CN218146734U - 一种空间环境用微流控灌流培养集成芯片卡盒 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出一种空间环境用微流控灌流培养集成芯片卡盒，包括卡盒框架结构体、微流控灌流培养模块和气密型电连接器，卡盒框架结构体由中间框板、上、下盖板形成全密封结构，所述微流控灌流培养模块封闭在卡盒框架结构体内部，卡盒框架结构体通过气密型电连接器与外部控制设备连接。本实用新型的微流控灌流培养集成芯片卡盒为全封闭，内部的微生物与外界操作人员隔离，适用于空间环境下使用。

Description

一种空间环境用微流控灌流培养集成芯片卡盒

技术领域

本实用新型属于生物医学检测领域，具体涉及一种空间环境用微流控灌流培养集成芯片卡盒。

背景技术

在空间生命科学与生物技术方向，利用空间站提供的长期微重力、有规律的磁场和昼夜的快速交变，以及特殊辐射等环境条件，以促进对生命现象本质的理解和认识、探索科学规律为目标，开展生命体对重力变化的感应、空间辐射下的损伤，以及生命起源、演化、发育、繁殖等研究，开展利用空间条件的生物技术开发应用研究，促进现代生命科学和生物技术的发展，服务于人类健康和社会进步。

空间环境下对细胞培养装置的密封性能要求更高，现有技术中的灌流培养芯片与灌流设备间需要液体管路连接，在空间环境中更换芯片并重新连接管路不方便；芯片外接灌流管路，如果裸露在设备内则有液体泄漏的风险，影响设备正常运转，甚至会污染空间环境；如果将芯片与灌流设备做成一体，则不能重复利用机械与控制电器件，形成载荷浪费。

实用新型内容

为了克服现有技术上的问题，本实用新型提供了一种适用于空间环境的，可更换的微流控灌流培养集成芯片卡盒。其功能是将微生物培养所需要的培养基、培养腔室以及液体流路和控制阀门等部件集成到微流控芯片卡盒内部，提供全封闭式的微生物培养和检测环境，降低微生物培养芯片的人工更换操作难度，同时，避免了在更换过程中的生物样本泄漏风险。

本实用新型提供以下技术方案：

一种空间环境用微流控灌流培养集成芯片卡盒，包括卡盒框架结构体、微流控灌流培养模块和气密型电连接器，卡盒框架结构体由中间框板、上、下盖板形成全密封结构，所述微流控灌流培养模块封闭在卡盒框架结构体内部，卡盒框架结构体通过气密型电连接器与外部控制设备连接。

进一步的，所述微流控灌流培养模块和气密型电连接器设置在中间框板内，中间框板与上下盖板对应的两侧设有环形密封槽，密封槽内设有密封圈，上、下盖板与中间框板之间螺栓固定。

进一步的，所述微流控灌流培养模块包括储液单元、注射泵单元、分液控制单元和培养检测腔室单元。

进一步的，所述培养检测腔室单元固定在分液控制单元上，所述培养检测腔室单元由上盖板和中间孔板组成密封培养腔室，上盖板与中间孔板之间设有加热片和温度传感器，中间孔板与底部分液控制单元之间设有微生物过滤膜和密封垫圈，并通过滤膜将培养腔室与流路相连。

进一步的，所述储液单元的储液袋、废液袋通过螺栓固定在中间框板内，储液口和废液口分别连接到分液控制单元的进液通道、出液通道上，注射泵单元通过鲁尔接头连接在分液控制单元上，与储液袋液路连通，注射泵本体穿过中间框板的侧壁，中间框板内侧与注射泵本体对应位置设有密封槽，在密封槽内设有O型圈。

进一步的，在中间框板外侧设有中空密封螺钉，固定伸出中间框板的注射泵本体，在中间框板外侧设有可拆卸的限位块，用于存放时限制注射泵的推杆横向移动。

进一步的，所述的分液控制单元设有电磁阀，控制进液通道、出液通道的开闭。

进一步的，所述卡盒框架结构体的长为150-190mm，宽为80-100mm，厚度为20-25mm，培养检测腔室体积为200～300uL，储液袋、废液袋容积为5～10mL，注射泵容积为200-2000uL。

进一步的，在所述卡盒框架结构体侧面设有提手。

进一步的，气密型电连接器固定在中间框板上，气密型电连接器分别连接加热片、温度传感器和电磁阀，外部与控制设备对插。

采用上述技术方案，本实用新型具有如下有益效果：

(1)本实用新型的微流控灌流培养集成芯片卡盒为全封闭，内部的微生物与外界操作人员隔离，适用于空间环境下使用。

(2)全集成，微生物生长需要的培养基、灌流泵、生长检测腔室、恒温部件和废液存放均设计成单元组件，集成在模块中。

(3)易保存，模块将灭菌培养基和冻干菌粉分开内置，冷藏保存。易操作，采用模块化设计，配合外部控制设备工作。使用时，只需操作人员将卡盒从包装中取出，按照要求插入外部设备，并启动程序即可。

附图说明

图1是本实用新型的微流控灌流培养集成芯片卡盒的结构示意图；

图2是本实用新型微流控灌流培养模块的结构示意图；

图3是本实用新型培养检测腔室的侧视结构示意图。

其中：1-卡盒框架结构体、2-气密型电连接器、3-微流控灌流培养模块、4-培养检测腔室单元、41-上盖板、42-加热片、43-过滤膜、44-密封圈、 5-储液袋、6-废液袋、7-注射泵本体、8-中空密封螺钉、9-限位块、10-电磁阀、11-提手。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图及实施例，对本实用新型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实用新型，并不用于限定本实用新型。

实施例1

如图1、2所示，本实用新型提供了一种空间环境用微流控灌流培养集成芯片卡盒，包括卡盒框架结构体1、微流控灌流培养模块3和气密型电连接器3，卡盒框架结构体由中间框板、上、下盖板形成全密封结构，微流控灌流培养模块封闭在卡盒框架结构体内部，卡盒框架结构体通过气密型电连接器与外部控制设备连接。

微流控灌流培养模块和气密型电连接器设置在中间框板内，中间框板与上下盖板对应的两侧设有环形密封槽，密封槽内设有密封圈，上、下盖板与中间框板之间螺栓固定。微流控灌流培养模块进行生物样品的培养检测，气密型电连接器与外部电源和控制器连接，控制集成芯片卡盒内部的电气元件。通过设定好的灌流培养程序，控制灌流培养卡盒达到恒定的培养温度、复苏待培养微生物、提供定时定量的培养基灌注、检测微生物的 OD值和荧光值数据等功能。

卡盒框架结构体的长为150-190mm，宽为80-100mm，厚度为20-25mm。优选的，卡盒框架结构体的长为155mm，宽为85mm，厚度为24mm。在卡盒框架结构体侧面设有提手。操作人员只接触到灌流培养卡盒的外表面，避免人员操作中引入的污染导致微生物培养失败；同时，卡盒内部的微生物也不会泄漏到操作人员所在的环境中，避免对环境造成污染。

实施例2

如图3所示，微流控灌流培养模块包括储液单元、注射泵单元、分液控制单元和培养检测腔室单元。培养检测腔室单元4固定在分液控制单元上，培养检测腔室单元由上盖板41和中间孔板组成密封培养腔室，上盖板与中间孔板之间设有加热片42和温度传感器，中间孔板与底部分液控制单元之间设有微生物过滤膜43和密封垫圈44，并通过滤膜将培养腔室与流路相连。培养检测腔室体积可以为200～300uL，优选300uL。

储液单元的储液袋5、废液袋6通过螺栓固定在中间框板内，储液口和废液口分别连接到分液控制单元的进液通道、出液通道上，储液袋、废液袋容积可以为5～10mL，优选6mL。

注射泵本体7置于中间框板内，通过鲁尔接头固定在分液控制单元上，与储液袋液路连通，注射泵容积可以为1-2mL，优选1mL。注射泵本体穿过中间框板的侧壁，中间框板内侧与注射泵本体对应位置设有密封槽，在密封槽内设有O型圈。

在中间框板外侧设有中空密封螺钉8，固定伸出中间框板的注射泵本体，在中间框板外侧设有可拆卸的限位块9，用于存放时限制注射泵的推杆横向移动。

分液控制单元设有电磁阀，控制进液通道、出液通道的开闭。电磁阀的数量与培养腔室的数量相适应。气密型电连接器固定在中间框板上，气密型电连接器分别连接加热片、温度传感器和电磁阀，外部与控制设备对插。控制设备提供两路电磁阀的开关控制、温度传感器的实时温度读取、加热膜的供电等；同时外部控制设备还提供注射泵的推拉动力。

微流控灌流培养集成芯片卡盒复苏与培养控制过程：

1)将芯片卡盒插入装置中，启动控制程序；

2)首先控制加热膜开始加热，同时由温度传感器监控培养检测腔室单元的温度，并反馈调节加热膜，使得腔室的温度达到并恒定在37℃；

3)微生物复苏阶段：

a.装置拉动芯片卡盒的注射泵推杆，吸取储液袋中培养基800uL；

b.打开电磁阀阀1，接通注射泵与培养腔室1流路，推动注射泵灌注400uL培养基到培养腔室1；

c.保持阀1开启状态，打开阀2，切换注射泵流路到培养腔室2，继续推动注射泵灌注400uL培养基，完成两个腔室的液体灌注；

d.关闭阀1和阀2，在恒温37℃条件下保持1h，让微生物干粉完全复苏。

4)连续灌流培养与检测阶段：

a.根据研究需要，通过培养检测腔室单元的透明视窗对微生物进行OD值或者荧光值的检测；

b.装置拉动芯片卡盒的注射泵推杆，吸取储液袋中培养基800uL；

c.打开电磁阀阀1，接通注射泵与培养腔室1流路，推动注射泵灌注15uL培养基到培养腔室1；

d.保持阀1开启状态，打开阀2，切换注射泵流路到培养腔室2，继续推动注射泵灌注15uL培养基，完成两个腔室的液体灌注；

e.关闭阀1和阀2，保持10min静态培养，之后在重复c、d两步的操作完成间歇的持续灌流；

f.根据需要可以在每次灌流前完成检测，或者进行持续的检测；

g.根据实验需要整个灌流培养的过程可以持续8～12h，中途注射泵的液体量不足可以重复b步骤继续从储液袋吸取。

5)结束与关闭阶段：

a.培养结束，设备会自动将注射泵归零位，停止加热，关闭所以电磁阀；

b.取出灌流培养集成芯片卡盒包装后丢弃即可。

实施例3

本实用新型提供了一种空间环境用微流控灌流培养集成芯片卡盒的制备方法，包括以下步骤：

步骤一 组装微流控灌流培养模块，将储液单元、注射泵单元、培养检测腔室单元连接在分液控制单元上，各功能单元内部根据需求预装微生物干粉、培养基等，其中的电磁阀、加热膜和温感传感器的引线与气密型电连接器连接；

步骤二 将微流控灌流培养模块固定连接在中间框板上，包括储液袋、废液袋及其管路的固定；

步骤三 注射泵穿过中间框板，将O圈套在注射泵本体外，注射泵锁紧固定在鲁尔接头上，O圈送进中间框板的密封槽中，中空密封螺钉套装固定在注射泵本体外，限位块卡接推杆；

步骤四 在中间框板内外两侧的环形密封槽内加装密封圈，将上、下盖板与中间框板的四周用螺栓连接。

经实验测试，本申请的卡盒整体能提供整体密封，当卡盒内部压力达到1.2个大气压时，仍然能保证卡盒内容物不会泄漏。能够保证在真空环境或者当卡盒外部完全失压的极端情况下，卡盒不会发生泄漏风险。

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

Claims (10)

1.一种空间环境用微流控灌流培养集成芯片卡盒，包括卡盒框架结构体、微流控灌流培养模块和气密型电连接器，其特征在于，卡盒框架结构体由中间框板、上、下盖板形成全密封结构，所述微流控灌流培养模块封闭在卡盒框架结构体内部，卡盒框架结构体通过气密型电连接器与外部控制设备连接。

2.根据权利要求1所述的微流控灌流培养集成芯片卡盒，其特征在于，所述微流控灌流培养模块和气密型电连接器设置在中间框板内，中间框板与上下盖板对应的两侧设有环形密封槽，密封槽内设有密封圈，上、下盖板与中间框板之间螺栓固定。

3.根据权利要求2所述的微流控灌流培养集成芯片卡盒，其特征在于，所述微流控灌流培养模块包括储液单元、注射泵单元、分液控制单元和培养检测腔室单元。

4.根据权利要求3所述的微流控灌流培养集成芯片卡盒，其特征在于，所述培养检测腔室单元固定在分液控制单元上，所述培养检测腔室单元由上盖板和中间孔板组成密封培养腔室，上盖板与中间孔板之间设有加热片和温度传感器，中间孔板与底部分液控制单元之间设有微生物过滤膜和密封垫圈，并通过滤膜将培养腔室与流路相连。

5.根据权利要求3所述的微流控灌流培养集成芯片卡盒，其特征在于，所述储液单元的储液袋、废液袋通过螺栓固定在中间框板内，储液口和废液口分别连接到分液控制单元的进液通道、出液通道上，注射泵单元通过鲁尔接头连接在分液控制单元上，与储液袋液路连通，注射泵本体穿过中间框板的侧壁，中间框板内侧与注射泵本体对应位置设有密封槽，在密封槽内设有O型圈。

6.根据权利要求5所述的微流控灌流培养集成芯片卡盒，其特征在于，在中间框板外侧设有中空密封螺钉，固定伸出中间框板的注射泵本体，在中间框板外侧设有可拆卸的限位块，用于存放时限制注射泵的推杆横向移动。

7.根据权利要求3所述的微流控灌流培养集成芯片卡盒，其特征在于，所述的分液控制单元设有电磁阀，控制进液通道、出液通道的开闭。

8.根据权利要求2所述的微流控灌流培养集成芯片卡盒，其特征在于，所述卡盒框架结构体的长为150-190mm，宽为80-100mm，厚度为20-25mm，培养检测腔室体积为200～300uL，储液袋、废液袋容积为5～10mL，注射泵容积为200-2000uL。

9.根据权利要求2所述的微流控灌流培养集成芯片卡盒，其特征在于，在所述卡盒框架结构体侧面设有提手。

10.根据权利要求4或7所述的微流控灌流培养集成芯片卡盒，其特征在于，气密型电连接器固定在中间框板上，气密型电连接器分别连接加热片、温度传感器和电磁阀，外部与控制设备对插。

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