本申请公开了一种微升级单细胞液滴生成和培养方法，包括如下步骤：进样：将油相和水相输入微流控芯片内；制备液滴：在所述微流控芯片内油相将水相分割成多个初始液滴，所述初始液滴包含有微升级的单细胞液滴；培养：培养所述初始液滴，得到培养后的液滴。本申请还提供一种微升级单细胞液滴生成和培养装置。本申请提供的单细胞液滴生成和培养方法以及装置，可以生成微升级别的单细胞液滴并在透气性良好的管道内进行培养。可培养常见的单细胞细菌和真菌。真菌。
【技术实现步骤摘要】
一种微升级单细胞液滴生成和培养方法以及装置
[0001]本申请涉及细胞培养
，具体涉及一种微升级单细胞液滴生成和培养方法以及生成和培养装置。
技术介绍
[0002]工业生物技术中微生物细胞工厂被广泛应用于生产大宗、精细或特种化学品，药物以及应用于食品、饲料或技术应用的酶等物质。而天然分离的微生物由于产量低且对恶劣的工业条件耐受性差，很少直接用于工业规模的生产，需要开发出一些策略来获取具有更高性能的微生物细胞工厂。目前人们已经有很多方法来获取具有多样性的菌株文库，例如使用物理或化学手段进行随机诱变、实验室的适应性进化、定向进化或者基因片段随机组装的策略。而在面对一个大的菌株文库时，如何快速筛选微生物菌株的方法至关重要。
[0003]传统的微生物筛选一般是基于摇瓶、孔板和固体平板等培养方法，定时取样检测相关数据来对比菌株的性能。这个过程不仅操作繁琐，人力和物力消耗很大，而且通量都很低(103‑
104)，平行性也较差。因此需要开发一些高通量的培养和筛选方法来提高微生物菌株的筛选效率。现有的一些微生物高通量筛选技术包括使用菌落选择器(colony picker)和移液工作站(liquid handler)等仪器来自动化进行菌落挑取和移液等工作，其通量可达104‑
105；或者使用流式细胞仪或者液滴微流控技术进行筛选，其通量可达108‑
109。但是基于菌落选择器和移液工作站等仪器的方法不仅成本昂贵，而且囿于菌落挑取和移液等工作其通量很难得到进一步提高；基于流式细胞仪的方法不能进行胞外产物的检测；而基于液滴微流控技术的方法目前使用的液滴体积都特别小(nL或pL级别)，不仅对液滴可进行的操作和可检测的参数少，而且较难对微生物进行富集筛选。
[0004]而在工业生产中常见的微生物中，现有方法也存在一些问题，提高了自动化高通量筛选微生物的难度。例如放线菌和霉菌都是菌丝体结构，呈分支状，由很多细而长的菌丝交织组成。由于它们结构特殊，在培养和筛选放线菌和霉菌时会遇到许多问题，例如其培养液十分粘稠，难以搅拌；很难在固体平板上形成完整独立的单菌落并进行挑取；孢子容易飘散造成交叉污染；以及菌丝的存在使得一些参数如OD等难以测量。这些问题也会降低筛选效率。
[0005]专利文献WO2019233245A1于2019年公开了一种微液滴处理装置，可用于微生物液滴的培养。该装置可以实现通过微流控芯片装载数百个体积在0.5～10μL含有微生物的微液滴，通过在线连续培养、检测和分选，完成微生物的选育。该装置可以实现包括大肠杆菌、植物乳杆菌、谷氨酸棒杆菌、乳酸菌、酿酒酵母、毕赤酵母等多种微生物的自动化高通量在线培养和适应性进化。但是由于该装置是多细胞接种，无法进行微生物的单克隆筛选。
[0006]为了取代菌落挑取和移液等操作来实现微生物的自动化单克隆筛选，进一步提高筛选的通量和效率，同时又能解决放线菌和丝状真菌在培养中遇到的一些难题，因此需要一种新的技术。
技术实现思路
[0007]针对，本申请提供了一种微升级单细胞液滴生成和培养方法以及培养装置，该方法以及装置可以生成微升级别的单细胞液滴并在透气性良好的管道内进行培养。可培养常见的单细胞细菌和真菌，如大肠杆菌、谷氨酸棒杆菌、植物乳杆菌、酿酒酵母、毕赤酵母，以及丝状微生物如霉菌、放线菌等。
[0008]本申请提供如下技术方案。
[0009]1、一种微升级单细胞液滴生成和培养方法，其特征在于，包括如下步骤：
[0010]进样：将油相和水相输入微流控芯片内；
[0011]制备液滴：在所述微流控芯片内油相将水相分割成多个初始液滴，所述初始液滴包含有微升级的单细胞液滴；
[0012]培养：培养所述初始液滴，得到培养后的液滴。
[0013]2、根据项1所述的方法，其特征在于，所述微流控芯片具有一条水相流道和两条油相流道，且水相流道位于两条油相之间，且相互连通，在制备液滴过程中，两条油相流道中油相将水相挤压成所述初始液滴。
[0014]3、根据项2所述的方法，其特征在于，为了生成微升级的单细胞液滴，所述水相在所述水相通道内的流速为abμL/s，每条油相通道中的油相流速为0.5abcμL/s，其中，a为所述初始液滴生成的速度，单位为个/s，b为所述初始液滴的体积，单位为μL；c为两个初始液滴之间的间隔和单个初始液滴的长度的比值。
[0015]4、根据项1所述的方法，其特征在于，所述微流控芯片具有相互连通的一条水相流道和一条油相流道，在制备液滴过程中，所述油相流道中油相将水相切割成所述初始液滴。
[0016]5、根据项4所述的方法，其特征在于，为了生成微升级的单细胞液滴，所述水相在所述水相流道内的流速为abμL/s，所述油相在所述油相流道内的流速为abcμL/s，其中，a为所述初始液滴生成的速度，单位为个/s，b为所述初始液滴的体积，单位为μL；c为两个初始液滴之间的间隔和单个初始液滴的长度的比值。
[0017]6、根据项2
‑
5任一项所述的方法，其特征在于，所述水相流道以及油相流道的横截面积均为0.1mm2‑
3mm2，优选为0.25mm2‑
1mm2。
[0018]7、根据项1所述的方法，其特征在于，所述培养后的液滴通过检测确认所述培养后的液滴中的成分。
[0019]8、根据项1所述的方法，其特征在于，所述水相为菌液，所述菌液选自大肠杆菌、谷氨酸棒杆菌、植物乳杆菌、酿酒酵母、毕赤酵母、霉菌、放线菌中的一种。
[0020]9、一种微升级单细胞液滴生成和培养装置，其特征在于，包括：进样系统、微流控芯片以及液滴培养系统，其中，
[0021]所述进样系统，用于向微流控芯片进样水相和油相；
[0022]在所述微流控芯片内油相将水相分割成多个初始液滴，所述初始液滴包含有微升级的单细胞液滴；
[0023]所述液滴培养系统，用于培养所述初始液滴。
[0024]10、根据项9所述的装置，其特征在于，所述进样系统分别与所述微流控芯片以及所述液滴培养系统连通；当所述初始液滴在所述液滴培养系统内培养结束后，所述进样系统控制所述液滴培养系统内的压强，将所述培养后的液滴驱出所述液滴培养系统。
[0025]11、根据项9所述的装置，其特征在于，所述进样系统包括储油容器、第一进样系统和第二进样系统，所述储油容器分别与所述第一进样系统以及所述第二进样系统连通，所述第一进样系统用于向所述微流控芯片输入油相，所述第二进样系统用于向所述微流控芯片输入水相。
[0026]12、根据项11所述的装置，其特征在于，所述第一进样系统包括第一动力源，所述第一动力源分别与储油容器以及微流控芯片连通；所述储油容器中的油相通过所述第一动力源进入所述微流控芯片中。
[0027]13、根据项11所述的装置，其特征在于，所述第二进样系统包括第二动力源以及进样瓶，所述第二动力源分别与储油容器和进样瓶连接，所述进样瓶还与微流控芯片连接；所述储油容本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种微升级单细胞液滴生成和培养方法，其特征在于，包括如下步骤：进样：将油相和水相输入微流控芯片内；制备液滴：在所述微流控芯片内油相将水相分割成多个初始液滴，所述初始液滴包含有微升级的单细胞液滴；培养：培养所述初始液滴，得到培养后的液滴。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述微流控芯片具有一条水相流道和两条油相流道，且水相流道位于两条油相之间，且相互连通，在制备液滴过程中，两条油相流道中油相将水相挤压成所述初始液滴。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，为了生成微升级的单细胞液滴，所述水相在所述水相通道内的流速为abμL/s，每条油相通道中的油相流速为0.5abcμL/s，其中，a为所述初始液滴生成的速度，单位为个/s，b为所述初始液滴的体积，单位为μL；c为两个初始液滴之间的间隔和单个初始液滴的长度的比值。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述微流控芯片具有相互连通的一条水相流道和一条油相流道，在制备液滴过程中，所述油相流道中油相将水相切割成所述初始液滴。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，为了生成微升级的单细胞液滴，所述水相在所述水相流道内的流速为abμL/s，所述油相在所述油相流道内的流速为abcμL/s，其中，a为所述初始液滴生成的速度，单位为个/s，b为所述初始液滴的体积，单位为μL；c为两个初始液滴之间的间隔和单个初始液滴的长度的比值。6.根据权利要求2
‑
5任一项所述的方法，其特征在于，所述水相流道以及油相流道的横截面积均为0.1mm2‑
3 mm2，优选为0.25mm2‑
1 mm2；优选地，所述水相为菌液，所述菌液中的菌选自大肠杆菌、谷氨酸棒杆菌、植物乳杆菌、酿酒酵母、毕赤酵母、霉菌、放线菌中的一种；优选地，所述培养后的液滴通过检测确认所述培养后的液滴中的成分。7.一种微升级单细胞液滴生成和培养装置，其特征在于，包括：进样系统、微流控芯片以及液滴培养系统，其中，所述进样系统，用于向微流控芯片进样水相和油相；在所述微流控芯片内油相将水相分割成多个初始液滴，所述初始液滴包含有微升级的单细胞液滴；所述液滴培养系统，用于培养所述初始液滴。8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述进样系统分别与所述微流控芯片以及所述液滴培养系统连通；当所述初始液滴在所述液滴培养系统内培养结束后，所述进样系统控制所述液滴培养系统内的压强，将所述培养后的液滴驱出所述液滴培养系统。9.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述进样系统包括储油容器、第一进样系统和第二进样系统，所述储油容器分别与所述第一进样系统以及所述第二进样系统连通，所述第一进样系统用于向所述微流控芯片输入油相，所述第二进样系统用于向所述微流控芯片输入水相；优选地，所述第一进样系统包括第一动力源，所述第一动力源分别与储油容器以及微流控芯片连通；所述储油容器中的油相通过所述第一动力源进入所述微流控芯片中；
优选地，所述第二进样系统包括第二动力源以及进样瓶，所述第二动力源分别与储油容器和进样瓶连接，所述进样瓶还与微流控芯片连接；所述储油容器中的油相通过第二动力源进入所述进样瓶内，所述进样瓶内的水相被所述油相挤压出...
【专利技术属性】
技术研发人员：张翀，剪兴金，郭肖杰，邢新会，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：
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