WO2023092325A1 - 用于培养单层细菌的装置及模具 - Google Patents

Abstract

本发明提供了用于培养单层细菌的装置及模具。该装置包括微流体芯片和加压模块；在使用状态下，加压模块通过加压片向微流体芯片的培养体施加压力，使培养体设有微流体通道的一侧表面与透明板紧密接触。本发明的装置能够实现单层细菌的连续培养，单层细菌的图像可进行有效处理，对依赖显微镜图像处理的科学工作比如研究细菌生长运动规律具备着重要的意义。

Description

用于培养单层细菌的装置及模具 技术领域

本发明涉及一种用于培养单层细菌的装置及模具，属于细菌培养技术领域。

背景技术

在单细菌尺度上细菌的生长规律，基因表达等是微生物学上的重要研究方向，而显微镜成像是其活细胞研究体系中的重要组成部分。细菌被制成样本放置在流体、琼脂表面等培养体系中，进入显微镜中观察和成像。细菌在这些体系中长期生长不可避免地会形成生物被膜或者类似紧密的三维结构，至今多维结构细菌的识别和追踪是微生物学研究的难点，在显微镜成像中，这类体系中的细菌不易在单细菌尺度上的实现对细菌连续的识别与追踪。因此，为了在单细菌尺度上研究细菌的长期规律和细菌相互作用，需要一种方法将细菌束缚在表面，实现细菌在二维平面长期生长但不会形成三维结构。

传统的实验方法是将单个细菌束缚在狭小的通道内，通道宽度与细菌宽度相近并沿着细菌长轴分布，此类设计去除细菌分裂后的子代，而母代细菌一直在显微镜观测中。这类设计局限性在于一个通道只能培养一个细菌，数据通量小且无法研究细菌之间相互作用。然而研究者往往在研究单细菌的定向进化筛选，细菌相互作用时，需要高通量的数据。因此，迫切希望一种能够提供在单细菌尺度上高通量长时间的显微镜观察装置，在单细菌尺度上研究细菌生长规律和细菌相互作用具有重要意义。

目前在长时间的单细菌尺度上的研究方法以微流控技术为主，适用于研究单个母代细菌的长时间生长规律，文献1(Wang,P.；Robert,L.；Pelletier,J.；Dang,W.L.；Taddei,F.；Wright,A.；Jun,S.,Robust Growth of Escherichia coli.Current Biology 2010,20(12),1099-1103.)首次报道了此类微流控技术的制作和应用。设计分为流体主通道和细菌培养通道，细菌培养通道只有一端与主通道相连，生长的细菌进入主通道被流体冲出，而另一端的细菌长时间束缚在槽内，细菌获取的营养主要依赖培养基在液体中的扩散。文献2(Moffitt,J.R.；Lee,J.B.；Cluzel,P.,The single-cell chemostat:an agarose-based,microfluidic device for high-throughput,single-cell studies of bacteria and bacterial communities.Lab on a Chip 2012,12(8),1487-1494)报道了一种结合琼脂块的单细菌连续培养装置，设计与文献1类似，该装置包括细菌培养通道和流体主通道，区别在于细菌被琼脂块压在狭小的沟槽内(沟槽宽度小于细菌宽度)，通过软光刻技术制备的具有微结构的琼脂块被压入具有空腔的PMDS芯片中，琼脂块在宽度和高度上略大于空腔， 利用过盈量施加压力将细菌束缚在沟槽中生长。

如上所述，给细菌施加的压力是由琼脂块被压缩后形变所提供的，凝胶表面的沟槽确保细菌被束缚生长方向。由于压力是通过软凝胶过盈配合施加的，整个实验过程中压力难以调节。主通道内流速过高，流体压强过大会导致琼脂块压不住细菌，从而细菌生长成多层结构。此外，细菌被束缚在沟槽中一维阵列生长，也会限制细菌的密度和生长的方向。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种用于培养单层细菌的装置，该装置是一种压力可以调节的培养装置。

为达到上述目的，本发明首先提供了一种用于培养单层细菌的装置，其是一种微流芯片装置，其中，该装置包括微流体芯片和加压模块；

所述微流体芯片包括芯片本体、培养体、固定片、透明板；

所述培养体的一侧表面设有若干条微流体通道；

所述芯片本体中间设有容纳培养体的腔室；

所述芯片本体的底面设有培养基通道和废液通道，并且，所述培养基通道的一端设有延伸至所述芯片本体外部的培养基注入口，另一端与所述若干条微流体通道连通，所述废液通道的一端设有延伸至所述芯片本体外部的废液出口，另一端与所述若干条微流体通道连通；

所述透明板覆盖所述容纳培养体的腔室的底面、培养基通道和废液通道；

所述加压模块包括加压模块本体、覆盖片、加压片；

所述加压模块本体内设有贯通的气体腔室，并且，所述覆盖片封闭所述气体腔室的顶部，所述加压片封闭所述气体腔室的底部；所述加压模块设有向所述气体腔室通气的进气通道；

在使用状态下，所述培养体设于所述容纳培养体的腔室内，所述固定片将所述培养体固定到所述芯片本体的顶面，所述加压模块通过所述加压片向所述微流体芯片的培养体施加压力，使所述培养体设有微流体通道的一侧表面与所述透明板紧密接触。

根据本发明的具体实施方案，在上述用于培养单层细菌的装置中，微流体芯片用于细菌的培养，加压模块用于通过密闭的气体腔室中的气体向微流体芯片进行加压，通过控制气体的压力就可以实现对于压力的调节，在使用时可以根据通流时所需要的速度进行压力调节。而且，微流体芯片与加压模块两者相互独立，加压模块可以重复使用。微 流体芯片、加压模块的形状和尺寸相互协调，优选整体上为长方体形。

根据本发明的具体实施方案，在微流体芯片中，培养体的一侧表面(优选底面，即与透明板接触的面)设有的若干条微流体通道用于注入培养基缓冲液，以培养细菌，微流体通道的数量可以根据需要进行设置。培养体表面的微流体通道可以形成图案化，优选地，所述若干条微流体通道为若干条相互连通的沟槽，例如由若干条横向的微流体通道与若干条纵向的微流体通道组成微流体通道网。微流体通道可以采用常规的方式形成于培养体的表面，例如软光刻技术。通过设计，可以使培养体的表面可以设置多个压细菌的培养区域(即通过设计，使培养体表面通过微流体通道进行划分、形成不同的区域)，可以高通量采集细菌数据。

根据本发明的具体实施方案，在微流体芯片中，芯片本体中间设置的容纳培养体的腔室与培养体的尺寸相适应，培养体与腔室的形状可以是任何适当的形状，优选为长方体。

根据本发明的具体实施方案，在微流体芯片中，芯片本体的底面设有培养基通道和废液通道，其中，培养基通道用于向微流体通道注入培养基缓冲液，废液通道用于将多余的培养基缓冲液排出。培养基通道的一端设有延伸至芯片本体外部的培养基注入口(优选地，培养基注入口为至少一个贯穿芯片本体的孔，由此，培养基注入口延伸至芯片本体的上表面，从而便于培养基的注入操作)，另一端与若干条微流体通道连通(培养基通道可以为喇叭形或者扇形，其中，较窄的一端与培养基注入口连接，较宽的一端与微流体通道连通)，废液通道的一端设有延伸至芯片本体外部的废液出口(优选地，废液出口为至少一个贯穿芯片本体的孔，由此，废液出口延伸至芯片本体的上表面，从而便于培养基废液的排出操作)，另一端与若干条微流体通道连通(废液通道可以做成喇叭形或者扇形，其中，较窄的一端与废液出口连接，较宽的一端与微流体通道连通)。优选地，所述培养基通道和所述废液通道分别为设于所述芯片本体的底面上的沟槽。优选地，所述培养基通道、所述废液通道分别与所述微流体通道的两端连通，从而形成连通的通道，便于培养基缓冲液顺畅流动。

根据本发明的具体实施方案，在微流体芯片中，透明板覆盖容纳培养体的腔室的底面、培养基通道和废液通道，用于压住细菌，以便进行培养。该透明板可以是玻璃板或树脂板，采用透明板可以便于观察细菌的生长情况。在使用状态下，当培养体被加压模块加压时，培养体被压在透明板之上，培养体底面上的微流体通道之外的区域会与透明板紧密接触，从而压住部分细菌，以便于进行培养。由于培养基缓冲液可以通过微流体 通道不断进入，从而能够为这些被压住的细菌提供营养。其中，通过将微流体通道设计成四周是流体通道的形式(例如网状)，可以使细菌被挤压进入通道然后被冲走，从而进行长时间的连续培养。培养基的流速可以根据实验需要进行调节，同时培养体上的压力也可以根据流速大小进行调整，从而达到适当的平衡。细菌被压在培养体与透明板之间进行单层生长，为细菌的显微镜成像及后续的图像处理提供便利。

根据本发明的具体实施方案，在上述用于培养单层细菌的装置中，加压模块包括加压模块本体、覆盖片、加压片；加压模块本体内设有贯通的气体腔室，并且，所述覆盖片封闭所述气体腔室的顶部，所述加压片封闭所述气体腔室的底部，从而由覆盖片、加压片、加压模块本体的侧壁组合形成一个密闭的腔室。所述加压模块设有向所述气体腔室通气的进气通道；该进气通道可以是设于加压模块侧壁上的一个通孔；该通孔外部可以设置便于连接气源的部件，例如中空的钢针，可以将钢针的一节涂抹胶水后插入相应的位置，以与气腔连通。气腔也可以设有适当的出气口，以便于放气、减少降压时间，这种方式适用于需要快速压力变换的用途场景。在使用状态下，培养体设于容纳培养体的腔室内，固定片(例如胶带，PMMA双面胶)将培养体固定到芯片本体的顶面，加压模块通过加压片(优选为具有一定弹性的膜片，例如透明胶布，借助于膜片的弹性，当给气腔通气时，加压片向外形变，从而将压力作用在培养体之上)向微流体芯片的培养体施加压力，使培养体设有微流体通道的一侧表面与透明板紧密接触，从而压住细菌。加压模块的覆盖片优选为玻璃或透明树脂片。加压模块的气体腔室上下表面是透明的，可以作为透明窗口，便于显微镜观察。

根据本发明的具体实施方案，优选地，所述加压模块的底部设有限位条(例如凸起于底面的凸棱或长方体形凸条)，用于将加压模块与微流体芯片进行固定，将二者的位置相对固定，避免出现错位、移位。限位条的形状、尺寸以及多条限位条之间的相对位置、距离等可以与微流体芯片等形状、尺寸相适配，例如：限位条可以有两根，二者之间的间距可以与长方体形的微流体芯片的宽度尺寸相适应，从而将微流体芯片卡在两根限位条之间，实现固定。

根据本发明的具体实施方案，优选地，所述气体腔室的底面的开孔部分覆盖所述培养体的顶面。该开孔部分只要能够覆盖需要加压的区域即可，并不要求覆盖培养体的整个顶面。

根据本发明的具体实施方案，优选地，该用于培养单层细菌的装置还包括底座，该底座设有用于容纳所述微流体芯片的槽。该底座可以与显微镜进行适配，以便于将用于 培养单层细菌的装置固定到显微镜载物台上进行观察。在使用时，微流体芯片置于底座中间的槽内，加压模块置于微流体芯片之上，并且加压模块底部的限位条卡入微流体芯片与上述槽的侧壁之间的空间之内，从而将微流体芯片以及加压模块都予以固定。

根据本发明的具体实施方案，在使用状态下，将底座、微流体芯片和加压模块安装好，进气口插上通气管，将整套装置放置在显微镜平台上进行实验。通气时，加压片的变形量可以转变成施加在培养体上面的压力，这种压力可以把细菌束缚在玻璃表面上。实验过程中，培养基缓冲液可以冲走主通道里的细菌，并给培养体压住的细菌提供营养。

根据本发明的具体实施方案，优选地，该装置还包括若干个螺钉；所述加压模块上设有与螺钉数量相同的通孔，所述底座设有对应于所述通孔的螺孔，在使用状态下，所述螺钉穿过所述加压模块上的通孔、并拧接入所述螺孔之中，将所述加压模块、所述微流体芯片固定到所述底座上。

根据本发明的具体实施方案，优选地，所述底座设有限位销，所述加压模块本体上设有相应的限位口或限位孔；所述限位销和限位口或限位孔用于在使用状态下对所述加压模块进行限位。

根据本发明的具体实施方案，优选地，所述培养体的材质为琼脂糖(Agarose)。

根据本发明的具体实施方案，在上述用于培养单层细菌的装置中，微流体芯片的芯片本体可以是PDMS(聚二甲基硅氧烷)材质的，加压模块的材质可以是塑料、树脂、金属或合金等。

本发明还提供了一种用于制备上述用于培养单层细菌的装置的微流体芯片的芯片本体的模具，其包括：

模具底座、内嵌玻璃、通道模块、培养体腔室模块、阻流圈、玻璃片；其中：所述模具底座的中间部分设有凹槽，所述培养体腔室模块的底部设有通槽；

其中，在使用状态下，所述内嵌玻璃置于所述模具底座的凹槽之中；

所述通道模块设于所述内嵌玻璃之上用于形成培养基通道和废液通道；

所述培养体腔室模块设于所述内嵌玻璃之上，用于形成容纳培养体的腔室；所述培养体腔室模块的通槽覆盖所述通道模块的中间部分；

所述阻流圈设于所述内嵌玻璃之上并包围所述通道模块、所述培养体腔室模块，用于形成芯片本体；

所述玻璃片覆盖在所述阻流圈顶部。

根据本发明的具体实施方案，模具底座以及中间的凹槽、内嵌玻璃的形状整体上可 以为长方形(长方形片)，并且内嵌玻璃与凹槽的尺寸相互配合。在使用时，内嵌玻璃置于模具底座的凹槽之中，作为制造微流体芯片的芯片本体的台面。采用内嵌玻璃能够保证材料固化后形成的微流体芯片的芯片本体的底面是光滑平整的。模具底座的适当位置可以设置螺钉安装孔，以便于连接与固定。

根据本发明的具体实施方案，培养体腔室模块的上表面四周设有突出的尖角，以便使所形成的培养体腔室的上表面边缘形成倒角，便于放入培养体。

根据本发明的具体实施方案，在使用状态下，通道模块设于内嵌玻璃之上用于形成培养基通道和废液通道；通道模块的形状可以根据所需要形成的培养基通道、废液通道的形状确定，并且，该通道模块可以是一个整体，也可以由若干个部分组成。

根据本发明的具体实施方案，优选地，所述模具底座上设有第一定位销，用于对内嵌玻璃、通道模块、培养体腔室模块进行定位。具体地，第一定位销能够在内嵌玻璃、培养体腔室模块、通道模块放进模具底座时起到限位的作用。

根据本发明的具体实施方案，优选地，所述模具底座上设有第二定位销，用于对阻流圈进行定位。

根据本发明的具体实施方案，优选地，所述阻流圈的顶部设有沟槽。该沟槽用于使形成芯片本体时溢出的多余材料流出。阻流圈的其他部位也可以设有适当的沟槽，以便于制备过程的进行。

根据本发明的具体实施方案，优选地，所述阻流圈为磁性材料，并且，该模具还包括至少一块磁铁；在使用状态下，所述磁铁设于所述玻璃片的上部，用于将所述玻璃片固定到所述阻流圈之上。通过磁铁将玻璃片紧密固定在阻流圈之上，便于制备过程的进行。

根据本发明的具体实施方案，使用上述模具制备微流体芯片的芯片本体时可以按照以下步骤进行：

将内嵌玻璃置于模具底座的凹槽之中；

将通道模块置于内嵌玻璃的中央；

将培养体腔室模块置于内嵌玻璃之上，并使其底部的通槽覆盖通道模块的中间部分；

将阻流圈置于内嵌玻璃之上、并围绕在培养体腔室模块的四周，包围通道模块、培养体腔室模块；

向阻流圈与培养体腔室模块之间的空间注入材料(例如PDMS)，利用玻璃片覆盖 阻流圈的顶部并通过磁铁将其压紧，使多余的材料通过阻流圈顶部的沟通流出；待材料完全固化后脱模，得到芯片本体。将脱模后的芯片本体与透明板经过等离子处理后粘合，即可得到具有腔室的微流体芯片，配上相应的培养体即为微流体芯片。

对于培养基通道相应的培养基入口、废液通道相应的废液出口，可以在通道模块上设置相应的结构予以一体成型，也可以在制备得到芯片本体之后，通过开槽、钻孔等方式形成。

根据本发明的具体实施方案，对于微流体芯片的培养体，可以采用中间带有相应形状的凹槽的模具进行，并且，可以配合适当的负模。

制备培养体时，可以采用“正-负-正”工艺进行：首先使用软光刻等技术创建具有微观结构的硅片，如图2a和图2b所示，结构图案不局限于如图2a和图2b所示的方形结构；然后在硅片上倾倒液态PDMS或其他适当的材料，在80℃烘箱中使材料固化后成为负模。

为了使液态的琼脂糖等完全浸润PDMS负模并且不产生气泡，可以对具有微观结构的负模表面进行等离子处理，以使其表面具有亲水性。

制备培养体的模具可以借助上述制备微流体芯片的芯片本体的模具进行制备，具体如下：

将培养体腔室模块和通道模块替换为相应尺寸的长方体模块(如图11所示)，其他操作与制备芯片本体相同，脱模后得到中间具有镂空部位的上模(倒琼脂糖的模具)，与负模组装成制备培养体的模具，如图10所示；其中，负模具有微观结构的表面朝上，上模的中间镂空部分正对负模上具有微观结构的区域；组装完成后将液态的琼脂糖倒入上模中间镂空部位，立刻把玻璃片贴在上表面，然后均匀用力下压玻片从而将多余的琼脂糖被挤出，确保琼脂糖面的平整以及琼脂糖块的高度。待中间的琼脂糖块冷却凝固后，将上面的玻璃片沿着一角慢慢揭开，并及时对边缘残留的琼脂糖进行清理，防止边缘残留的琼脂糖影响培养体(琼脂糖块)表面的平整度，得到印有和硅片图案一致的琼脂糖块，即培养体。

等待培养体(琼脂糖块)基本晾干至所需要求后，将模具整体翻面，并揭开PDMS负模，这时培养体(琼脂糖块)印有微流体通道的一面朝上。在使用时，用移液枪在微流体通道中滴上一定体积的菌液，待菌液晾干后(即看见微流体通道后)，将滴有菌液的培养体放入图1a和图1b所示的具有腔室的微流体芯片的培养体腔室中(培养体印有微流体通道的一面朝下，放入快接近透明板的位置即可)。其中，培养体的长宽高可以 有一定的过盈量，保证风干后的培养体放入后不会有缝隙，芯片本体的上表面可以设置固定片(例如贴上PMMA双面胶，只需要粘一面即可)，避免培养基从芯片和琼脂糖块的缝中流出，即可得到实验用的芯片装置，如图3所示。培养基入口及废液出口处可以分别插上软管，有时实验需要切换培养基，则入口处的软管可以连接单向阀，避免不同培养基之间回流。

本发明的用于培养单层细菌的装置分为加压模块与微流体芯片两部分，两者相互独立，其中加压模块可以重复使用，能够有效的降低成本。该加压模块是一种气体加压装置，压力可以调节，由此，该用于培养单层细菌的装置可根据通流时需要的速度进行压力调节。通过加压模块可以将细菌压在培养体与透明板的表面之上，并借助培养体表面形成的微流体通道注入培养基缓冲液，以便给被压住的细菌提供营养；在给细菌补充营养的同时，流体也可冲走不需要的细菌，压住的细菌则会被束缚在平面上二维生长，实现单层细菌的培养。培养基的流速可以根据实验需求调节，同时培养体上的压力也可根据流速大小进行调节以达到平衡。

本发明利用琼脂糖块制成的培养体的柔软和小分子易扩散的特性，设计具有“沟壑”的微通道结构，能够将细菌压在平面上，缓冲液会冲走沟槽部分的细菌，并会通过培养体扩散营养给压住的细菌，保证细菌生长过程所需要的营养。

采用本发明的用于培养单层细菌的装置可以使细菌被压在培养体(琼脂糖块)与透明板(盖玻片)表面单层生长，为细菌的显微镜成像及后续的图像处理提供便利。整个实验流程操作简单，效率高，成功率高，能够极大地提高实验效率。

本发明的装置能够实现单层细菌的连续培养，单层细菌的图像可进行有效处理，对依赖显微镜图像处理的科学工作比如研究细菌生长运动规律具备着重要的意义。可以采集二维平面的细菌，进行高通量的数据分析，提高研究效率。整套装置也可以用来研究细菌对不同力的响应，通过对细菌施加不同的压力在显微镜下监测细菌在压力或者压力变化下的基因表达、生长规律等。

附图说明

图1a和图1b为微流体芯片的结构示意图。

图2a和图2b为具有微观结构的硅片的结构示意图。

图3为微流体芯片的组装示意图。

图4为加压模块的结构示意图。

图5为加压模块本体的正面示意图。

图6a和图6b分别为用于培养单层细菌的装置的爆炸视图和组装示意图。

图7a、图7b、图7c分别为用于培养单层细菌的装置组装之后的主视图、A-A向剖面视图和B-B向剖面视图。

图8和图9分别为制备芯片本体的第一模具的爆炸视图和组装示意图。

图10为倒琼脂糖的模具与PDMS负模组装成的第二模具的结构示意图。

图11为用于制备倒琼脂糖模具的模具的结构示意图。

主要附图标号说明：

微流体芯片1

芯片本体101、培养体102、固定片103、透明板104、微流体通道105、容纳培养体的腔室106、培养基通道107、废液通道108、培养基注入口109、废液出口110

加压模块2

加压模块本体201、覆盖片202、加压片203、气体腔室204、进气通道205、中空钢针206、卡槽207、限位条208、通孔209、限位缺口210

底座3

槽301、限位销302、螺孔303、螺钉304

第一模具4

模具底座401、内嵌玻璃402、通道模块403、培养体腔室模块404、阻流圈405、玻璃片406、磁铁407、第一定位销408、第二定位销409、定位口410、缺口411、沟槽412

第二模具5

倒琼脂糖模具501、PDMS负模502、长方体模块503

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和有益效果有更加清楚的理解，现对本发明的技术方案进行以下详细说明，但不能理解为对本发明的可实施范围的限定。

实施例1

本实施例提供了一种用于培养单层细菌的装置，其中，该装置包括微流体芯片1(如图1a、图1b、图3所示)、加压模块2(如图4、图5所示)和底座3(如图6a和图6b所示)；

微流体芯片1整体为长方体形，其包括芯片本体101、培养体102、固定片103、透明板104；

培养体102的材质为琼脂糖，整体上为长方体形，底面设有若干条微流体通道105，如图2b；培养体102的底面为矩形，微流体通道105沿着长度方向设置；微流体通道105的数量根据需要进行设置，并且在培养体102底面的不同区域可以设计不同的微流体通道单元，以作为不同压细菌的培养区域，实现高通量采集细菌数据；

芯片本体101的材质为PDMS，整体上为长方体形，中间设有容纳培养体102的贯通的容纳培养体的腔室106；该容纳培养体的腔室106与培养体102的形状、尺寸相互适配；

芯片本体101的底面设有培养基通道107和废液通道108，二者是在芯片本体101底面上开设的喇叭形沟槽；培养基通道107和废液通道108各自的宽口处分别设于培养体102的底面矩形的短边上，分别与微流体通道105连通，培养基通道107、废液通道108各自的窄口处分别设有延伸至芯片本体101外部的培养基注入口109、废液出口110；

固定片103为PMMA双面胶，用于将培养体102固定到芯片本体101的顶面；

透明板104为玻璃片，便于观察细菌的生长情况；该透明板104覆盖容纳培养体的腔室106的底面、培养基通道107和废液通道108，从而构成培养基的流通通道；

加压模块2整体为长方体形，其包括加压模块本体201、覆盖片202、加压片203；

加压模块本体201内设有贯通的气体腔室204；覆盖片202为一块玻璃片，封闭气体腔室204的顶部，并且，该气体腔室204的顶部侧壁设有相应的卡槽207；加压片203为具有适当弹性、黏性的透明胶布，封闭气体腔室206的底部，从而形成一个密闭的腔室；

加压模块2的侧壁上设有向气体腔室206通气的进气通道205，该进气通道205连接有中空钢针206，以便与外部气源连接；

加压模块2的底部设有沿着宽度方向设置的限位条208(凸起于底面的两条凸棱)，用于将加压模块2与微流体芯片1进行固定；两条限位条208之间的距离与微流体芯片1的芯片本体101的宽度适配；

底座3整体为长方体形，与显微镜的载物台适配。底座3的中间部分设有用于容纳微流体芯片1的槽302，该槽302的截面为长方形，其尺寸、形状与微流体芯片1适配。

底座3设有限位销302，与加压模块本体201上设置的相应的限位缺口210适配，用于对加压模块2进行限位。

底座3上设有螺孔303，螺钉304穿过加压模块本体201上设置的通孔209固定到螺孔303之中，实现对于微流体芯片1、加压模块2、底座3的固定。

如图6a、图6b所示，在使用时，将滴有菌液并晾干的培养体102设于容纳培养体的腔室106内，固定片103将培养体102固定到芯片本体101的顶面。微流体芯片1置于底座3上的槽301之中，加压模块2通过限位条208卡在微流体芯片1的芯片本体101上，二者成90°夹角，并且，限位条208插入微流体芯片1与槽301之间的空隙之中，将微流体芯片1固定，同时也实现对于加压模块2的固定，固定之后，气体腔室206底面的开孔部分覆盖培养体102的顶面，并不要求完全覆盖培养体102的整个顶面。螺钉304穿过通孔209并旋入螺孔303之中，将微流体芯片1、加压模块2、底座3固定到一起。图7a、图7b、图7c分别为组装之后的主视图、A-A向剖面视图和B-B向剖面视图。

加压模块2通过加压片203向微流体芯片1的培养体102施加压力，使培养体102设有微流体通道105的一侧表面与透明板104紧密接触。

在进行培养时，通过培养基入口109注入培养基缓冲液，培养基缓冲液进入培养基通道107进入微流体通道105，为被压住的细菌提供营养，同时将多余的细菌冲走，进入废液通道108，最终经过废液出口110排出。

完成培养之后，将该装置置于显微镜的载物台上，可以直接进行观察。

实施例2

本实施例提供了一种模具，其是用于制备实施例1中的芯片本体101，称为第一模具4。

如图8所示，该第一模具4包括：模具底座401、内嵌玻璃402、通道模块403、培养体腔室模块404、阻流圈405、玻璃片406、若干块磁铁407；其中：

模具底座401整体为长方体形，中间部分设有凹槽，用于容纳内嵌玻璃402；模具底座401的凹槽部分设有螺钉安装孔，以便于连接与固定；模具底座401上设有第一定位销408，内嵌玻璃402、通道模块403、培养体腔室模块404则设有相应的通孔或盲孔，以便于插入第一定位销408进行定位；模具底座401上还设有第二定位销409，用于对阻流圈405进行定位，阻流圈405的外侧设有相应的定位口410；

培养体腔室模块404的底部设有通槽；培养体腔室模块404的上表面四周设有突出的尖角，以便使所形成的容纳培养体的腔室106的上表面边缘形成倒角，便于放入培养体102；

通道模块403设于内嵌玻璃402之上用于形成培养基通道107和废液通道108；对于培养基通道107相应的培养基入口109、废液通道108相应的废液出口110，可以在通道模块403上设置相应的结构予以一体成型，也可以在制备得到芯片本体101之后， 通过开槽、钻孔等方式形成；

培养体腔室模块404设于内嵌玻璃402之上，用于形成容纳培养体的腔室106；培养体腔室模块404的通槽覆盖通道模块403的中间部分；

阻流圈405设于内嵌玻璃402之上并包围通道模块403、培养体腔室模块404，用于形成芯片本体101；阻流圈405的顶部设有沟槽412，如图9所示；该沟槽412用于使形成芯片本体时溢出的多余材料流出；阻流圈405的其他部位也可以设有适当的沟槽，以便于制备过程的进行；阻流圈405的上沿设有至少一个缺口411，以便于更方便地取下玻璃片406；

玻璃片406覆盖在阻流圈405顶部，阻流圈405的材质为磁性材料，磁铁407设于玻璃片406的上表面，通过磁性将玻璃片406固定到阻流圈405顶部。

使用上述模具制备微流体芯片的芯片本体时可以按照以下步骤进行：

将内嵌玻璃402置于模具底座401的凹槽之中，并通过第一定位销408进行定位；

将通道模块403置于内嵌玻璃402的中央，并通过第一定位销408进行定位；

将培养体腔室模块404置于内嵌玻璃402之上，并使其底部的通槽覆盖通道模块403的中间部分，并通过第一定位销408进行定位；

将阻流圈405置于内嵌玻璃402之上并通过第二定位销409进行定位，该阻流圈405围绕在培养体腔室模块404的四周，包围通道模块403、培养体腔室模块404；

向阻流圈405与培养体腔室模块404之间的空间注入PDMS，利用玻璃片406覆盖阻流圈405的顶部并通过磁铁407将其压紧，使多余的材料通过阻流圈405顶部的沟通412流出；待PDMS完全固化后脱模，得到芯片本体101。将脱模后的芯片本体101与透明板104经过等离子处理后粘合，即可得到具有腔室的微流体芯片1。

实施例3

对于微流体芯片1的培养体102，可以采用中间带有相应形状的凹槽的模具进行，并且，可以配合适当的负模，称为第二模具5，具体如图10所示。

该第二模具5包括倒琼脂糖模具501、PDMS负模502。其中，制备倒琼脂糖模具501时可以借助实施例2提供的模具，只不过将培养体腔室模块404和通道模块403替换为相应尺寸的长方体模块503(如图11所示)，其他操作与制备芯片本体相同，脱模后得到中间具有镂空部位的倒琼脂糖模具501，与PDMS负模502组装成制备培养体的第二模具5。

Claims (15)

1. 一种用于培养单层细菌的装置，其中，该装置包括微流体芯片和加压模块；

   所述微流体芯片包括芯片本体、培养体、固定片、透明板；

   所述培养体的一侧表面设有若干条微流体通道；

   所述芯片本体中间设有容纳培养体的腔室；

   所述芯片本体的底面设有培养基通道和废液通道，并且，所述培养基通道的一端设有延伸至所述芯片本体外部的培养基注入口，另一端与所述若干条微流体通道连通，所述废液通道的一端设有延伸至所述芯片本体外部的废液出口，另一端与所述若干条微流体通道连通；

   所述透明板覆盖所述容纳培养体的腔室的底面、培养基通道和废液通道；

   所述加压模块包括加压模块本体、覆盖片、加压片；

   所述加压模块本体内设有贯通的气体腔室，并且，所述覆盖片封闭所述气体腔室的顶部，所述加压片封闭所述气体腔室的底部；所述加压模块设有向所述气体腔室通气的进气通道；

   在使用状态下，所述培养体设于所述容纳培养体的腔室内，所述固定片将所述培养体固定到所述芯片本体的顶面，所述加压模块通过所述加压片向所述微流体芯片的培养体施加压力，使所述培养体设有微流体通道的一侧表面与所述透明板紧密接触。
2. 根据权利要求1所述的用于培养单层细菌的装置，其中，所述若干条微流体通道为若干条相互连通的沟槽。
3. 根据权利要求1所述的用于培养单层细菌的装置，其中，所述培养基通道和所述废液通道分别为设于所述芯片本体的底面上的沟槽。
4. 根据权利要求1或3所述的用于培养单层细菌的装置，其中，所述培养基通道、所述废液通道分别与所述微流体通道的两端连通。
5. 根据权利要求1所述的用于培养单层细菌的装置，其中，所述培养基注入口为至少一个贯穿所述芯片本体的孔，所述废液出口为至少一个贯穿所述芯片本体的孔。
6. 根据权利要求1所述的用于培养单层细菌的装置，其中，所述加压模块的底部设有限位条，用于将所述加压模块与所述微流体芯片进行固定。
7. 根据权利要求6所述的用于培养单层细菌的装置，其中，所述气体腔室的底面的开孔部分覆盖所述培养体的顶面。
8. 根据权利要求1-7任一项所述的用于培养单层细菌的装置，其中，该用于培养单 层细菌的装置还包括底座，该底座设有用于容纳所述微流体芯片的槽。
9. 根据权利要求8所述的用于培养单层细菌的装置，其中，该装置还包括若干个螺钉；

   所述加压模块上设有与螺钉数量相同的通孔，所述底座设有对应于所述通孔的螺孔，在使用状态下，所述螺钉穿过所述加压模块上的通孔、并拧接入所述螺孔之中，将所述加压模块、所述微流体芯片固定到所述底座上。
10. 根据权利要求8或9所述的用于培养单层细菌的装置，其中，所述底座设有限位销，所述加压模块本体上设有相应的限位口或限位孔；

    所述限位销和限位口或限位孔用于在使用状态下对所述加压模块进行限位。
11. 根据权利要求1-10任一项所述的用于培养单层细胞的装置，其中，所述培养体的材质为琼脂糖。
12. 一种用于制备权利要求1-11任一项所述的装置的微流体芯片的芯片本体的模具，其包括：

    模具底座、内嵌玻璃、通道模块、培养体腔室模块、阻流圈、玻璃片；其中：所述模具底座的中间部分设有凹槽，所述培养体腔室模块的底部设有通槽；

    其中，在使用状态下，所述内嵌玻璃置于所述模具底座的凹槽之中；

    所述通道模块设于所述内嵌玻璃之上用于形成培养基通道和废液通道；

    所述培养体腔室模块设于所述内嵌玻璃之上，用于形成容纳培养体的腔室；所述培养体腔室模块的通槽覆盖所述通道模块的中间部分；

    所述阻流圈设于所述内嵌玻璃之上并包围所述通道模块、所述培养体腔室模块，用于形成芯片本体；

    所述玻璃片覆盖在所述阻流圈顶部。
13. 根据权利要求12所述的模具，其中，所述模具底座上设有第一定位销，用于对所述内嵌玻璃、通道模块、培养体腔室模块进行定位。
14. 根据权利要求12所述的模具，其中，所述模具底座上设有第二定位销，用于对所述阻流圈进行定位。
15. 根据权利要求12所述的模具，其中，所述阻流圈为磁性材料，并且，该模具还包括至少一块磁铁；在使用状态下，所述磁铁设于所述玻璃片的上部，用于将所述玻璃片固定到所述阻流圈之上。

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