基于微流控芯片的生物组织培养系统及其实施操作方法技术方案

本发明专利技术提供了一种基于微流控芯片的生物组织培养系统及其实施操作方法。本发明专利技术包括温控装置、气液交换装置、微流控芯片、透明水箱和导电玻璃，五个部分组合进行细胞培养。本发明专利技术相较于传统的活细胞工作站和活细胞显微成像系统，具有体积小、便携、制备工艺简单和环境条件稳定的特点，可以支持在显微成像环境下，进行长时间活细胞和生物组织的培养和药物刺激；其小型、便携式设计可以为保留、运送由动物和人体提取的生物样品、细胞和生物组织提供稳定可靠的生长环境，避免温度、湿度波动造成的对细胞的影响；结合微流控芯片，可以不间断向细胞和生物组织输送必要的药物、细胞因子和营养因子，为远距离和长时间运送生物样品提供环境条件支持。

【技术实现步骤摘要】
基于微流控芯片的生物组织培养系统及其实施操作方法
本专利技术涉及细胞培养
，特别涉及一种基于微流控芯片的生物组织培养系统及其实施操作方法。
技术介绍
目前，应用显微成像技术，在宏观、微米和纳米尺度实时观测细胞和生物组织的动态物理和生物化学反应，对于我们了解生命进程和疾病的致病机理至关重要。传统的细胞培养是在一个完全的黑箱——密闭的CO2培养箱中进行，我们无法对其中的生物细胞进行有效的观测。而目前应用较多的基于显微成像系统的活细胞工作站，虽然可以保持一个相对透明的、细胞可以正常生长的环境条件，但是在长时间维持稳定培养环境条件的方面，尚无法达到传统的CO2培养箱的水平。目前，针对细胞和生物组织体外培养的相关研究和技术专利普遍具有操作复杂和成本较高等问题。例如，专利CN111808748A一种用于微流体细胞培养的微型培育系统和方法，其操作过程复杂。因其采用热交换方式控制系统温度，温度分布均匀性差，细胞培养的方式有很大的限制。在生物医药实验中的动物和人体活检，主要通过血液、分泌物和活组织切片等方式进行。由于技术条件和实验成本的限制，大多没有维护所提取生物样本、生物组织和细胞的适当生长条件。这导致了细胞和生物组织的活性和功能性都在很大程度上受到环境条件的影响，造成实验结果的差异性大和不可重复性等问题。
技术实现思路
本专利技术提供一种基于微流控芯片的生物组织培养系统及其实施操作方法，本专利技术结合微流控芯片，构成一种小型的、便携的、低成本的、操作简单的，可以提供稳定的生物组织和细胞生长环境条件的活细胞和生物组织培养系统，用以解决上述情况。一种基于微流控芯片的生物组织培养系统，其特征在于，包括：温控装置、气液交换装置、微流控芯片、透明水箱和导电玻璃；其中，所述培养装置包括导电玻璃和透明水箱，所述透明水箱设置在所述导电玻璃上表面，所述微流控芯片设置于所述透明水箱内部；所述温控系统分别与所述微流控芯片和导电玻璃电连接，用于控制细胞培养温度；所述气液交换装置与所述微流控芯片连通，并将细胞完全培养基传输至所述微流控芯片中；所述微流控芯片用于控制细胞完全培养基定时置换，进行细胞和生物组织培养。优选的，所述透明水箱的上表面设置有对称分布的窗口；其中，所述窗口包括第一窗口、第二窗口、第三窗口和第四窗口。优选的，所述温控装置包括：温度探头、数字温控板和可切换电源；其中，所述可切换电源为外接适配器或锂电池；所述数字温控板和可切换电源通过第一导线电连接；所述温度探头通过第二窗口插入所述透明水箱内部，，并贴合在所述导电玻璃表面，所述导电玻璃表面具有PDMS薄膜，获取所述微流控芯片内的实时温度，所述温度探头与所述数字温控板的输入端电连接，并将所述实时温度输入所述数字温控板；所述数字温控板用于显示所述培养装置的温度，并控制所述导电玻璃发热；所述数字温控板通过第一输出导线和第二输出导线连接在所述导电玻璃两侧，并通过所述导电玻璃进行温度调节；所述数字温控板上还设置有系统开关。优选的，所述气液交换装置包括第一液体储备瓶、第二液体储备瓶21、第一细胞培养腔和第二细胞培养腔；其中，所述第一细胞培养腔和第二细胞培养腔设置于所述透明水箱上部；所述第一液体储备瓶上还设置有第一进气口，所述第二液体储备瓶上还设置有第二进气口；其中，所述第一进气口和第二进气口外接气体压缩瓶，所述气体压缩瓶内设有压缩空气，所述压缩空气为过滤压缩气或5％CO2压缩气；所述第一液体储备瓶内部在通入压缩空气时，所述第一进液口管线将细胞完全培养基输入至第一细胞培养腔进行置换，所述第一进液口管线一端与所述第一液体储备瓶的第一出液端连接，其另一端穿过所述第一窗口插入所述微流控芯片中；所述第二液体储备瓶内部在通入压缩空气时，通过所述第二进液口管线将细胞完全培养基输入至第二细胞培养腔进行置换，所述第二进液口管线一端与所述第二液体储备瓶的第二出液端连接，其另一端穿过所述第一窗口插入所述微流控芯片中。优选的，所述系统还包括：第一控制阀管线、第二控制阀管线、第一出液口管线和第二出液口管线；其中，所述第一控制阀管线一端插入所述微流控芯片中，其另一端穿过所述第二窗口连通外界；所述第二控制阀管线一端插入所述微流控芯片中，其另一端穿过所述第三窗口连通外界；所述第一出液口管线一端插入所述微流控芯片中，其另一端穿过所述第四窗口连通外界；所述第二出液口管线一端插入所述微流控芯片中，其另一端穿过所述第四窗口连通外界。优选的，所述微流控芯片包括：细胞培养层和芯片控制层；其中，所述细胞培养层的层数为M层，且1≤M≤10；所述芯片控制层的层数为N层，且0≤N≤10；所述细胞培养层包括进液口和出液口，所述进液口和出液口的数量为Q，且，1≤Q≤100；(1，所述细胞培养层内部包含细胞培养腔，所述细胞培养腔的数量为S，且，1≤S≤10000；所述芯片控制层包括芯片控制阀和芯片控制阀进液口，所述芯片控制阀和芯片控制阀进液口的数量为W，且，1≤W≤100。优选的，所述微流控芯片与导电玻璃通过等离子体键合。优选的，所述导电玻璃具有双层镀ITO薄膜，所述透明水箱为亚克力板；所述培养装置外部还设置有水箱。优选的，所述微流控芯片(12)和透明水箱(7)之间填充有去离子水，用于培养环境提供湿度。一种基于微流控芯片的生物组织培养的实施方法，适用于本专利技术的系统，所述方法包括：步骤1：将所述气液交换装置、微流控芯片、第一控制阀管线、第二控制阀管线、第一液体输出管线和第二液体输出管线(6)进行消毒；步骤2：通过所述第一窗口、第二窗口、第三窗口或第四窗口相所述透明水箱内部注入灭菌后的离子水；步骤3：打开所述系统开关，通过所述温控装置进行温度控制，并在温度稳定到预设的培养温度时，将待接种细胞由微流控芯片的细胞培养层进液口接种到微流控芯片的第一细胞培养腔和第二细胞培养腔中；步骤4：通过外接气体压缩瓶将压缩空气导入第一液体储备瓶和第二液体储备瓶，驱动第一液体储备瓶和第二液体储备瓶中的完全培养基进入细胞培养层进液口，并通过微流控芯片的芯片控制阀控制细胞培养层进液口和细胞培养层出液口的开和关，定时置换细胞完全培养基；步骤5：控制所述第一液体储备瓶和第二液体储备瓶内的进气压强为1.5psi，并驱动第一液体储备瓶和第二液体储备瓶内的细胞完全培养基以≤1.5mm/s的流速输入所述第一细胞培养腔和第二细胞培养腔内。本专利技术的有益效果在于：1.本专利技术基于微流控芯片构建了一种微型、便携式细胞和生物组织培养系统，实现对细胞培养环境的控制和维护，可以直接在微流控芯片中进行独立的细胞培养，不需要任何外部辅助装置；2.本专利技术使用了自行设计的亚克力透明结构封水结构，填充进离子水后一方面使温度更加稳定，另一方面在细胞培养过程中有效改善了微流控芯片材料的固有缺陷，抑制本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于微流控芯片的生物组织培养系统，其特征在于，包括：温控装置、气液交换装置、微流控芯片(12)、透明水箱(7)和导电玻璃(13)；其中，/n所述透明水箱(7)设置在所述导电玻璃(13)上表面，所述微流控芯片(12)设置于所述透明水箱(7)内部；/n所述温控系统分别与所述微流控芯片(12)和导电玻璃(13)电连接，用于控制细胞培养温度；/n所述气液交换装置与所述微流控芯片(12)连通，并将细胞完全培养基传输至所述微流控芯片(12)中；/n所述微流控芯片(12)用于控制细胞完全培养基定时置换，进行细胞和生物组织培养。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于微流控芯片的生物组织培养系统，其特征在于，包括：温控装置、气液交换装置、微流控芯片(12)、透明水箱(7)和导电玻璃(13)；其中，
所述透明水箱(7)设置在所述导电玻璃(13)上表面，所述微流控芯片(12)设置于所述透明水箱(7)内部；
所述温控系统分别与所述微流控芯片(12)和导电玻璃(13)电连接，用于控制细胞培养温度；
所述气液交换装置与所述微流控芯片(12)连通，并将细胞完全培养基传输至所述微流控芯片(12)中；
所述微流控芯片(12)用于控制细胞完全培养基定时置换，进行细胞和生物组织培养。


2.根据权利要求1所述的一种基于微流控芯片和生物组织培养系统，其特征在于，所述透明水箱(7)的上表面设置有对称分布的窗口；其中，
所述窗口包括第一窗口(8)、第二窗口(9)、第三窗口(10)和第四窗口(11)。


3.根据权利要求2所述的一种基于微流控芯片的生物组织培养系统，其特征在于，所述温控装置包括：温度探头(22)、数字温控板(25)和可切换电源(23)；其中，
所述可切换电源(23)为外接适配器或锂电池；
所述数字温控板(25)和可切换电源(23)通过第一导线(24)电连接；
所述温度探头(22)通过第二窗口(9)插入所述透明水箱(7)内部，并贴合在所述导电玻璃(13)表面，所述导电玻璃(13)表面具有PDMS薄膜，获取所述微流控芯片(12)内的实时温度，所述温度探头(22)与所述数字温控板(25)的输入端电连接，并将所述实时温度输入所述数字温控板(25)；
所述数字温控板(25)用于显示所述培养装置的温度，并控制所述导电玻璃(13)发热；
所述数字温控板(25)通过第一输出导线(26)和第二输出导线(27)连接在所述导电玻璃(13)两侧，并通过所述导电玻璃(13)进行温度调节；
所述数字温控板上还设置有系统开关(28)。


4.根据权利要求2所述的一种基于微流控芯片和生物组织培养系统，其特征在于，所述气液交换装置包括第一液体储备瓶(20)、第二液体储备瓶(21)、第一细胞培养腔(18)和第二细胞培养腔(19)、；其中，
所述第一细胞培养腔(18)和第二细胞培养腔(19)设置于所述透明水箱(7)上部；
所述第一液体储备瓶(20)上还设置有第一进气口(16)，所述第二液体储备瓶(21)上还设置有第二进气口(17)；其中，
所述第一进气口(16)和第二进气口(17)外接气体压缩瓶，所述气体压缩瓶内设有压缩空气，所述压缩空气为过滤压缩气或5％CO2压缩气；
所述第一液体储备瓶(20)内部在通入压缩空气时，所述第一进液口管线(1)将细胞完全培养基输入至第一细胞培养腔(18)进行置换，所述第一进液口管线(1)一端与所述第一液体储备瓶(20)的第一出液端(14)连接，其另一端穿过所述第一窗口(8)插入所述微流控芯片(12)中；
所述第二液体储备瓶(21)内部在通入压缩空气时，通过所述第二进液口管线(2)将细胞完全培养基输入至第二细胞培养腔(19)进行置换，所述第二进液口管线(2)一端与所述第二液体储备瓶(20)的第二出液端(15)连接，其另一端穿过所述第一窗口(8)插入所述微流控芯片(12)中。


5.根据权利要求2...

【专利技术属性】
技术研发人员：张策，马文菊，车丙晨，孙聃，
申请(专利权)人：西北大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61