CN112457985A

CN112457985A - 一种灌流培养芯片及灌流系统

Info

Publication number: CN112457985A
Application number: CN202011484519.3A
Authority: CN
Inventors: 邓玉林; 徐建栋; 任培
Original assignee: Beijing Ligong Genshu Technology Co ltd
Current assignee: Beijing Ligong Genshu Technology Co ltd
Priority date: 2020-12-16
Filing date: 2020-12-16
Publication date: 2021-03-09

Abstract

本发明提供了一种灌流培养芯片及灌流系统，包括上封板、培养过滤层和下封板层，下封板设有注入接口和滤出接口，与注入接口位置对应的加注通道贯穿所述培养过滤层，并与所述培养过滤层中的培养室上方侧壁相连通，培养室底部的滤出孔与所述滤出接口位置对应。本发明采用培养液上部加注，底部滤出的方式进行灌流培养，可以实现微生物、细胞的连续灌流培养。

Description

一种灌流培养芯片及灌流系统

技术领域

本发明属于器管芯片领域，具体涉及一种灌流培养芯片及灌流系统。

背景技术

传统微生物或细胞培养主要是在离心管、培养皿或者培养瓶等器皿中进行，一次加注足量的培养液，实现一定生长周期的培养。该方法培养的微生物或者细胞会随着培养液的消耗会表现出不同的生长阶段，无法实现长时间培养，不能用于连续培养。

为实现微生物的小体积灌流培养，出现了微型的培养装置，能补加一部分的培养液，公开号为CN210065755U，名称“一种用于生物医学微生物实验观察用多腔室的分区域培养皿”的中国专利，其缺点在于不能实现连续灌流培养；公开号为CN110923137A，名称为“一种用于体外3D细胞、组织培养的微流控装置及培养方法”的中国专利，在培养腔室上增加了流入流出的接口，但是没有过滤装置，无法培养悬浮细胞和半贴壁细胞，并且无法实现在线观察；公开号为CN111548939A，名称为“一种类器官灌流培养芯片及其使用方法”的中国专利，也无法实现培养物的随时加注和提取等。

目前，急需一种能够连续灌流培养、便于观察的微流控培养芯片。

发明内容

为了克服现有技术上的问题，本发明提供一种能够连续培养、可以培养贴壁、半贴壁、悬浮细胞等灌流培养芯片，能适应地面常规环境，同时适应空间微重力环境，可在空间环境下使用。

本发明提供以下技术方案：

一种灌流培养芯片，从上至下依次包括上封板、培养过滤层和下封板层，下封板设有注入接口和滤出接口，与注入接口位置对应的加注通道贯穿所述培养过滤层，并与所述培养过滤层中的培养室上方侧壁相连通，培养室底部的滤出孔与所述滤出接口位置对应。

进一步地，所述培养过滤层的培养室底部设有通孔，在培养室下方设有过滤室，所述过滤室从上至下依次设置过滤膜、过滤网、支撑层，支撑层中开设所述滤出孔。

进一步地，上封板与培养室对应位置为透明材质。

进一步地，所述下封板为双层板，上层板设有所述注入接口和滤出接口，下层板设有与接口对应的通道，通道连通至上封板表面。

进一步地，所述下封板为双层板，两板之间设有密封垫，上、下层板分别设有注入接口和滤出接口，接口位置对应。

进一步地，所述培养过滤层底部加注通道的开口处设有入口密封圈，所述支撑层外缘设有出口密封圈，上封板、培养室层、过滤室层和下封板层之间键合、胶粘或热压连接。

进一步地，上封板、培养室层、过滤室层和下封板层之间螺栓连接或紧固连接，在上封板上设有密封圈，密封圈位置对应培养室和加注通道的外缘。

进一步地，所述灌流培养芯片使用于空间微重力环境下。

进一步地，所述上封板、培养室层、过滤室层和下封板层材质采用玻璃、PMMA、ABS、COC材质中的一种或几种；滤膜材质采用醋酸纤维素、硝酸纤维素、混合纤维素、尼龙66、聚醚砜或PET，孔径为0.22um-8um；滤网材质采用聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、尼龙、玻璃纤维或石英砂，孔径为10-200um。

进一步地，所述培养过滤层设有多个培养室，每个培养室均对应设有过滤室能够独立灌流。

一种包括灌流培养芯片的灌流系统，所述灌流系统包括培养液储液袋，输送泵，所述灌流培养芯片，废液袋，和控制器，控制器控制输送泵的通断，输送泵将培养基储液袋中的培养基抽送至所述灌流培养芯片，灌流留出液通过废液袋流出。

进一步地，还包括图像采集装置，所述图像采集装置在上封板对应培养腔室的位置上方采集培养室培养目标的图像，并传输至控制器。

采用上述技术方案，本发明具有如下有益效果：

1、本发明采用培养液上部加注，底部滤出的方式进行灌流培养，可以实现微生物、细胞的连续灌流培养。

2、培养液的灌流入口、培养液滤出口设置于过滤层的同一水平面，便于通过上封板实时观察腔室内微生物、细胞的生长状态。

3、将下封板配合密封垫组合封装，可以将培养芯片做成独立的培养模块，根据需要接入培养装置开始使用。将培养芯片的上下封板使用螺丝或者压紧结构固定，可以便于拆卸上下封板。上封板可拆卸，可以实现培养微生物、细胞的添加、取出等操作，便于进行后续的微生物、细胞的检测；下封板可拆卸，可以实现滤膜的更换，便于选择不同材质和孔隙的滤材。

4、将培养腔室进行阵列组合，设计多腔室的培养芯片，可以实现不同规模的平行培养，或者比较不同培养条件下的微生物、细胞生长状态差异。

5、本发明的灌流培养芯片能适应地面常规环境，同时增加密封性，适应空间微重力环境，可在空间环境下使用，符合空间环境的防护要求。

附图说明

图1是本发明一种灌流培养芯片的各层结构示意图；

图2是本发明一种灌流培养芯片的结构示意图；

图3是本发明另一种灌流培养芯片的下封板的结构侧视图；

图4是本发明另一种灌流培养芯片螺栓紧固的结构示意图。

图5是本发明灌流系统的结构示意图。

附图标记如下：1-上封板，2-培养过滤层，3-下封板层，4-注入接口，5-滤出接口，6-加注通道，7-过滤膜，8-过滤网，9-支撑层，10-入口密封圈，11-出口密封圈，12-培养室，13-过滤室，14-灌流通道，15-上层板，16-下层板，17-密封垫，18-上封板密封圈，19-螺栓。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的结构图及具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

如图1、2所示，本发明提供了一种可以培养微生物、细胞的灌流培养芯片；从上至下依次包括包括上封板1、培养过滤层2和下封板层3，下封板设有注入接口4和滤出接口5，与注入接口位置对应的加注通道6贯穿培养过滤层，并与培养过滤层中的培养室12上方侧壁相连通，培养室底部的滤出孔与滤出接口位置对应。这样，培养基从培养室上方侧壁流入，从底部流出，完成灌流培养。培养液从上方流入可以有效避免培养腔室内部微生物或者细胞进入培养液注入通道的风险，保持微生物或者细胞留在培养室中。

培养室下方设有过滤室，中间通过孔道联通，所述过滤室从上至下依次设置过滤膜7、过滤网8、支撑层9，支撑层中开设滤出孔。滤膜滤网用于截流悬浮细胞、半贴壁细胞或者细菌等微生物，滤网孔径大于滤膜，起到导流作用。上封板与培养室对应位置为透明材质。便于对培养室进行观察。

下封板为双层板，上层板15设有注入接口4和滤出接口5，下层板16设有与接口对应的通道14，通道连通至上封板表面。这样从上封板表面连接培养基注液管路，培养基通过通道从注入接口流入加注通道，最终进入培养室，滤出液从滤出接口进入通道最终从上封板表面连接废液袋的管路进入废液袋。

培养过滤层底部加注通道的开口处设有入口密封圈10，所述支撑层外缘设有出口密封圈11，上封板、培养过滤层和下封板层之间键合、胶粘或热压连接。可使用于空间微重力环境下，符合空间环境的防护要求。

上封板、培养过滤层和下封板层材质采用玻璃、PMMA、ABS、COC材质中的一种或几种；滤膜材质采用醋酸纤维素、硝酸纤维素、混合纤维素、尼龙66、聚醚砜或PET，孔径为0.22um-8um；滤网材质采用聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、尼龙、玻璃纤维或石英砂，孔径为10-200um。

优选的，培养过滤层设有多个培养室，每个培养室均对应设有过滤室能够独立灌流。将培养腔室进行阵列组合可以实现不同规模的平行培养，或者比较不同培养条件下的微生物或者细胞的生长状态差异。

实施例2

如图3所示，本发明提供了另一种可作为独立模块的灌流培养芯片，下封板为双层板，上层板15、下层板16之间设有密封垫17，上、下层板分别设有注入接口和滤出接口，接口位置对应。使用时可以利用刺入型接口或者注射器穿过密封垫。这样每个芯片可以是一个独立的单元，每个芯片的培养腔室过滤室独立灌流，通过芯片的拼接、替换，可以实现不同规模的平行培养，或者比较不同培养条件下的微生物、细胞生长状态差异。

优选的，如图4所示，上封板、培养过滤层和下封板层之间通过螺栓19紧固连接，在上封板上设有密封圈18，密封圈位置对应培养室和加注通道的外缘。便于拆卸更换，上封板可拆卸，可以实现培养微生物、细胞的添加、取出等操作，便于进行后续的微生物、细胞的检测；下封板可拆卸，可以实现滤膜的更换，便于选择不同材质和孔隙的滤材。

实施例3

如图5所示，本发明提供了一种包括本发明灌流培养芯片的灌流系统，包括培养液储液袋，输送泵，灌流培养芯片，废液袋，和控制器。培养液储液袋与注入接口连通，废液袋与滤出接口连通。控制器控制输送泵的通断，输送泵将培养基储液袋中的培养基抽送至灌流培养芯片，灌流留出液通过废液袋流出。

优选的，还包括图像采集装置，图像采集装置在上封板对应培养腔室的位置上方采集培养室培养目标的图像，并传输至控制器。

以上所述实施例仅表达了本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims

1.一种灌流培养芯片，从上至下依次包括上封板、培养过滤层和下封板层，其特征在于，下封板设有注入接口和滤出接口，与注入接口位置对应的加注通道贯穿所述培养过滤层，并与所述培养过滤层中的培养室上方侧壁相连通，培养室底部的滤出孔与所述滤出接口位置对应。

2.根据权利要求1所述的灌流培养芯片，其特征在于，所述培养过滤层的培养室底部设有通孔，在培养室下方设有过滤室，所述过滤室从上至下依次设置过滤膜、过滤网、支撑层，支撑层中开设所述滤出孔。

3.根据权利要求1所述的灌流培养芯片，其特征在于，上封板与培养室对应位置为透明材质。

4.根据权利要求1所述的灌流培养芯片，其特征在于，所述下封板为双层板，上层板设有所述注入接口和滤出接口，下层板设有与接口对应的通道，通道连通至上封板表面。

5.根据权利要求1所述的灌流培养芯片，其特征在于，所述下封板为双层板，两板之间设有密封垫，上、下层板分别设有注入接口和滤出接口，接口位置对应。

6.根据权利要求2或4、5任一项所述的灌流培养芯片，其特征在于，所述培养过滤层底部加注通道的开口处设有入口密封圈，所述支撑层外缘设有出口密封圈，上封板、培养室层、过滤室层和下封板层之间键合、胶粘或热压连接。

7.根据权利要求2或4、5任一项所述的灌流培养芯片，其特征在于，上封板、培养室层、过滤室层和下封板层之间螺栓连接或紧固连接，在上封板上设有密封圈，密封圈位置对应培养室和加注通道的外缘。

8.根据权利要求5所述的灌流培养芯片，其特征在于，所述灌流培养芯片使用于空间微重力环境下。

9.根据权利要求2所述的灌流培养芯片，其特征在于，所述上封板、培养室层、过滤室层和下封板层材质采用玻璃、PMMA、ABS、COC材质中的一种或几种；滤膜材质采用醋酸纤维素、硝酸纤维素、混合纤维素、尼龙66、聚醚砜或PET，孔径为0.22um-8um；滤网材质采用聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、尼龙、玻璃纤维或石英砂，孔径为10-200um。

10.根据权利要求2所述的灌流培养芯片，其特征在于，所述培养过滤层设有多个培养室，每个培养室均对应设有过滤室能够独立灌流。

11.一种包括权利要求1或2所述灌流培养芯片的灌流系统，所述灌流系统包括培养液储液袋，输送泵，所述灌流培养芯片，废液袋，和控制器，其特征在于，控制器控制输送泵的通断，输送泵将培养基储液袋中的培养基抽送至所述灌流培养芯片，灌流留出液通过废液袋流出。

12.根据权利要求11所述的灌流系统，其特征在于，还包括图像采集装置，所述图像采集装置在上封板对应培养腔室的位置上方采集培养室培养目标的图像，并传输至控制器。