[发明专利]微流控微生物二维悬浮培养芯片

说明书

技术领域

本发明涉及一种生物芯片，尤其涉及一种微流控微生物二维悬浮培养芯片，其可实现以少量驱动沟道驱动多个相同大小的培养腔中液体循环流动，并保持流速应基本相同。

背景技术

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菌种培养要求。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。

目前世界范围内用微流控芯片进行微生物悬浮培养的研究尚很少报道，目前可以见诸于文献主要有如下数例：（1）2005年Szita.N等人报道的一种用于微生物平行发酵的四通道微反应器，其可用于大肠杆菌的培养发酵，但该芯片培养室直径较大、搅拌桨加工安装也较为复杂，培养单元数量的提升空间比较有限，制作难度大（Szita, N., et al., Development of a multiplexed microbioreactor system for high-throughput bioprocessing. Lab on a Chip, 2005. 5(8): p. 819-826.）；（2）2005年Groisman.A 等人报道的一种多通道的微流控微生物培养装置，该装置的培养单元多达340个，但其缺乏菌液混合结构，仅能静置培养，菌体无法在培养液中充分分散，未能实现真正意义上的悬浮培养，菌体生长状态与悬浮培养条件下的相差很大（Groisman, A., et al., A microfluidic chemostat for experiments with bacterial and yeast cells.，Nature Methods, 2005. 2(9): p. 685-689）；（3）2005年Balagaddé. FK等报道的一种六通道的细菌培养芯片，该芯片包含六个独立的环状管道培养单元，每个单元容积16 nL，集成了气动微泵用于驱动菌流循环混合，其可连续运行500h以上（Balagadde, F.K., et al., Long-term monitoring of bacteria undergoing programmed population control in a microchemostat.，Science, 2005. 309(5731): p. 137-140）。尽管如此，由于芯片上仅集成六个单元，培养单元占用空间较大，单元数量提升空间十分有限，且控制管路复杂繁多，距高通量菌种筛选应用尚有一段距离。

因此，总体来看，目前已报道的用于微生物悬浮培养的微流控芯片尚存在重复单元少，培养单元空间占用面积大，缺乏有效的混合装置，难以阵列化等不足，还不能满足高通量微生物菌种筛选的要求。

发明内容

本发明的目的在于提出一种能以少量的驱动管道和外接口驱动多个培养单元的培养液流，从而提高单位芯片面积上培养单元的数量，实现微生物大量平行培养的微流控微生物二维悬浮培养芯片，进而克服现有技术中的不足。

为实现上述发明目的，本发明采用了如下技术方案：

一种微流控微生物二维悬浮培养芯片，包括一个以上培养单元，其特征在于：

每一培养单元包括层叠设置的培养层和驱动层，培养层和驱动层之间设有弹性隔膜层：

所述培养层上分布有环形闭合培养沟道回路，所述培养沟道回路与设置在所述芯片上的进液口和出液口连通；

所述驱动层上分布有两根以上线形驱动沟道，每一驱动沟道的两端均与培养单元外部连通，且每一驱动沟道内均按设定时序通入驱动流体；

又及，每一驱动沟道均从所述培养沟道上方或下方穿过，并与培养沟道上的两个不同选定部位形成交叉；

并且，在所有培养沟道与驱动沟道交叉处之中至少有两个交叉处的培养沟道具有不同有效宽度和/或有效深度，从而使得在所有培养沟道与驱动沟道交叉处的弹性隔膜在驱动流体作用下发生形变时，对各交叉处的培养沟道内培养液产生的侧向驱动力的合力足以驱动培养沟道内的培养液流单向循环流动；