量的影响作出了重要贡献。然而，要进一步优化各种藻类生物质产量，则需要监测不同培养条件与生物质产量之间的关系，而现有手段却难以实现多种培养条件变量的复合优化。虾青素(3，3′二羟基-β，β′-胡萝卜素-4,4′-二酮)是一种类胡萝卜素，是很多植物、藻类以及海洋生物都能够生产的一种纯天然抗氧化物质。据报道，虾青素可以用于药理作用的研究如抗氧化、消炎、免疫调节、抗癌以及抗糖尿病。其抗氧化能力是β-胡萝卜素的38倍，是维他命E的500倍。由于其有效的抗氧化能力以及广泛的药理学应用潜力，虾青素近来备受青睐。但是，即使有如此多潜在的优点，天然的虾青素产量非常低导致市场价格超高。2013年，虾青素的市场价格达到了每千克5800美金。在自然界中，雨生红球藻(H.pluvialis)是虾青素含量最高(1％～5％干重)的水生植物之一，其生长周期包括：营养增长期(绿色)、孢囊形成期(未成熟孢囊/褐色)、孢囊成熟期(孢囊/红色)和细胞萌发期，四个周期不断循环。不利的生长环境会促使雨生红球藻细胞内发生应激反应，使其从营养增长期转化至孢囊形成期，从而开始逐渐累积虾青素。研究人员试图通过各种方法如控制光照条件，去除培养基中的硝酸盐，调高温度或提供二氧化碳来提高雨生红球藻中的虾青素产量。然而这些方法只是单纯改变雨生红球藻生长环境的影响因素，效果有限。因此，探索新的刺激方式直接作用于雨生红球藻并优化其培养条件以获得更高虾青素产量是目前要解决的关键问题。
技术实现思路
基于此，有必要提供一种微流控芯片装置。此外，还提供了一种微流控芯片装置的制备方法、微藻生产生物质的方法。一种微流控芯片装置，所述微流控芯片装置由下至上依次设置微电极基片层、培养腔室层以及气动控制层；所述培养腔室层包括在所述培养腔室层和所述微电极基片层之间形成的一列或多列流道，每列流道上设有一个或多个培养腔室，所述流道包括常通的第一流道和设置在常通的第一流道与培养腔室之间的常闭的第二流道，所述第二流道为向下凸设而成的凸体，所述凸体的底端与微电极基片层抵接；所述气动控制层包括对应于培养腔室层上的一个或多个培养腔室设置的一个或多个气动控制腔室，各气动控制腔室位于各培养腔室的上方，且覆盖培养腔室和培养腔室两侧的常闭的第二流道；所述微电极基片层包括基片和所述基片上的对应于培养腔室层上的一个或多个培养腔室和气动控制层上的一个或多个气动控制腔室设置的一个或多个微电极对，各微电极对位于各培养腔室内；对所述气动控制腔室施加负压时，所述常闭的第二流道可因气动控制腔室中施加的负压而向上抬起，从而使培养腔室与第一流道连通；对所述气动控制腔室未施加负压时，所述第二流道抵接微电极基片层，从而阻断培养腔室与第一流道之间的连通。在其中一些实施例中，所述气动控制层的厚度大于培养腔室层；优选地，所述气动控制层的厚度为60～160μm，所述培养腔室层的厚度为50～150μm。在其中一些实施例中，每列流道的两端处分别设有入口和出口，优选地，所述入口与出口的直径为1mm～2mm。在其中一些实施例中，所述培养腔室自顶端向下设有一个或多个微柱，所述微柱的底端与微电极基片层抵接。在其中一些实施例中，所述培养腔室为内部凹设形成的凹槽，优选地，所述凹槽的形状为长方形、正方形、圆形或椭圆形，优选地，所述凹槽的高度为40～60μm。在其中一些实施例中，所述气动控制层还包括与各气动控制腔室相连通的气体管道；所述气体管道具有气体出口并且能够连接负压装置。在其中一些实施例中，所述培养腔室层以及气动控制层采用弹性材料制备而成，所述弹性材料选自聚二甲基硅氧烷、聚碳酸酯、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乳酸、环烯烃聚合物、聚酰亚胺、聚萘二甲酸乙二醇、聚偏氟乙烯、聚酯、硅胶、及热塑性聚氨酯弹性体橡胶中的至少一种，及/或，所述微电极基片层的基片采用玻璃基片。一种所述的微流控芯片装置的制备方法，包括以下步骤：制备培养腔室层以及气动控制层的模板以及微电极基片层；将气动控制层的材料于所述气动控制层的模板上成型，得到成型件，并在气体出口处打孔；将培养腔室层的材料于所述培养腔室层的模板上成型，并与已成型的气动控制层进行对准封接，确保气动控制层的各气动控制腔室在各培养腔室的上方并且能够覆盖培养腔室和培养腔室两侧的常闭的第二流道；在向气动控制腔室施加负压以使气动控制腔室下方的培养腔室层的第二流道向上抬起的同时，将封接在一起的培养腔室层和气动控制层与微电极基片层对准封接，使得各微电极对位于各培养腔室内，并且气动控制腔室下方的培养腔室层的培养腔室及流道部分并不与微电极基片层的基片相封接；得到所述的微流控芯片装置。一种对微藻进行电刺激培养以生产生物质的方法，所述方法采用所述的微流控芯片装置对微藻进行电刺激培养。在其中一些实施例中，所述生物质为虾青素，及/或所述微藻为雨生红球藻。本专利技术的微流控芯片装置的每一个培养腔室都是一个独立的细胞培养单元，培养腔室之间细胞、培养液和电极刺激互不干扰，微藻电刺激微流控芯片能够在可控且独立的微环境下直接对雨生红球藻细胞进行电场刺激和培养，可以有效地提高微藻高价值生物质虾青素的产量。所述的芯片装置可以高通量自动化地实现对电刺激参数条件的最佳优化，大大地降低了工作量，从而得到了雨生红球藻产生高产量虾青素的最佳电刺激培养条件。本专利技术的气动控制层的气体管道的进气口与注射器相连，当施加负压时，气动控制腔室下方细胞培养腔室两侧的第二流道向上抬起，培养腔室两侧的流道与培养腔室相连通，可以接种细胞。当不施加负压时，气动控制腔室下方细胞培养腔室两侧第二流道与底下的微电极基片相连接，培养腔室与两侧的流道断开，形成一个独立的细胞培养单元。该芯片装置集成的常闭式气动控制腔室不需要连接外部的压力泵，简单快速地实现细胞培养腔室与流道的连通或断开，保证了每一个细胞培养腔室都成为一个独立的培养单元。附图说明图1为未施加负压时的培养腔室与两侧的流道断开的剖面示意图；图2为施加负压后的培养腔室与两侧的流道连通的剖面示意图；图3是微流控芯片装置的结构示意图以及A-A处的放大示本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种微流控芯片装置，其特征在于，所述微流控芯片装置由下至上依次设置微电极基片层、培养腔室层以及气动控制层；/n所述培养腔室层包括在所述培养腔室层和所述微电极基片层之间形成的一列或多列流道，每列流道上设有一个或多个培养腔室，所述流道包括常通的第一流道和设置在常通的第一流道与培养腔室之间的常闭的第二流道，所述第二流道为向下凸设而成的凸体，所述凸体的底端与微电极基片层抵接；/n所述气动控制层包括对应于培养腔室层上的一个或多个培养腔室设置的一个或多个气动控制腔室，各气动控制腔室位于各培养腔室的上方，且覆盖培养腔室和培养腔室两侧的常闭的第二流道；/n所述微电极基片层包括基片和所述基片上的对应于培养腔室层上的一个或多个培养腔室和气动控制层上的一个或多个气动控制腔室设置的一个或多个微电极对，各微电极对位于各培养腔室内；/n对所述气动控制腔室施加负压时，所述常闭的第二流道可因气动控制腔室中施加的负压而向上抬起，从而使培养腔室与第一流道连通；/n对所述气动控制腔室未施加负压时，所述第二流道抵接微电极基片层，从而阻断培养腔室与第一流道之间的连通。/n

【技术特征摘要】
1.一种微流控芯片装置，其特征在于，所述微流控芯片装置由下至上依次设置微电极基片层、培养腔室层以及气动控制层；
所述培养腔室层包括在所述培养腔室层和所述微电极基片层之间形成的一列或多列流道，每列流道上设有一个或多个培养腔室，所述流道包括常通的第一流道和设置在常通的第一流道与培养腔室之间的常闭的第二流道，所述第二流道为向下凸设而成的凸体，所述凸体的底端与微电极基片层抵接；
所述气动控制层包括对应于培养腔室层上的一个或多个培养腔室设置的一个或多个气动控制腔室，各气动控制腔室位于各培养腔室的上方，且覆盖培养腔室和培养腔室两侧的常闭的第二流道；
所述微电极基片层包括基片和所述基片上的对应于培养腔室层上的一个或多个培养腔室和气动控制层上的一个或多个气动控制腔室设置的一个或多个微电极对，各微电极对位于各培养腔室内；
对所述气动控制腔室施加负压时，所述常闭的第二流道可因气动控制腔室中施加的负压而向上抬起，从而使培养腔室与第一流道连通；
对所述气动控制腔室未施加负压时，所述第二流道抵接微电极基片层，从而阻断培养腔室与第一流道之间的连通。


2.根据权利要求1所述的微流控芯片装置，其特征在于，所述气动控制层的厚度大于培养腔室层；优选地，所述气动控制层的厚度为60～160μm，所述培养腔室层的厚度为50～150μm。


3.根据权利要求1所述的微流控芯片装置，其特征在于，每列流道的两端处分别设有入口和出口，优选地，所述入口与出口的直径为1mm～2mm。


4.根据权利要求1所述的微流控芯片装置，其特征在于，所述培养腔室自顶端向下设有一个或多个微柱，所述微柱的底端与微电极基片层抵接。


5.根据权利要求1所述的微流控芯片装置，其特征在于，所述培养腔室为内部凹设形成的凹槽，优选地，所述凹槽的形状为长方形、正方...

【专利技术属性】
技术研发人员：朴宰源，宋惠雪，姚俊伊，宋子一，金絃洙，崔胤怡，
申请(专利权)人：南方科技大学，
类型：发明
国别省市：广东;44