CN102234614A - 微流控细胞悬浮培养芯片及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种微流控细胞悬浮培养芯片。该芯片包括一个以上培养单元，每一培养单元包括一基体，该基体包括分别分布于层叠设置的若干培养层上的培养沟道，该等培养沟道彼此连通形成一闭合回路，该闭合回路与设置在基体上的独立进液口和出液口连通；该基体中还设有若干线形驱动沟道，其中每一驱动沟道均与该等培养沟道中选定的两条或多条交叉，其中任一交叉处均设有用以将驱动沟道与培养沟道隔离的弹性隔膜，每一驱动沟道的两端均与基体外部连通。本发明芯片结构简单，成本低廉，易于生产和控制，且培养单元数量密度高，可作为微生物、生物组织的悬浮培养容器及特殊生化反应容器应用。

Description

微流控细胞悬浮培养芯片及其应用

技术领域

本发明涉及一种微流控芯片，尤其涉及一种微流控细胞悬浮培养芯片的结构和应用。

背景技术

微流控技术是以微管道网络为结构特征，通过微加工技术将微管道、微泵、微阀、微储液器、微电极、微检测元件等功能元器件像集成电路一样集成在芯片材料上。微流控技术具有极高的效率，由于结构微小，很容易在芯片上一次集成数十上百个微生物微型培养室，实现高通量培养，大幅提高微生物实验效率。然而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微生物培养要求。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匀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细胞。目前世界范围内用微流控芯片进行细胞悬浮培养的成功范例极少。专利号为US7407799B2的发明专利提出了一种六单元的细菌培养芯片，为实现微生物细胞的微流控悬浮培养提供了新的思路。该芯片包含六个独立的环状管道培养单元，每个单元集成了一个气动微泵，用于驱动培养液和其中的微生物在管道内循环流动，实现悬浮培养。尽管如此，由于每个培养腔是在同一平面内的单层闭合沟道，每个培养单元的微泵都是独立的，通过3根管道和3个外部接口与外部驱动设备连接。当集成的培养单元数量提高时，作为微泵的驱动沟道数量和外部接口数量也将同步提高3倍，大量的外部接口和内部管线不仅使芯片的设计加工及驱动控制系统更加复杂，而且占用了大量芯片区域，限制了单元数量的进一步提升，不能满足未来构建高通量细胞悬浮培养芯片的需求。

发明内容

本发明的目的之一在于针对现有技术的不足，提供一种结构简单，易于制备和应用，并可满足高通量细胞悬浮培养需求的微流控细胞悬浮培养芯片。

为实现上述发明目的，本发明采用了如下技术方案：

一种微流控细胞悬浮培养芯片，包括一个以上培养单元，其特征在于：

所述培养单元包括一基体，该基体包括层叠设置的复数个培养层，且每一培养层上均设有培养沟道，该复数条培养沟道彼此连通形成一闭合回路，该闭合回路与设置在基体上的独立进液口和独立出液口连通；

同时，该基体中还设有复数条独立线形驱动沟道，且每一驱动沟道均与该复数条培养沟道中选定的两条或两条以上交叉，其中任一驱动沟道与培养沟道交叉处均设有用以将驱动沟道与培养沟道隔离的弹性隔膜，又及，每一驱动沟道的两端均与基体外部连通。

具体而言，所述复数个驱动沟道分布于一驱动层中，该驱动层与该复数个培养层之间设有弹性隔膜。

所述培养单元优选的为复数个，且该复数个培养单元中的相应驱动沟道依次串连。

作为一优选实施方式，所述基体包括沿竖直方向层叠设置的第一培养层和第二培养层，分别分布于该第一培养层和第二培养层上的第一培养沟道和第二培养沟道的两端相互连通形成闭合回路，且该闭合回路与设置在基体上的独立进液口和独立出液口连通；

同时，所述第一培养层和第二培养层的上方或下方还设有一包含两条以上线形独立驱动沟道的驱动层，所述驱动沟道依次与第一培养沟道和第二培养沟道交叉，并贯穿所述基体；

又及，该驱动层与第一培养层和第二培养层之间还设有一用以将驱动沟道和第一培养沟道和第二培养沟道隔离的弹性隔膜层。

一种微流控细胞悬浮培养芯片，包括一个以上培养单元，其特征在于：

所述培养单元包括一基体，该基体包括层叠设置的复数个培养层，且每一培养层上均设有培养沟道，该复数条培养沟道彼此连通形成一闭合回路，该闭合回路与设置在基体上的独立进液口和独立出液口连通；

同时，该基体中还设有一条具有由三段以上线形沟道首尾连接形成的回文结构的驱动沟道，且每一线形沟道均与该复数条培养沟道中选定的一条或一条以上交叉，其中任一线形沟道与培养沟道交叉处均设有用以将驱动沟道与培养沟道隔离的弹性隔膜；又及，该驱动沟道的两端均与基体外部连通。

所述驱动沟道分布于一驱动层中，该驱动层与该复数个培养层之间设有弹性隔膜。

所述培养单元为复数个，且该复数个培养单元中的相应驱动沟道依次串连。

作为一优选实施方式，所述基体包括层叠设置的第一培养层和第二培养层，分别分布于该第一培养层和第二培养层上的第一培养沟道和第二培养沟道的两端相互连通形成闭合回路，且该闭合回路与设置在基体上的独立进液口和独立出液口连通；

同时，所述第一培养层和第二培养层的上方或下方还设有包含一条驱动沟道的驱动层，所述驱动沟道中的各线形沟道分别与第一培养沟道和/或第二培养沟道交叉，并贯穿所述基体；

又及，该驱动层与第一培养层和第二培养层之间还设有一用以将驱动沟道和第一培养沟道和第二培养沟道隔离的弹性隔膜层。

一种微流控细胞悬浮培养芯片，包括由复数个培养单元依次排列形成的培养阵列，其特征在于：

所述培养单元包括一基体，该基体包括分别分布于沿竖直方向平行设置的第一培养层和第二培养层上的第一培养沟道和第二培养沟道、分布于设置在该两个培养层上方的驱动层中的二条以上独立线形驱动沟道以及设置在驱动层和第一培养层和第二培养层之间的弹性隔膜层，该驱动层、弹性隔膜层、第一培养层和第二培养层依次粘合；

该第一培养沟道和第二培养沟道两端相互连通，构成闭合回路，该闭合回路与设置在基体上的独立进液口和独立出液口连通；

每一驱动沟道从所述第一培养沟道和第二培养沟道上方贯穿基体，且依次与第一培养沟道和第二培养沟道交叉，同时，每一驱动沟道还经其两端设置的接口与培养阵列中其余培养单元中的相应驱动沟道依次串联。

本发明的另一目的在于将如上所述微流控细胞悬浮培养芯片应用于在细菌、酵母、动植物细胞、人细胞等微生物、生物组织的悬浮培养和/或分析中，以及需要特殊反应环境的生物、化学反应工艺中。

本发明微流控细胞悬浮培养芯片的工作原理在于：通过向每根驱动沟道内按特定时序通入一定压力的液体或气体，在每个培养单元的各培养沟道与驱动沟道的交叉处，弹性隔膜按特定时序发生形变，推动培养沟道中的培养液向一侧方向流动，即构成微泵，此为本领域公知技术，见专利US7407799B2。然在本发明中，由于改变了培养沟道的组合方式，液体驱动力来源于两个微泵的推力差，对于同一培养单元而言，在一培养沟道与一驱动沟道交叉处，弹性膜形变产生的液体推动力大于在该培养单元的另一培养沟道与驱动沟道交叉处产生的反向阻力，从而推动液体在闭合的培养管道内单向循环流动，带动液体中的微生物分散于整个液体环境中。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

(1)本发明芯片仅用有限的数根驱动沟道就可同时驱动多个培养单元中的液体循环流动，结构非常简单，易于制造，成本低廉，且在芯片中增加培养单元的数量后无需增加驱动沟道的数量，仅需将新增培养单元的驱动沟道与在先培养单元的驱动沟道对接即可，而无需增加驱动沟道的数量及其外接接口的数量等，因此适于各种规模的应用之需；

(2)本发明芯片中培养单元数量密度高，能够用于较多种培养物、较多中培养条件下的独立培养，且每一培养单元均分隔独立，具有独立的进液口和出液口，其中的培养液不相互接触，不易交叉污染；

(3)本发明芯片中同组串联的各培养单元中的培养液流速一致，易于操控；

(4)本发明芯片中每个培养单元的形状和大小可完全相同，能够用于不同培养物，不同培养条件下培养效果的比较分析；

(5)本发明芯片可进行细菌、酵母细胞的悬浮培养，也可以进行动植物细胞、人细胞的悬浮培养，亦可作为其他生物、化学类反应的容器使用。

附图说明

图1A是本发明第一种较佳实施例微流控细胞悬浮培养芯片的俯视示意图；

图1B是图1A所示培养单元的各层结构俯视示意图；

图1C是图1A所示培养单元沿线1C的剖面结构示意图；

图1D是图1A所示培养单元沿线1D的剖面结构示意图；

图2A是本发明第二种较佳实施例微流控细胞悬浮培养芯片的俯视示意图；

图2B是图2A所示培养单元的各层结构俯视示意图；

图2C是图2A所示培养单元沿线2C的剖面结构示意图；

图2D是图2A所示培养单元沿线2D的剖面结构示意图；

图3A是本发明第三种较佳实施例微流控细胞悬浮培养芯片的俯视示意图；

图3B是图3A所示培养单元的各层结构俯视示意图；

图3C是图3A所示培养单元沿线3C的剖面结构示意图；

图3D是图3A所示培养单元沿线3D的剖面结构示意图；

图4A是本发明第四种较佳实施例微流控细胞悬浮培养芯片的俯视示意图；

图4B是图4A所示培养单元的各层结构俯视示意图；

图4C是图4A所示培养单元沿线3C的剖面结构示意图；

图4D是图4A所示培养单元沿线3D的剖面结构示意图；

图5A是本发明第五种较佳实施例微流控细胞悬浮培养芯片的俯视示意图；

图5B是图5A所示培养单元的各层结构俯视示意图；

图5C是图5A所示培养单元沿线5C的剖面结构示意图；

图5D是图5A所示培养单元沿线5D的剖面结构示意图；

图5E是图5A所示培养单元沿线5E的剖面结构示意图；

图6是本发明第六种较佳实施例微流控细胞悬浮培养芯片的俯视示意图；

图中各附图标记及其指示的组件分别为：

100、200、300、400、500为芯片中的一个培养单元；

110、210、310、410、510为芯片第一层；

120、220、320、420、520为芯片第二层；

130、230、330、430、530为芯片第三层；

140、240、340、440、540为芯片第四层；

350、450、550为芯片第五层；

360、460、560为芯片第六层；

370为芯片第七层；

111、211、311、411、511为位于芯片第一层的培养沟道；

121、221、321、421、521为位于芯片第二层的培养沟道；

331、431、531为位于芯片第三层的培养沟道；

341、441、541为位于芯片第四层的培养沟道；

351为位于芯片第五层的培养沟道；

112、212、312、322、412、512为驱动沟道；

113、213、313、413、513为进液口；

123、223、323、423、523为出液口；

114、214、314、414、514为驱动沟道外接口。

具体实施方式

考虑到习见微流控芯片于制造和应用上的诸多缺陷，本案发明人经长期研究和实践，提出了本发明的微流控细胞悬浮培养芯片，其基本设计思想是：利用分布在不同高度的培养平面上的若干段培养沟道串联，形成闭合回路，且以若干驱动沟道或一驱动沟道的不同部位依次从各段培养沟道上方或下方通过，并令驱动沟道与选定的两段或若干段培养沟道交叉，同时在驱动沟道与培养沟道交叉处设置将驱动沟道与培养沟道隔离的弹性隔膜，使得驱动沟道和弹性隔膜共同组成蠕动泵结构，在向驱动沟道内按特定时序通入一定压力的流体后，在各培养沟道与驱动沟道的交叉处，弹性隔膜按特定时序发生形变，且在距驱动沟道较近的培养沟道与驱动沟道交叉处弹性膜形变产生的液体推动力大于在距驱动沟道较远的培养沟道与驱动沟道交叉处产生的反向阻力，推动培养沟道中的培养液向一侧方向流动，进而推动液体在闭合的培养管道内循环流动。

概括的讲，该微流控细胞悬浮培养芯片可由一个或若干培养单元组成，每一培养单元包括一基体，该基体包括沿层叠设置的复数个培养层，且每一培养层上均设有培养沟道，该复数条培养沟道彼此连通形成一闭合回路，该闭合回路与设置在基体上的独立进液口和独立出液口连通；

同时，该基体中还设有复数条独立线形驱动沟道，其中每一驱动沟道均与该复数条培养沟道中选定的两条或多条依次交叉，其中任一驱动沟道与培养沟道交叉处均设有用以将驱动沟道与培养沟道隔离的弹性隔膜，又及，每一驱动沟道的两端均与基体外部连通。

作为一种可选择的实施方案，前述驱动沟道也可为一条具有由三段以上线形沟道首尾连接形成的回文结构的驱动沟道，该三段以上线形沟道均从该复数条培养沟道上方或下方通过，且该每一线形沟道均与该复数条培养沟道中选定的一条或多条依次交叉，其中任一线形沟道与培养沟道交叉处均设有用以将驱动沟道与培养沟道隔离的弹性隔膜；又及，该驱动沟道的两端均与基体外部连通。

而作为本发明的一优选实施方式，前述培养单元可包括一基体，该基体包括分别分布于沿竖直方向平行设置的第一培养层和第二培养层上的第一培养沟道和第二培养沟道、分布于设置在该复数个培养层上方的驱动层中的二条以上独立线形驱动沟道以及设置在驱动层和第一培养层和第二培养层之间的弹性隔膜层，该驱动层、弹性隔膜层、第一培养层、第二培养层相互粘合；该第一培养沟道和第二培养沟道两端相互连通，构成闭合回路，该闭合回路与设置在基体上的独立进液口和独立出液口连通；每一驱动沟道从所述第一培养沟道和第二培养沟道上方贯穿基体，且依次与第一培养沟道和第二培养沟道交叉，同时，每一驱动沟道还经其两端设置的接口与培养阵列中其余培养单元中的相应驱动沟道依次串联。

若前述培养单元为多个，则该等培养单元中的相应驱动沟道依次串连。同时，需要说明的是，前述培养单元可分布于同一平面上形成阵列结构，亦可层叠设置。当然，每个培养单元大小形状可相同，亦可不同。

前述培养沟道和驱动沟道的截面可以是矩形、梯形、半圆形、半椭圆形或其他形状。

前述基体的材质可选自但不限于高分子聚合物(如聚二甲基硅氧烷)、水凝胶、硅片、石英、玻璃、陶瓷和金属等。

前述弹性隔膜的材质可选用弹性高分子聚合物。

前述每一培养单元的进液口、出液口、驱动沟道接口可以设置在基体的顶部和/或底部。

以下结合附图及一较佳实施例进一步说明本发明的内容，但不应理解为对本发明的限制。在不背离本发明精神和实质的情况下，对本发明方法、步骤或条件所作的修改或替换均属于本发明的范围。

又及，若未特别指明，实施例中所用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段。

实施例1参阅图1A～D，本实施例是由分布于一芯片上的培养阵列组成，该阵列包括一平面上串接的4个培养单元100，每个培养单元包含了位于第一层的培养沟道111和第二层的培养沟道121，这两段培养沟道两端相互连通，构成俯视为长方形的闭合回路，芯片第一层110厚度1.5毫米，第一层的培养沟道111宽100微米，深10微米，长3厘米；芯片第二层120厚10微米，第二层的培养沟道121宽100微米，深10微米，长3厘米；每个培养单元有独立的进液口113和出液口123，直径均为2毫米，用于液体和培养物的注入与排出；每个培养单元100的形状大小都一致，依次排成一列；沟道上部为第三层130，该层是一层弹性膜，厚20微米，将第二层培养沟道121和第四层140隔开，第四层140有两根平行的驱动沟道112，组成微泵结构，宽均为100微米，高10微米，沟道间水平相邻距离100um，驱动沟道112从第一层培养沟道111、第二层培养沟道121上方穿越每个培养单元100，每根驱动沟道112两端均具有外接口114，芯片第四层140厚1.5毫米，四个芯片层的材质均选用聚二甲基硅氧烷，各层依次堆叠粘合。

实施例2参阅图2A～D，本实施例是由分布于一芯片上的培养阵列组成，该阵列包括一平面上串接的4个培养单元200，每个培养单元200包含了位于第一层的培养沟道211和第二层的培养沟道221，这两段培养沟道两端相互连通，构成俯视为长方形的闭合回路，芯片第一层210厚度1.5毫米，第一层的培养沟道211宽100微米，深10微米，长3厘米；芯片第二层220厚10微米，第二层的培养沟道221宽100微米，深10微米，长3厘米；每个培养单元200有独立的进液口213和出液口223，直径均为2毫米，用于液体和培养物的注入与排出；每个培养单元200的形状大小都一致，依次排成一列；沟道上部为第三层230，该层是一层弹性膜，厚20微米，将第二层培养沟道221和第四层240隔开，第四层240有一条具有由三段线形沟道首尾连接形成的回文结构的驱动沟道212，组成微泵结构，宽均为100微米，高10微米，沟道间水平相邻距离100μm，驱动沟道212从第一层培养沟道211、第二层培养沟道221上方穿越每个培养单元200，驱动沟道两端均具有外接口223，芯片第四层240厚1.5毫米，四个芯片层的材质均为聚二甲基硅氧烷，各层依次堆叠粘合。

实施例3参阅图3A～D，本实施例是由分布于一芯片上的培养阵列组成，该阵列包括一平面上串接的4个培养单元300，每个培养单元300包含了位于第一层的培养沟道311、第二层的培养沟道321、第三层的培养沟道331、第四层的培养沟道341、第五层的培养沟道351，这些培养沟道两端依次连通，构成俯视为长方形的闭合回路，芯片第一层310厚度1.5毫米，第一层的培养沟道311宽100微米，深10微米，长3厘米；芯片第二层320、芯片第三层330、芯片第四层340、芯片第五层350、芯片第六层360的厚度均为10微米，第二层的培养沟道321、第三层的培养沟道331、第四层的培养沟道341均为100微米宽，10微米深，0.5厘米长；每个培养单元300有独立的进液口313和出液口323，直径均为2毫米，用于液体和培养物的注入与排出；每个培养单元300的形状大小都一致，依次排成一列；芯片第四层340、芯片第六层360均是一层弹性膜，厚10微米，芯片第三层330有一根驱动沟道322，芯片第七层370有一根驱动沟道312，两驱动沟道相互平行，组成微泵结构，两驱动沟道宽均为100微米，深10微米，沟道间水平相邻距离100um，驱动沟道312从芯片第五层培养沟道351上方穿越每个培养单元300，驱动沟道322从芯片第五层培养沟道351下方穿越每个培养单元300，驱动沟道两端均具有外接口314，芯片第七层370厚1.5毫米，所有芯片层的材质均为聚二甲基硅氧烷，各层依次堆叠粘合。

实施例4参阅图4A～D，本实施例是由分布于一芯片上的培养阵列组成，该阵列包括一平面上串接的4个培养单元400，每个培养单元400包含了位于第一层的培养沟道411、第二层的培养沟道421、第三层的培养沟道431、第四层的培养沟道441，这些培养沟道两端依次连通，构成俯视为长方形的闭合回路，芯片第一层410厚度1.5毫米，第四层的培养沟道441宽100微米，深10微米，长3厘米；芯片第二层420、芯片第三层430、芯片第四层440的厚度均为10微米，第一层的培养沟道411、第二层的培养沟道421、第三层的培养沟道431均为100微米宽，10微米深，每个培养单元400有独立的进液口413和出液口423，直径均为2毫米，用于液体和培养物的注入与排出；每个培养单元400的形状大小都一致，依次排成一列；芯片第五层450是一层弹性膜，厚10微米，芯片第六层460有三根驱动沟道412相互平行，组成微泵结构，驱动沟道宽均为100微米，深10微米，相邻驱动沟道间水平距离100um，驱动沟道412从芯片第四层培养沟道441和芯片第一层培养沟道411的上方穿越每个培养单元400，驱动沟道两端均具有外接口414，芯片第六层460厚1.5毫米，所有芯片层的材质均为聚二甲基硅氧烷，各层依次堆叠粘合。

实施例5参阅图5A～E，本实施例是由分布于一芯片上的培养阵列组成，该阵列包括一平面上串接的4个培养单元500，每个培养单元500包含了位于第一层的培养沟道511、第二层的培养沟道521、第三层的培养沟道531、第四层的培养沟道541，这些培养沟道两端依次连通，构成俯视为闭合回路，芯片第一层510厚度1.5毫米，第一层的培养沟道511宽100微米，深10微米，长3厘米；芯片第二层520、芯片第三层530、芯片第四层540的厚度均为10微米，第二层的培养沟道521、第三层的培养沟道531、第四层的培养沟道541均为100微米宽，10微米深，每个培养单元500有独立的进液口513和出液口523，直径均为2毫米，用于液体和培养物的注入与排出；每个培养单元500的形状大小都一致，依次排成一列；芯片第四层550是一层弹性膜，厚10微米，芯片第六层560有两根驱动沟道512相互平行，组成微泵结构，驱动沟道宽均为100微米，深10微米，相邻驱动沟道间水平距离100um，驱动沟道512从第四层培养沟道541、第三层的培养沟道531、第二层的培养沟道521和第一层培养沟道511的上方穿越每个培养单元500，驱动沟道两端均具有外接口514，芯片第六层560厚1.5毫米，所有芯片层的材质均为聚二甲基硅氧烷，各层依次堆叠粘合。

实施例6微流控细胞培养芯片中大肠杆菌悬浮状态观察

本实施例中使用实施例1中的微流控细胞培养芯片，观察大肠杆菌在芯片中的悬浮状态。具体操作如下：

1.将接种有大肠杆菌的LB培养液通过进液口注入已制成的芯片中各培养单元，直至各单元完全充满时，将蜡加热后涂覆在进液口和出液口，冷却凝固后封闭进液口和出液口。

2.从驱动沟道外接口向每根驱动沟道中注入水，直至充满整个沟道。

3.将外部气源通过导管与驱动沟道外接口紧密连接，对两根驱动沟道按一定顺序反复依次加压，构成双级气动微泵，两条驱动沟道的加压顺序一次为“00、01、11、10”，输入气压75kPa，气动微泵工作频率0.6Hz。

4.通过显微镜拍摄记录。

结果表明，大肠杆菌随培养沟道中的液体在每个培养单元中单向循环流动，菌体能够悬浮于整个培养沟道中。

实施例7微流控细胞培养芯片中大肠杆菌悬浮培养观察

本实施例中使用实施例1中的微流控细胞培养芯片，观察大肠杆菌在芯片中的悬浮生长情况。

具体操作如下：

1.将芯片进行湿热灭菌，干燥冷却。

2.在无菌环境下，将接种有大肠杆菌的LB培养液通过进液口注入芯片的每个培养单元，直至各单元完全充满时，将蜡加热后涂抹在进液口和出液口，冷却凝固后封闭进液口和出液口。

3.从驱动沟道外接口向每根驱动沟道中注入水，直至充满整个沟道。

4.将外部气源通过导管与驱动沟道外接口紧密连接，对两根驱动沟道按一定顺序反复依次加压，构成双级气动微泵，两条驱动沟道的加压顺序一次为“00、01、11、10”，输入气压75kPa，气动微泵工作频率0.6Hz。

5.将芯片放置于饱和湿度环境中，37℃培养6小时。

6.通过显微镜拍摄记录。

结果表明，大肠杆菌能够在本发明芯片中进行生长，经过6小时培养后，大肠杆菌数量增加了37倍。

实施例8在8×4的微流控细胞悬浮培养芯片中进行大肠杆菌培养

本实施例中将实施例1中的培养单元串联的数量由4个增加到8个，并将此串联结构复制四组，制成8×4的微流控细胞培养芯片，如图6所示，在此芯片中悬浮培养大肠杆菌。具体操作如下：

1.将8×4芯片进行湿热灭菌，干燥冷却。

2.在无菌环境下，将接种有大肠杆菌的LB培养液通过进液口注入芯片的每个培养单元，直至各单元完全充满时，将蜡加热后涂抹在进液口和出液口，冷却凝固后封闭进液口和出液口。

3.从驱动沟道外接口向每根驱动沟道中注入水，直至充满整个沟道。

4.将外部气源通过导管与驱动沟道外接口紧密连接，对两根相邻的驱动沟道按一定顺序依次加压，构成双级气动微泵，同一微泵中两条驱动沟道的加压顺序一次为“00、01、11、10”，输入气压75kPa，其中三组双级气动微泵工作频率分别为2.5Hz、1.3Hz和0.6Hz，一组气动微泵不工作。

5.将芯片放置于饱和湿度环境中，37℃培养5小时。

6.通过显微镜拍摄记录。

结果表明，大肠杆菌能够在本发明的8×4的微流控细胞培养芯片中进行生长，经过5小时培养后，在气动微泵工作频率分别为2.5Hz、1.3Hz和0.6Hz条件下，大肠杆菌数量分别增加了25倍、16倍和12倍，各培养单元中大肠杆菌随培养液流动悬浮于培养单元中，气动微泵不工作的培养单元中，大肠杆菌数量仅增加9倍，因此该芯片可以通过调节双级气动微泵工作频率控制大肠杆菌生长繁殖速度。

综上所述，本发明装置能够实现多种类型微生物、细胞的多通道的悬浮培养，提高了培养单元密度和培养效率，并减少了培养空间，是一种高效的微生物、细胞悬浮培养装置。

应当理解的是，本发明可用其他的不违背本发明的精神或主要特征的具体形式来概述。因此，无论从哪一点来看，本发明的上述实施例只能认为是对本发明的说明而不能限制本发明，权利要求书指出了本发明的范围，而上述的说明并未指出本发明的范围，因此在与本发明的权利要求书相当的含义和范围内的任何改变，都应认为是包括在权利要求书的范围内。

Claims (8)

1.一种微流控细胞悬浮培养芯片，包括一个以上培养单元，其特征在于：

所述培养单元包括一基体，该基体包括层叠设置的复数个培养层，且每一培养层上均设有培养沟道，该复数条培养沟道彼此连通形成一闭合回路，该闭合回路与设置在基体上的独立进液口和独立出液口连通；

同时，该基体中还设有复数条独立线形驱动沟道，其中每一驱动沟道均与该复数条培养沟道中选定的两条或两条以上交叉，且任一驱动沟道与培养沟道交叉处均设有用以将驱动沟道与培养沟道隔离的弹性隔膜，

又及，每一驱动沟道的两端均与基体外部连通。

2.根据权利要求1所述的微流控细胞悬浮培养芯片，其特征在于：所述培养单元为复数个，且该复数个培养单元中的相应驱动沟道依次串连。

3.根据权利要求1所述的微流控细胞悬浮培养芯片，其特征在于：

所述基体包括层叠设置的第一培养层和第二培养层，分别分布于该第一培养层和第二培养层上的第一培养沟道和第二培养沟道的两端相互连通形成闭合回路，且该闭合回路与设置在基体上的独立进液口和独立出液口连通；

同时，所述第一培养层和第二培养层的上方或下方还设有包含两条以上线形独立驱动沟道的驱动层，所述驱动沟道与第一培养沟道和第二培养沟道交叉，并贯穿所述基体；

又及，该驱动层与第一培养层和第二培养层之间还设有用以将驱动沟道和第一培养沟道和第二培养沟道隔离的弹性隔膜层。

4.一种微流控细胞悬浮培养芯片，包括一个以上培养单元，其特征在于：

所述培养单元包括一基体，该基体包括层叠设置的复数个培养层，且每一培养层上均设有培养沟道，该复数条培养沟道彼此连通形成一闭合回路，该闭合回路与设置在基体上的独立进液口和独立出液口连通；

同时，该基体中还设有一条具有由三段以上线形沟道首尾连接形成的回文结构的驱动沟道，且每一线形沟道均与该复数条培养沟道中选定的一条或一条以上交叉，其中任一线形沟道与培养沟道交叉处均设有用以将驱动沟道与培养沟道隔离的弹性隔膜；

又及，该驱动沟道的两端均与基体外部连通。

5.根据权利要求4所述的微流控细胞悬浮培养芯片，其特征在于：所述驱动沟道分布于一驱动层中，该驱动层与该复数个培养层之间设有弹性隔膜。

6.根据权利要求4所述的微流控细胞悬浮培养芯片，其特征在于：所述培养单元为复数个，且该复数个培养单元中的相应驱动沟道依次串连。

7.根据权利要求4所述的微流控细胞悬浮培养芯片，其特征在于：

所述基体包括层叠设置的第一培养层和第二培养层，分别分布于该第一培养层和第二培养层上的第一培养沟道和第二培养沟道的两端相互连通形成闭合回路，且该闭合回路与设置在基体上的独立进液口和独立出液口连通；

同时，所述第一培养层和第二培养层的上方或下方还设有包含一条驱动沟道的驱动层，所述驱动沟道中的各线形沟道分别与第一培养沟道和/或第二培养沟道交叉，并贯穿所述基体；

又及，该驱动层与第一培养层和第二培养层之间还设有一用以将驱动沟道和第一培养沟道和第二培养沟道隔离的弹性隔膜层。

8.一种微流控细胞悬浮培养芯片，包括由复数个培养单元依次排列形成的培养阵列，其特征在于：

所述培养单元包括一基体，该基体包括分别分布于沿竖直方向平行设置的第一培养层和第二培养层上的第一培养沟道和第二培养沟道、分布于设置在该两个培养层上方的驱动层中的二条以上独立线形驱动沟道以及设置在驱动层和第一培养层和第二培养层之间的弹性隔膜层，该驱动层、弹性隔膜层、第一培养层和第二培养层依次粘合；

该第一培养沟道和第二培养沟道两端相互连通，构成闭合回路，该闭合回路与设置在基体上的独立进液口和独立出液口连通；

每一驱动沟道从所述第一培养沟道和第二培养沟道上方贯穿基体，且依次与第一培养沟道和第二培养沟道交叉，同时，每一驱动沟道还经其两端设置的接口与培养阵列中其余培养单元中的相应驱动沟道依次串联。

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