本发明专利技术涉及一种细胞培养装置，包括微井芯片、三维操作平移台以及至少一块微流芯片，微流芯片包括至少一个微流层，每个微流层中具有至少一条微流通道并且微流芯片具有的微流通道的总数大于或等于2，至少两条微流通道的出口之间的距离小于微井芯片上一个微井的尺寸，上述至少两条微流通道构成一个微流通道组，所述微流通道组中至少有一条微流通道中液体的流动方向与其他微流通道中液体的流动方向相反；每一个微流通道的入口都与一台液体驱动装置相连，通过所述液体驱动装置驱动液体在微流通道里流动。采用本发明专利技术的细胞培养装置可以实现高通量、自动化的细胞培养操作。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种细胞培养装置及其应用，特别涉及一种可替代传统液体操作工作站的廉价、低消耗、高通量的细胞培养装置。
技术介绍
基于细胞的高通量实验在细胞的生物化学研究、药物研发、单细胞研究及组织工程学等众多领域有着广泛应用。缩小这些大批量实验的反应体积不仅可以减少耗材和试剂的消耗，而且能够产生更少的废液。为适应这种需求，高密度孔板和阵列反应器越来越多地被运用到高通量细胞实验中。虽然近年来已经发展了细胞的定位播种和定位收获技术，但是其他自动化的液体样品操作，尤其是单孔分辨率的液体操作，如对孔板上单个孔的细胞换液、细胞刺激的添加和去除等，仍然只能依赖于价格昂贵的液体操作工作站。使用微流芯片技术不仅可以将细胞培养在纳升、皮升体积的独立培养室中，而且能够对细胞培养环境实现精确控制，这些特点使微流芯片成为了高通量细胞培养的理想平台。然而，为同时实现高通量实验和单个反应室的独立控制，微泵、微阀等功能元件需要被高密度的集成到一块微流芯片上，这就大大增加了芯片制作的难度。此外，微泵、微阀的驱动部件如压缩空气、连接管路、电路控制部分、电磁阀等体积庞大，这就导致芯片上的细胞培养很难在传统培养箱内进行。虽然近年来数字微流芯片已经应用在细胞实验中，但其通量有限，且因需要制作电极而导致加工工艺复杂。
技术实现思路
本专利技术的目的正是为了解决现有技术中细胞培养通量低、劳动密集、消耗大、成本高的问题，提供了一种细胞培养装置，该系统可高通量地实现细胞培养的全套操作，采用一个优选的实施方式，细胞可以被均匀地播种到12X8个容积约为300纳升的微井中并培养48小时，每8小时更换培养液一次，并可实现对任意孔中细胞的传代、转染以及固定染色。本专利技术的优点在于I.高通量。传统方法一般用96孔板、384孔板，用本专利技术的方法很容易做到30 X 30、50 X 50、η X m个孔(井)，η和m都可根据实际需要选择。2.自动化。液体驱动装置和三维平移台都由程序自动控制。3.消耗少。每个微孔(微井)的工作体积在100纳升到500纳升。4.芯片可随意设计，制作简单。可根据需要随意设计管道数目和微井数目、间隔，可对任意微孔(微井)进行操作。5.成本低。只需三维平移台和蠕动泵等常规的液体驱动装置，与商业化仪器相比造价低廉。进行换液等操作时对细胞伤害小。传统的微量细胞培养中，换液操作先将原有培养液全部去除，再加入新培养液，这就意味着加入新培养液前只有少量培养液覆盖在细胞上，这一方面增加了培养液蒸发导致细胞暴露在空气中的可能性，另一方面增加了液面滑过细胞表面时对细胞造成的剪切力。使用本专利技术提供的细胞培养装置进行换液，可以先导出微井中部分原有培养液，再加入等量新培养液(或者在导出原培养液的同时注入等量新培养液)，并循环多次，这就保证了整个换液过程中细胞都浸没在培养液中，而且液体操作都是对细胞表面以上的液体进行，从而减少了对细胞的伤害。本专利技术中的“芯片”与通常本领域所定义的芯片概念相同，其外观为厚度均一的平整片状物体，最常见的形状为长方形或正方形。本专利技术中的“微流层”是一个空间的概念，常见的微流芯片具有长、宽、厚三个维度，在“厚”这个维度上可以划分为若干“层”，其中每一层内部的所有微流通道都是完整的(即该层内的微流通道除出口和入口外都在该层的空间以内)。层与层之间可以是一个整 体，也可以有物理间隔。本专利技术采用的技术方案如下。一种能代替液体操作工作站的细胞培养装置，包括微井芯片、三维平移台以及至少一块微流芯片，所述微流芯片包括至少一个微流层，每个微流层中具有至少一条微流通道并且微流芯片具有的微流通道的总数大于或等于2，所述微流通道在微流芯片上具有两个开口，其中一个开口作为微流入口，另外一个开口为微流出口，且除入口、出口外，微流通道的其他部分都在微流层内部；至少有两条微流通道的出口之间的距离小于微井芯片上一个微井的尺寸，这样，所述至少两条微流通道就可以同时对同一个微井中的液体进行操作了。上述至少两条微流通道构成一个微流通道组，所述微流通道组中至少有一条微流通道中液体的流动方向与其他微流通道中液体的流动方向相反，这样设计是为了利用同一个微流通道组中的微流通道同时对同一个微井中的液体进行注入和导出操作；每一个微流通道的入口都与一台液体驱动装置相连，通过所述液体驱动装置驱动液体在微流通道里流动；所述微井芯片具有至少两个微井，微井的尺寸大于微流通道组中所有微流通道截面尺寸之和，以保证操作时微流通道组中所有的微流出口都能同时位于微井内部。为避免歧义，对上述“尺寸”的含义说明如下微井的“尺寸”指的是微井周边沿上的任意两点之间的距离的最大值；微流通道截面“尺寸”指的是微流通道截面周边沿上任意两点之间的距离的最大值。采用上述技术方案便可以解决现有技术中最令人头痛的技术问题如何在进行换液等操作时尽量避免对微井中的细胞造成伤害。如前所述，传统的微量细胞培养中，换液操作先将原有培养液全部去除，再加入新培养液，这就意味着加入新培养液前只有少量培养液覆盖在细胞上，这一方面增加了培养液蒸发导致细胞暴露在空气中的可能性，另一方面增加了液面滑过细胞表面时对细胞造成的剪切力，从而不可避免地会对细胞造成伤害。而使用上述细胞培养装置进行换液，可以利用三维平移台控制微流芯片与微井芯片的相对位置，使得同一个微流通道组中的所有微流通道的出口都同时与同一个微井中的液体接触，通过某一条或几条微流通道先导出微井中部分原有培养液，再通过其他的(一条或几条)微流通道加入等量新培养液(或者在导出原培养液的同时注入等量新培养液)，并循环多次，这就保证了整个换液过程中细胞都浸没在培养液中，而且液体操作都是对细胞表面以上的液体进行，从而减少了对细胞的伤害。优选的，所述微流芯片具有两个微流层，两个微流层中微流通道的数目相同，每一个微流通道都与另外一个微流层中的一个微流通道构成一个微流通道组，所有的微流出口都分布在微流芯片的同一个侧边上。具有这样结构的微流芯片是最常用的，通常能满足大部分情况下的需求。通过设置两个来自不同微流层中的微流通道组成微流通道组，可以使得两个微流出口足够接近，例如可以将它们的出口设定在位于垂直于微流芯片的同一条直线上，两个出口之间只相隔一个将它们分开的薄层。若两个微流层分别称为第一微流层和第二微流层，则可以通过选择或设置液体驱动装置，使得第一微流层中微流通道内的液体在液体驱动装置的驱动下注入微井，而第二微流层中的微流通道在液体驱动装置的驱动下将微井中的液体导出。优选地，可以将微流层的厚度设置得比较薄，这样可以使微流芯片适于较少量液体的操作。具体的厚度可以根据实际应用时的需要来确定，太厚的微流芯片在进行液体操作时容易沾到微流出口处的液体。一般来说，在nL-μ L的量级上，可以将微流层的厚度设置为小于或等于1_，优选小于或等于500 μ m，更优选小于或等于300 μ m。优选地，微流芯片的微流出口处向外突起为楔形，微流通道的出口位于楔形的尖端上。这样设置的好处可以参照附图2进行简单地说明如图2(a)所示，微流出口处向外突起为楔形，微流通道的出口位于楔形的尖端，这样进行液体操作的时候，液体样品不会沾到微流芯片的侧边，从而避免了样品的浪费和污染。 优选地，微流出口表面为疏水材料，微井芯片的微井内表面为亲水材料。本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种细胞培养装置，包括微井芯片、三维平移台以及至少一块微流芯片，其特征在于所述微流芯片包括至少一个微流层，每个微流层中具有至少一条微流通道并且微流芯片具有的微流通道的总数大于或等于2，所述微流通道在微流芯片上具有两个开口，其中一个开口作为微流入口，另外一个开口为微流出口，且除入口、出口外，微流通道的其他部分都在微流层内部；至少两条微流通道的出口之间的距离小于微井芯片上一个微井的尺寸，上述至少两条微流通道构成一个微流通道组，所述微流通道组中至少有一条微流通道中液体的流动方向与其他微流通道中液体的流动方向相反；每一个微流通道的入口都与一台液体驱动装置相连，通过所述液体驱动装置驱动液体在微流通道里流动；所述微井芯片具有至少两个微井，微井的尺寸大于微流通道组中所有微流通道截面尺寸之和。2.根据权利要求I所述的细胞培养装置，其特征在于所述微流芯片具有两个微流层，两个微流层中微流通道的数目相同，每一个微流通道都与另外一个微流层中的一个微流通道构成一个微流通道组，所有的微流通道出口都分布在微流芯片的同一个侧边上。3.根据权利要求I或2所述的细胞培养装置，其特征在于微流层的厚度小于或等于Imm,优选小于或等于500 μ m,更优选小于或等于300 μ m。4.根据权利要求1-3的任一项所述的细胞培养装置，其特征在于微流芯片的微流通道出口处向外突起为楔形，微流通道的出口位于楔形的尖端上。5.根据权利要求1-4的任一项所述的细胞培养装置，其特征在于微流通道出口表面为疏水材料，微井芯片的微井内表面为亲水材料。6.根据权利要求1-5的任一项所述的细胞培养装置，其特征在于微流芯片最外面的两个微流层外面各设置一个不包括任何微流通道的厚层，所述厚层厚度的设定以容易制作以及容易固定在三维平移台上为宜，例如设定为大于或等于1mm，优选大于或等于5mm，更优选大于或等于10mm，所述厚层不覆盖到离微流出口 Xmm的范围内，X的大小以厚层不影响到微流层的液体分配为宜，例如X = 1、2或5。7.根据权利要求1-6的任一项所述的细胞培养装置，其特征在于同一个微流层中的微流通道的出口等间距排列，微井芯片上的微井数目大于或等于4，排列成至少两行，同一行中的微井等间距排列，且同一行中相邻微井之间的距离等于微流芯片上两个相邻微流通道出口之间的距离的l/η或η倍，η为大于或等于I的正整数。8.根据权利要求7所述的细胞培养装置，其特征在于微井芯片上的微井数目大于或等于8，且任意两个相邻微井之间的距离都相等。9.根据权利要求1-8的任一项所述的细胞培养装置，其特征在于微流通道的横截面积为I平方微米-2平方...
【专利技术属性】
技术研发人员：黄岩谊，庞玉宏，周莹，
申请(专利权)人：北京大学，
类型：发明
国别省市：
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