[發明專利]用于微生物肥菌培養條件優化控制的微流控裝置和方法

有效

• 申請號: 201610084878.7
• 申請日: 2016-02-15
• 公開（公告）號: CN105543085B
• 公開（公告）日: 2017-07-18
• 發明（設計）人: 毛罕平;左志強;楊寧;晏盤龍;周曉迪;施杰
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: C12M1/38
• 分類號: C12M1/38;C12M1/36;C12M1/34
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于細胞培養技術領域，具體涉及一種用于微生物肥菌培養條件優化控制的微流控芯片裝置和方法，同時涉及計算機通信、自動化電子技術、生物化學等多學科領域。

背景技術

隨著現代農業的快速發展，化肥的使用量逐年上升。傳統的有機化肥資源短缺，制備過程耗能耗材，化肥利用率低，土壤肥力下降，作物的產量和品質大大降低，環境污染嚴重，生態平衡破壞。相對傳統有機化肥而言，微生物肥料資源充足，利用率高，能提高和保持營養元素的轉化，促進作物生長，凈化環境和維持生態系統的平衡，實現農業健康可持續發展。

微生物肥菌的優質培養直接決定著微生物肥料的高效生產，是逐步推廣、有效取代傳統化肥的關鍵所在。傳統的細胞培養采用培養皿和培養箱，培養基消耗多，工序復雜。現有的微流控細胞培養展示諸多優勢，可控性強，能實現精細、高通量分析。中國發明專利申請號為201210381418.2的文獻中提出了微流控細胞培養芯片及其實時觀測的系統，設計了一種上下雙層芯片，公開了一種實時觀測系統，其不足之處在于必須限制在確定營養液配方下培養，無法優化培養條件即營養液主成份、主成份濃度配比、進樣方式和參數，無法靈活地控制各通道的進樣時序、時間和速度，自動化程度低，且缺乏對細胞培養長勢信息的檢測和反饋環節。中國發明專利申請號為201510221073.8的文獻中提出了一套細胞體外培養微流控芯片、系統及方法，設計了一套包含多個細胞培養單元的芯片和構建了微流體控制系統，其不足在于必須限制在確定營養液配方下培養，無法優化培養條件即營養液主成份、主成份濃度配比、溫度、進樣方式和參數，缺乏細胞實時動態觀測系統，無法獲得細胞培養長勢信息檢測結果，不能建立反饋控制體系。

發明內容

本發明的目的是針對目前已有的微流控細胞培養裝置與方法存在的功能單一、集成度不高、智能化程度低等缺點，提出一種用于微生物肥菌培養條件優化控制的微流控裝置和方法，能優化營養液主成份、優化主成份濃度配比、溫度等，實現智能操控和智能監控。

本發明用于微生物肥菌培養條件優化控制的微流控裝置采用的技術方案是：包括箱體和位于箱體外部的PC機，箱體內部固定置放有氣泵、10通道恒壓進樣器、載物臺、微控制器和三級式微流控芯片；氣泵的出口連接動力源進氣管一端，動力源進氣管另一端連接10通道恒壓進樣器的進氣口，10通道恒壓進樣器具有10個并行的通道和裝在每個通道上的10個電磁閥，每個通道均通過一根營養液進氣管連通一個營養液儲液瓶，10個電磁閥經電磁閥驅動模塊連接微控制器；每個營養液儲液瓶均通過一根進液管2連接三級式微流控芯片；10個營養液儲液瓶浸入在一個恒溫水浴缸中，在恒溫水浴缸中設有加熱片和溫度傳感器，溫度傳感器和加熱片分別通過信號線連接溫控模塊，微控制器和溫控模塊分別連接PC機；載物臺上表面放置三級式微流控芯片，三級式微流控芯片上方是顯微鏡物鏡和攝像頭，攝像頭通過視頻傳輸線連接PC 機；絲網印刷電極浸入三級式微流控芯片中的肥菌液中，絲網印刷電極與恒電位儀通過信號線相連，恒電位儀連接信號發生器和A/D轉換模塊，A/D轉換模塊經接口轉換模塊連接PC機；三級式微流控芯片有間隔120°布置的三級通道，每級通道均由進樣口、廢液排出口和之間的通道監測區組成，進樣口靠近微流控芯片的外圈，廢液排出口靠近微流控芯片的中心；第一級10通道和第三級6通道中的每個通道都有一個進樣口和廢液排出口，第二級傘狀8通道中的每個通道都有一個進樣口，8通道在中間段合并且有一個廢液排出口；載物臺內部下方是光源，光源正上方是視頻實時監控孔區，三級式微流控芯片旋轉至三級通道的通道監測區位于視頻實時監控孔區的正上方時停止。

本發明用于微生物肥菌培養條件優化控制的微流控裝置的優化控制方法采用的技術方案是依序按以下步驟：

A、旋轉三級式微流控芯片，使第一級10通道的通道監測區位于視頻實時監控孔區正上方；一個營養液儲液瓶中加入一種預選的主成份，氣泵輸出氣壓經10通道恒壓進樣器 ，使10種主成份同步注入第一級10通道，采用攝像頭拍攝照片上傳給PC 機2進行圖像處理，PC 機計算出肥菌濃度值；同時由絲網印刷電極采集肥菌生理代謝產物活性變化引起的電流和電壓變化信號，傳輸給恒電位儀，經信號發生器與PC機 ，獲得電化學檢測活性值，對肥菌濃度值和電化學檢測活性值按照權重處理得出最終結果，比較從第一級10通道中檢測的10種最終結果，篩選出對肥菌生長影響最大的前8種主成份；