气动控制的镶嵌琼脂糖制造技术

本发明专利技术公开了一种气动控制的镶嵌琼脂糖

【技术实现步骤摘要】
气动控制的镶嵌琼脂糖
‑
PDMS
‑
玻璃复合微流控微生物培养芯片系统


[0001]本专利技术涉及微流控器件设计，具体涉及一种自动化气动控制的镶嵌琼脂糖
‑
PDMS
‑
玻璃复合微流控微生物培养芯片系统及其使用方法
。

技术介绍

[0002]复杂通道的微流控芯片具有广泛的应用背景，包括生物医学和分析化学领域的药物筛选
、
液体混合
、
结晶实验以及细胞培养等多种用途
。
合适的微流控芯片制作技术能够开发高效的微流控芯片，仅仅利用少量反应物就能进行高通量的生物化学实验
。
[0003]目前，微流控芯片已经能够广泛应用于细菌
、
真菌或者细胞等微生物培养生命科学实验
。
然而，这种实验目前也存在一些技术难点
。
常用的玻璃
、PMMA
或者聚二甲基硅氧烷
(PDMS)
等制作成的微流控器件具有良好的键合强度，能够进行复杂通道的流体流动实验
。
但是，这种材质对于微生物培养却存在难以附着
、
营养物质配置困难等缺点，尤其是在不断流动的环境中进行实验时极容易造成对微生物的生存环境的破坏
。
琼脂培养基作为生物医学中常用的微生物培养基材料，能够在细菌
、
真菌等微生物的培养过程中，提供细胞生长所需的营养物质，让微生物在其中生长繁殖
。/>琼脂糖凝胶制作成的能够用于微生物或者细胞培养的生物芯片，能够快速捕获
、
固定和培养微生物
。
但是，纯琼脂糖凝胶芯片具有芯片强度低
、
不易键合等缺点，琼脂糖凝胶无法保证复杂稳定的微流道结构，流体其中的扩散无法进行精确控制，而且琼脂糖凝胶与玻璃和
PDMS
无法高强度键合
。
另外，微生物培养需要的时间长，现有的技术往往需要一次又一次地单次改变量的迭代对比实验，通过自动化控制进行高通量大规模的差异化多方案实验是本领域的迫切需求和技术难点
。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于针对现有技术的不足，提供了一种自动化气动控制的镶嵌琼脂糖
‑
PDMS
‑
玻璃复合微流控微生物培养芯片系统
。
自动化精确操控在复杂通道内进行长周期的微生物培养是生化工程中的迫切需求，然而现有的琼脂糖芯片存在键合不牢固
、
药物自动扩散
、
不易控制等缺点，而纯
PDMS
或者玻璃芯片又无法进行长周期的微生物培养
。
本专利技术通过在玻璃片上打孔并镶嵌琼脂糖，同时配合以高效牢固的微流控芯片键合技术，并通过气动控制层和弹性薄膜，对镶嵌琼脂糖液路层中的特定流体通路进行开关，进而实现自动化控制多方案组合微生物培养的功能
。
本专利技术设计镶嵌琼脂糖
‑
PDMS
‑
玻璃复合微流控微生物培养芯片，能够根据预设的多种液体培养微生物的方案，精确控制实现大规模的不同液体依赖性微生物培养实验
。
提供了一种能够在复杂流动微通道条件下进行微生物培养的复合芯片，该芯片兼具了
PDMS、
玻璃等传统微流控芯片化学性能稳定
、
通道结构稳定以及键合强度高的优势和琼脂糖对于微生物培养的独特优势
。
另外，该芯片通过配合使用实现自动化气动控制的实验系统，实现自动化控制高通量复杂通道微流控芯片内的多方案组合给药和微生物培养的功能
。
[0005]本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：
[0006]根据本说明书的第一方面，提供一种气动控制的镶嵌琼脂糖
‑
PDMS
‑
玻璃复合微流控微生物培养芯片系统，包括镶嵌琼脂糖
‑
PDMS
‑
玻璃复合微流控微生物培养芯片，以及与所述芯片配合使用实现自动化气动控制的实验系统；
[0007]所述镶嵌琼脂糖
‑
PDMS
‑
玻璃复合微流控微生物培养芯片自上而下包括气动控制层
、
弹性薄膜
、
镶嵌琼脂糖液路层和底板层；所述气动控制层
、
弹性薄膜与镶嵌琼脂糖液路层内反应室具有匹配关系；所述气动控制层
、
弹性薄膜
、
镶嵌琼脂糖液路层之间通过等离子处理法进行键合；所述镶嵌琼脂糖液路层和底板层通过贴合对齐法进行键合；所述气动控制层
、
弹性薄膜和底板层为
PDMS
材质；
[0008]所述实验系统包括显微镜
、
高速摄像机
、
电脑
、
微流体注射泵
、
阀门控制器
、
气动控制阀
、
空气压缩机以及相关的管路和接口，通过编程控制进行有计划地调整气动控制层开关阀，能够实现自动化控制的多方案组合微生物培养实验；
[0009]所述镶嵌琼脂糖液路层作为所设计复杂流动通道微流控芯片的载体，控制流体的流动方式，该层通过在玻璃片的上表面刻蚀非贯穿的微流体通道作为液路，在微生物培养反应室部分进行激光贯穿打孔以及镶嵌琼脂糖制成，反应室呈圆形，排布呈现密布的阵列结构，镶嵌琼脂糖液路层上反应室位置不相切或者重叠，对应镶嵌琼脂糖液路层的打孔位置不相切或者重叠，且不同反应室之间保留
0.1mm
以上的间距供气路设计，并且能保证流动过程中相邻孔之间不会发生液体扩散；
[0010]所述气动控制层为互不连通的多气路结构，每条气路包括入口
、
开关阀和气路连通通道，气路入口在反应室阵列之外，每条气路通过气路连通通道连接一个或多个开关阀，气路连通通道为宽度小于
1mm
的矩形截面直通道或折线形通道，开关阀布置于密布的反应室阵列结构之上，并且每个开关阀与镶嵌琼脂糖液路层中的微生物培养反应室位置相匹配；气路连通通道在反应室阵列外的结构呈现放射状，不同气路结构的长度不同以保证气路入口错落分布互不干扰；当每条气路布置一个开关阀时，气路连通通道为截面为四边形的直通道，当气路连通通道连接多个开关阀时，气路连通通道为截面为四边形的折线通道，在反应室阵列内同一条气路上的开关阀连成一条直线，其中的多条气路开关阀直线相互平行且开关阀数量相等，这样布置能够形成定量对比；气动控制层开关阀呈圆形或者方形但是面积要等于或略大于微生物培养反应室，开关阀必须全部覆盖微生物培养反应室；
[0011]所述气动控制层和镶嵌琼脂糖液路层之间通过弹性薄膜进行连接，所述弹性薄膜能够根据气动控制层注入
/
吸出气体产生的正负压而对相应的开关阀进行关闭
/
开启，气动控制阀本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种气动控制的镶嵌琼脂糖
‑
PDMS
‑
玻璃复合微流控微生物培养芯片系统，其特征在于，包括镶嵌琼脂糖
‑
PDMS
‑
玻璃复合微流控微生物培养芯片，以及与所述芯片配合使用实现自动化气动控制的实验系统；所述镶嵌琼脂糖
‑
PDMS
‑
玻璃复合微流控微生物培养芯片自上而下包括气动控制层
、
弹性薄膜
、
镶嵌琼脂糖液路层和底板层；所述气动控制层
、
弹性薄膜与镶嵌琼脂糖液路层内反应室具有匹配关系；所述气动控制层
、
弹性薄膜
、
镶嵌琼脂糖液路层之间通过等离子处理法进行键合；所述镶嵌琼脂糖液路层和底板层通过贴合对齐法进行键合；所述气动控制层
、
弹性薄膜和底板层为
PDMS
材质；所述实验系统包括显微镜
、
高速摄像机
、
电脑
、
微流体注射泵
、
阀门控制器
、
气动控制阀和空气压缩机，通过有计划地调整气动控制层开关阀，能够实现自动化控制的多方案组合微生物培养实验；所述镶嵌琼脂糖液路层控制流体的流动方式，该层通过在玻璃片的上表面刻蚀非贯穿的微流体通道作为液路，在微生物培养反应室部分进行激光贯穿打孔以及镶嵌琼脂糖制成，反应室呈圆形，排布呈现密布的阵列结构，镶嵌琼脂糖液路层上反应室位置不相切或者重叠，对应镶嵌琼脂糖液路层的打孔位置不相切或者重叠，且不同反应室之间保留
0.1mm
以上的间距供气路设计，并且能保证流动过程中相邻孔之间不会发生液体扩散；所述气动控制层为互不连通的多气路结构，每条气路包括入口
、
开关阀和气路连通通道，气路入口在反应室阵列之外，每条气路通过气路连通通道连接一个或多个开关阀，气路连通通道为宽度小于
1mm
的矩形截面直通道或折线形通道，开关阀布置于密布的反应室阵列结构之上，并且每个开关阀与镶嵌琼脂糖液路层中的微生物培养反应室位置相匹配；气路连通通道在反应室阵列外的结构呈现放射状，不同气路结构的长度不同以保证气路入口错落分布互不干扰；当每条气路布置一个开关阀时，气路连通通道为截面为四边形的直通道，当气路连通通道连接多个开关阀时，气路连通通道为截面为四边形的折线通道，在反应室阵列内同一条气路上的开关阀连成一条直线，其中的多条气路开关阀直线相互平行且开关阀数量相等，这样布置能够形成定量对比；控制层开关阀呈圆形或者方形但是面积要等于或略大于微生物培养反应室，开关阀必须全部覆盖微生物培养反应室；所述气动控制层和镶嵌琼脂糖液路层之间通过弹性薄膜进行连接，所述弹性薄膜能够根据气动控制层注入
/
吸出气体产生的正负压而对相应的开关阀进行关闭
/
开启，气动控制阀的关闭
/
开启决定镶嵌琼脂糖微生物培养反应室与液路结构的连通性；所述底板层用于承载芯片并且在镶嵌琼脂糖液路层的玻璃片层和底板层之间涂覆微生物；所述实验系统的连接方式为：镶嵌琼脂糖
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PDMS
‑
玻璃复合微流控微生物培养芯片的镶嵌琼脂糖液路层入口通过四氟毛细管连接微流体注射泵，出口通过四氟毛细管连接废液池，气动控制层通过四氟管依次连接气动阀
、
阀门控制器
、
空气压缩机，同时阀门控制器与电脑连接，镶嵌琼脂糖
‑
PDMS
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玻璃复合微流控微生物培养芯片放置于显微镜载物台上提供观察和数据采集，显微镜连接高速摄像机和电脑
。2.
根据权利要求1所述的一种气动控制的镶嵌琼脂糖
‑
PDMS
‑
玻璃复合微流控微生物培养芯片系统，其特征在于：在镶嵌琼脂糖液路层上设计复杂微流体通道用于高通量流体输送，该通道结构需要包括通道入口
、
通道出口和用于微生物培养的反应室，该层基质材质使
用玻璃片，在用于微生物培养反应室的对应位置对玻璃片贯穿打孔，并且孔径与反应室直径相等或者略小于反应室直径，其他微流体通道部分采用激光法或者化学溶蚀法刻蚀而成，但不贯穿玻璃片
。3.
根据权利要求1所述的一种气动控制的镶嵌琼脂糖
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PDMS
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玻璃复合微流控微生物培养芯片系统，其特征在于：所述镶嵌琼脂糖液路层的微生物培养反应室的对应位置对玻璃片贯穿打孔后，贯穿孔内镶嵌琼脂糖水凝胶，其他微流体通道部分不添加琼脂糖水凝胶
。4.
根据权利要求1所述的一种气动控制的镶嵌琼脂糖
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PDMS
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玻璃复合微流控微生物培养芯片系统，其特征在于：所述底板层是一层均匀干净的
PDMS
薄平板，不布置任何流动通道，将需要培养的微生物涂覆于镶嵌琼脂糖液路层的没有刻蚀微流体通道的玻璃片下...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡国庆，綦新磊，尚兴隆，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：