本发明专利技术公开了一种微流控微生物二维悬浮培养芯片，包括一个以上培养单元，每一培养单元包括层叠的培养层、弹性隔膜层和驱动层；该培养层上分布有环形闭合培养沟道回路，该回路与设置在芯片上的进、出液口连通；该驱动层上分布有若干线形驱动沟道，每一驱动沟道内均按设定时序通入驱动流体，且每一驱动沟道均从培养沟道回路上方或下方穿过，并与该回路的两个不同选定区域交叉，通过调整被驱动沟道穿越区域内培养沟道的宽度、深度、数量或在培养沟道内设置阻碍弹性膜向下形变的结构，进而在同一层面驱动液流单向运动。本发明专利技术能以少量的驱动管道和外接口驱动多个培养单元的培养液流，提高单位芯片面积上培养单元的数量，实现微生物的大量平行培养。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种生物芯片，尤其涉及一种微流控微生物二维悬浮培养芯片，其可实现以少量驱动沟道驱动多个相同大小的培养腔中液体循环流动，并保持流速应基本相同。
技术介绍
现有的高通量微流控细胞培养芯片尚无法满足工业发酵中菌种培养要求。发酵工业最主要的液体发酵方式是深层发酵，即施加外力使微生物的菌体细胞均勻分散在液体培养基中进行悬浮培养，以促进营养物质吸收和代谢物及时分散，达到菌体或代谢物高产的目的。工业上主要通过发酵罐内的搅拌桨或空气动力，实现菌体悬浮培养。然而微流控芯片中很难引入相应的混合装置。不仅制作微型搅拌桨十分困难，而且微小的液体培养体系因蒸发、表面张力等原因，也无法实现气升式循环混合。微流控培养芯片目前主要用于动物及人的细胞培养。细胞贴附在芯片培养室内壁，向芯片中注入培养基即可实现培养，芯片中缺乏培养液混合结构，因此不适用于悬浮培养工业微生物。目前世界范围内用微流控芯片进行微生物悬浮培养的研究尚很少报道，目前可以见诸于文献主要有如下数例(1) 2005年N等人报道的一种用于微生物平行发酵的四通道微反应器，其可用于大肠杆菌的培养发酵，但该芯片培养室直径较大、搅拌桨加工安装也较为复杂，培养单元数量的提升空间比较有限，制作难度大(Szita，N., et al.，Development of a multiplexed microbioreactor system for high-throughput bioprocessing. Lab on a Chip, 2005. 5(8) : p. 819-826. ) ； (2) 2005 年 Groisman· A等人报道的一种多通道的微流控微生物培养装置，该装置的培养单元多达340个，但其缺乏菌液混合结构，仅能静置培养，菌体无法在培养液中充分分散，未能实现真正意义上的悬浮培养，菌体生长状态与悬浮培养条件下的相差很大(Groisman，Α., et al. , A microfluidic chemostat for experiments with bacterial and yeast cells. , Nature Methods, 2005. 2(9) : p. 685-689) ; (3) 2005 年 Balagadd6. FK 等报道的一种六通道的细菌培养芯片，该芯片包含六个独立的环状管道培养单元，每个单元容积16 nL，集成了气动微泵用于驱动菌流循环混合，其可连续运行500h以上(Balagadde，F. K., et al., Long-term monitoring of bacteria undergoing programmed population control in a microchemostat. ,Science, 2005. 309(5731) : p. 137-140)。尽管如此，由于芯片上仅集成六个单元，培养单元占用空间较大，单元数量提升空间十分有限，且控制管路复杂繁多， 距高通量菌种筛选应用尚有一段距离。因此，总体来看，目前已报道的用于微生物悬浮培养的微流控芯片尚存在重复单元少，培养单元空间占用面积大，缺乏有效的混合装置，难以阵列化等不足，还不能满足高通量微生物菌种筛选的要求
技术实现思路
本专利技术的目的在于提出一种能以少量的驱动管道和外接口驱动多个培养单元的培养液流，从而提高单位芯片面积上培养单元的数量，实现微生物大量平行培养的微流控微生物二维悬浮培养芯片，进而克服现有技术中的不足。为实现上述专利技术目的，本专利技术采用了如下技术方案一种微流控微生物二维悬浮培养芯片，包括一个以上培养单元，其特征在于 每一培养单元包括层叠设置的培养层和驱动层，培养层和驱动层之间设有弹性隔膜层所述培养层上分布有环形闭合培养沟道回路，所述培养沟道回路与设置在所述芯片上的进液口和出液口连通；所述驱动层上分布有两根以上线形驱动沟道，每一驱动沟道的两端均与培养单元外部连通，且每一驱动沟道内均按设定时序通入驱动流体；又及，每一驱动沟道均从所述培养沟道上方或下方穿过，并与培养沟道上的两个不同选定部位形成交叉；并且，在所有培养沟道与驱动沟道交叉处之中至少有两个交叉处的培养沟道具有不同有效宽度和/或有效深度，从而使得在所有培养沟道与驱动沟道交叉处的弹性隔膜在驱动流体作用下发生形变时，对各交叉处的培养沟道内培养液产生的侧向驱动力的合力足以驱动培养沟道内的培养液流单向循环流动；所述有效宽度和有效深度分别指在培养沟道与驱动沟道交叉处的弹性隔膜受挤压时可进入培养沟道的最大宽度值和最大深度值。优选的，所述两根以上线形驱动沟道并列平行分布在所述驱动层上，其进液口均位于芯片同一侧，且各驱动沟道与培养沟道形成的所有交叉中，位于该芯片同一侧的各交叉处的培养沟道的宽度均小于或大于位于芯片另一侧的交叉处的培养沟道的宽度。尤为优选的，所述两根以上线形驱动沟道并列平行分布在所述驱动层上，其进液口均位于芯片同一侧，且各驱动沟道与培养沟道形成的所有交叉中，位于该芯片同一侧的各交叉处的培养沟道的有效深度均小于或大于位于芯片另一侧的交叉处的培养沟道的有效深度。进一步的，至少在位于芯片相同一侧的，各驱动沟道与培养沟道形成的交叉处的培养沟道中分布有支撑体，所述支撑体包括自培养沟道底部向上延伸的突出部和/或设置于培养沟道上端和下端之间的水平支撑件，所述突出部的高度低于培养沟道上端面或与之平齐，所述水平支撑件的直径小于培养沟道深度。所述水平支撑件包括平行分布的复数根水平支撑柱。作为另一种优选的实施方案，该微流控微生物二维悬浮培养芯片包括一个以上培养单元，其特征在于每一培养单元包括层叠设置的培养层和驱动层，培养层和驱动层之间设有弹性隔膜层所述培养层上分布有一主培养沟道和一组分支培养沟道，所述主培养沟道和分支培养沟道串接形成闭合培养沟道回路，该培养沟道回路与设置在所述芯片上的进液口和出液口连通，该一组分支培养沟道包括两条平行设置的分支培养沟道，该两条分支培养沟道的两端分别与所述主培养沟道两端连接形成一分支回路；所述驱动层上分布有两根以上线形驱动沟道，每一驱动沟道的两端均与培养单元外部连通，且每一驱动沟道内均按设定时序通入驱动流体；又及，每一驱动沟道均从该两条分支培养沟道及该主培养沟道上方或下方穿过，并与该两条分支培养沟道及该主培养沟道上的选定部位形成交叉；并且，所述分支培养沟道与主培养沟道具有不同有效宽度和/或有效深度，从而使得在所有主培养沟道及分支培养沟道与驱动沟道交叉处的弹性隔膜在驱动流体作用下发生形变时，对各交叉处的培养沟道内培养液产生的侧向驱动力的合力足以驱动培养沟道回路内的培养液流单向循环流动；所述有效宽度和有效深度分别指在弹性隔膜受挤压时可进入培养沟道的最大宽度值和最大深度值。具体而言，所述两条分支培养沟道的结构相同，且所述分支培养沟道的宽度和/ 或深度均小于主培养沟道。作为又一种优选的实施方案，该微流控微生物二维悬浮培养芯片包括一个以上培养单元，其特征在于每一培养单元包括层叠设置的培养层和驱动层，培养层和驱动层之间设有弹性隔膜层所述培养层上分布有二条主培养沟道和二组分支培养沟道，所述主培养沟道和分支培养沟道串接形成闭合培养沟道回路，该培养沟道回路与设置在所述芯片上的进液口和出本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种微流控微生物二维悬浮培养芯片，包括一个以上培养单元，其特征在于：每一培养单元包括层叠设置的培养层和驱动层，培养层和驱动层之间设有弹性隔膜层：所述培养层上分布有环形闭合培养沟道回路，所述培养沟道回路与设置在所述芯片上的进液口和出液口连通；所述驱动层上分布有两根以上线形驱动沟道，每一驱动沟道的两端均与培养单元外部连通，且每一驱动沟道内均按设定时序通入驱动流体；又及，每一驱动沟道均从所述培养沟道上方或下方穿过，并与培养沟道上的两个不同选定部位形成交叉；并且，在所有培养沟道与驱动沟道交叉处之中至少有两个交叉处的培养沟道具有不同有效宽度和／或有效深度，从而使得在所有培养沟道与驱动沟道交叉处的弹性隔膜在驱动流体作用下发生形变时，对各交叉处的培养沟道内培养液产生的侧向驱动力的合力足以驱动培养沟道内的培养液流单向循环流动；所述有效宽度和有效深度分别指在培养沟道与驱动沟道交叉处的弹性隔膜受挤压时可进入培养沟道的最大宽度值和最大深度值。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：陈立桅，甘明哲，
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：32
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。