[發(fā)明專利]微流控微生物培養(yǎng)芯片

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210572699.X
• 申請(qǐng)日: 2012-12-26
• 公開（公告）號(hào): CN103897978B
• 公開（公告）日: 2017-06-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳立桅;甘明哲;湯云芳
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所
• 主分類號(hào): C12M1/00
• 分類號(hào): C12M1/00;C12M1/04
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于微流控領(lǐng)域，特別是涉及一種能夠在特定或多種溶解氧濃度條件下進(jìn)行微生物培養(yǎng)的微流控芯片。

背景技術(shù)

對(duì)于液體中培養(yǎng)的微生物來說，溶解氧是一個(gè)很重要的環(huán)境因素。不同的微生物及其不同生長階段對(duì)氧的需求是不同的。溶解氧一方面會(huì)通過影響與呼吸鏈有關(guān)的能量代謝，從而影響微生物生長，另一方面也會(huì)通過影響酶活性或直接參與物質(zhì)代謝，進(jìn)行影響微生物代謝活性。因此研究溶解氧濃度對(duì)微生物的影響，采用合適的溶解氧控制方法，對(duì)于促進(jìn)溶液中微生物生長，提高微生物產(chǎn)品的生產(chǎn)效率而言是十分必要的。

傳統(tǒng)微生物培養(yǎng)通常是在發(fā)酵罐或搖瓶中進(jìn)行的。采取的溶解氧濃度控制方式主要是向控制溶液中空氣通入量或是對(duì)溶液進(jìn)行一定轉(zhuǎn)速的攪拌、振蕩，以確保溶液中的溶解氧濃度。然而，在芯片上進(jìn)行微生物懸浮培養(yǎng)時(shí)，很難通過上述的傳統(tǒng)方法來控制微量溶液中的溶解氧濃度，傳統(tǒng)直接通氣的方法加速液體揮發(fā)，使微量的培養(yǎng)液迅速揮干，而攪拌和振蕩的方法也由于芯片中液體體積微小，黏性力較大而無法用于溶解氧濃度控制。因此需要開發(fā)能夠適用于微生物芯片化培養(yǎng)的溶氧濃度控制結(jié)構(gòu)。

已有文獻(xiàn)報(bào)道了一些能夠用于溶解氧控制的微流控細(xì)胞培養(yǎng)芯片結(jié)構(gòu)，如在文獻(xiàn)1(Joe F.Lo Elly Sinkala,David T.Eddington.Oxygen gradients for open well cellular cultures via microfluidic substrates.Lab on a Chip,2010,10,2394–2401)中描述了一種產(chǎn)生溶解氧濃度梯度的細(xì)胞培養(yǎng)微流控芯片，該芯片上層有一個(gè)用于細(xì)胞培養(yǎng)的圓柱形靜置培養(yǎng)腔，中間是層透氣膜，下層是氣體管道網(wǎng)絡(luò)。氣體管道網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生氧氣濃度梯度有兩種方式，一種是設(shè)置兩條橫向平行的主管道，兩管道之間設(shè)置多條縱向平行管道，這些管道不與主管道交叉，向兩條主管道中分別通入氮?dú)夂脱鯕猓瑲怏w就會(huì)通過擴(kuò)散進(jìn)入縱向平行管道，并形成氧濃度梯度；另一種氧氣產(chǎn)生方式是將氮?dú)夂脱鯕馔瑫r(shí)通入金字塔形分支網(wǎng)絡(luò)溝道進(jìn)行混合，在數(shù)個(gè)出口處即形成氧氣濃度梯度。含有不同氧濃度的氣體通過透氣膜擴(kuò)散到上層的培養(yǎng)腔中，從而改變同一培養(yǎng)腔不同區(qū)域中的溶解氧濃度。該芯片適用于研究多種溶解氧濃度對(duì)于細(xì)胞培養(yǎng)的影響。然而，該芯片的培養(yǎng)腔仍然較大，難以在芯片上進(jìn)一步提高培養(yǎng)腔的數(shù)量。另外，芯片是用于細(xì)胞靜置狀態(tài)的培養(yǎng)，不適合用于微生物懸浮培養(yǎng)環(huán)境。

另外在文獻(xiàn)2(Raymond H.W.Lam,Min-Cheol Kim,Todd Thorsen.Culturing aerobic and anaerobic bacteria and mammalian cells with a microfluidic differential oxygenator.Analytical chemistry,2009,81,5918–5924)中描述了一種能夠產(chǎn)生溶解氧濃度梯度的細(xì)胞培養(yǎng)芯片，其中的氧氣濃度梯度是將氮?dú)夂脱鯕馔瑫r(shí)充入金字塔形分支管道網(wǎng)絡(luò)，經(jīng)過多次混合后在出口處產(chǎn)生氧氣濃度梯度。不同氧含量的氣體通過擴(kuò)散透過膜進(jìn)入到下層不同的細(xì)胞培養(yǎng)管道中形成不同的溶解氧條件。在該芯片中，氣體管道與細(xì)胞培養(yǎng)管道是平行的，細(xì)胞在培養(yǎng)管道中貼壁后再注入氣體，產(chǎn)生不同的氧濃度進(jìn)行靜置培養(yǎng)。然而由于氣體管道和培養(yǎng)管道是平行疊置的，增加了芯片上下層之間對(duì)準(zhǔn)封裝的難度，特別是存在大量培養(yǎng)管道時(shí)，精確對(duì)準(zhǔn)更加困難。氣體管道和培養(yǎng)管道間水平距離變動(dòng)的不確定性還會(huì)改變氣體擴(kuò)散距離，從而影響管道中溶解氧含量。另外該芯片仍然是基于細(xì)胞靜置培養(yǎng)模式，不適合用于懸浮培養(yǎng)微生物。

有鑒于此，有必要提供一種新型的微流控芯片，能夠在特定或多種溶解氧濃度條件下進(jìn)行微生物培養(yǎng)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的提供一種微流控微生物培養(yǎng)芯片，能夠在特定或多種溶解氧濃度條件下進(jìn)行微生物培養(yǎng)。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

一種微流控微生物培養(yǎng)芯片，包括：

液流層，所述液流層中分布有一個(gè)以上的培養(yǎng)單元；

氣動(dòng)控制層，所述氣動(dòng)控制層中分布有供氣管道，所述供氣管道與所述培養(yǎng)單元交叉，所述供氣管道中通入的氣體壓力不足以使得交叉處的培養(yǎng)單元關(guān)閉；

彈性透氣膜，形成于所述液流層和氣動(dòng)控制層之間，所述供氣管道中的氣體在交叉處通過彈性透氣膜進(jìn)入培養(yǎng)單元中的溶液。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述彈性透氣膜構(gòu)成所述供氣管道的一個(gè)側(cè)壁。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述彈性透氣膜構(gòu)成所述培養(yǎng)單元的一個(gè)側(cè)壁。