[發(fā)明專利]微流控微生物培養(yǎng)檢測芯片

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210492103.5
• 申請日: 2012-11-28
• 公開（公告）號: CN103834554A
• 公開（公告）日: 2014-06-04
• 發(fā)明（設計）人: 陳立桅;甘明哲
• 申請（專利權）人: 中國科學院蘇州納米技術與納米仿生研究所
• 主分類號: C12M1/00
• 分類號: C12M1/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發(fā)明屬于微流控領域，特別是涉及一種微流控微生物培養(yǎng)檢測芯片。

背景技術

通過微生物篩選獲得高性能菌株，是提高工業(yè)微生物生產水平的重要環(huán)節(jié)。傳統(tǒng)的微生物篩選主要是在搖瓶中進行的，包括微生物懸浮培養(yǎng)和培養(yǎng)液檢測兩個主要步驟。通過將每個菌株接入搖瓶中進行懸浮培養(yǎng)，繼而對搖瓶中的培養(yǎng)液進行物質檢測，從而確定菌株的性能，從中挑選出優(yōu)良的菌株。每批篩選往往需用數十上百個搖瓶進行試驗。即便如此，搖瓶篩選數量仍遠低于待篩選的菌株數量，這直接導致了篩選過程勞動強度大，篩選效率低。另外，篩選過程還會消耗大量的培養(yǎng)基及其他試劑；需要占用較大的培養(yǎng)和操作空間等等。

應用微流控芯片進行微生物懸浮培養(yǎng)和培養(yǎng)液檢測，可以有效避免產生上述問題。微流控技術是上世紀九十年代在分析化學領域發(fā)展起來的，它以微管道網絡微結構特征，通過微加工技術將微管道、微泵、微閥、微儲液器、微檢測元件等功能元器件像集成電路一樣，集成在芯片材料上。微流控技術具有極高的效率，由于結構微小，很容易在芯片上一次集成數十上百個微生物培養(yǎng)檢測單元，篩選效率得以提高；培養(yǎng)液及其他藥品的消耗也可大幅減少，從而降低篩選成本；微流控芯片的體積小，可以減少培養(yǎng)箱的使用量，降低微生物培養(yǎng)的所需空間和設備限制；微流控芯片可以進行批量加工生產及預處理（如清洗、滅菌等），成為一次性試驗耗材，這樣不僅可以降低芯片的制造成本，可以減少試驗準備的工序，最終降低篩選工作的勞動強度。

目前國內外能夠進行微生物懸浮培養(yǎng)及培養(yǎng)液檢測的微流控芯片還很少，已報道的芯片還存在通量低、加工復雜、通用性不高等問題，離微生物篩選應用尚有一段距離。

2002年Todd?Thorsen,?et?al.報道了一種微流控光學比較芯片（Science?298,?580?(2002)；?DOI:?10.1126/science.1076996）。該芯片含有256個反應單元，每個單元包括一個容納細菌的腔室和一個容納顯色液的腔室，兩腔室間有一微閥相隔。進樣完成后，打開微閥使細菌與顯色液接觸發(fā)生反應，檢測產生的熒光信號就可以判斷細菌是否表達特定蛋白。該芯片雖然檢測通量很高，但是由于芯片中無法進行懸浮培養(yǎng)使細胞增殖，僅用于個別細菌的篩選，無法用于多樣化的微生物篩選目標，通用性不高。

2005年Nicolas?Szita?報道了一種多通道微流控微反應芯片（DOI:?10.1039/b504243g）。該芯片集成了4個反應腔，每個腔體中有微型攪拌槳用于實現微生物懸浮培養(yǎng)，并且安裝了兩個貼片傳感器實現對培養(yǎng)液pH和溶氧含量的檢測。該芯片雖然能夠實現微生物懸浮培養(yǎng)，并檢測培養(yǎng)液中pH和溶氧濃度，但是由于單個反應腔的體積較大，約數百微升，同時需要加工微型攪拌槳，集成貼片傳感器，制作工藝復雜，很難大幅提高芯片單元數量。

中國專利第CN201110316751.0和CN201110142095.7號分別公開了一種微流控細胞懸浮培養(yǎng)芯片，該兩件專利中提及的芯片可以實現上百通道的微生物批量平行化懸浮培養(yǎng)。然而，該芯片僅能通過細胞計數的方法確定培養(yǎng)液中的細胞數量，缺乏培養(yǎng)液檢測結構，無法對培養(yǎng)液中特定成分的濃度進行測定。

有鑒于此，有必要提供一種新型的微流控芯片，以同時實現微生物或細胞的懸浮培養(yǎng)以及培養(yǎng)液的檢測。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的提供一種微流控微生物培養(yǎng)檢測芯片，不僅可以實現微生物或細胞的懸浮培養(yǎng)，同時可以實現培養(yǎng)液中特定成分的檢測。

為實現上述目的，本發(fā)明提供如下技術方案：

一種微流控微生物培養(yǎng)檢測芯片，包括層疊設置的培養(yǎng)層、彈性隔膜層和驅動層，所述彈性隔膜層位于所述培養(yǎng)層和驅動層之間，其中，所述培養(yǎng)層上分布有一個以上的培養(yǎng)檢測單元，每個培養(yǎng)檢測單元包括環(huán)形的培養(yǎng)溝道以及與所述培養(yǎng)溝道相連通的檢測溝道，所述驅動層上分布有循環(huán)驅動溝道和檢測驅動溝道，其中，所述循環(huán)驅動溝道位于所述培養(yǎng)溝道的上方且與所述培養(yǎng)溝道形成交叉，并驅動所述培養(yǎng)溝道中的培養(yǎng)液循環(huán)流動；所述檢測驅動溝道包括至少兩個驅動溝道且均位于所述檢測溝道的上方并與所述檢測溝道形成交叉。

作為本發(fā)明的進一步改進，所述培養(yǎng)檢測單元還包括顯色液注入通道，該顯色液注入通道連通于所述培養(yǎng)溝道或檢測溝道，所述檢測驅動溝道位于所述循環(huán)驅動溝道和顯色液注入通道之間。

作為本發(fā)明的進一步改進，所述顯色液注入通道呈Z形。

作為本發(fā)明的進一步改進，所述驅動層上還分布有第三驅動溝道，該第三驅動溝道分別與所述顯色液注入通道和檢測通道形成交叉。