[发明专利]微流控溶液浓度发生芯片

说明书

技术领域

本发明属于微流控领域，特别是涉及一种微流控溶液浓度发生芯片。

背景技术

在工业微生物发酵生产过程中，高效的微生物转化是由高产菌株及最佳的培养条件共同决定的。只有对高产菌株的培养条件进行优化才能最终实现高产的目的，可以说实现培养条件的优化是工业微生物研究的关键之一。然而，不同微生物培养条件存在显著的差异，不仅对主要碳源、氮源、磷源的种类和含量要求不同，而且对其他微量成分，如维生素等生长因子、金属元素等也有多样化的需求。因此，对于培养条件的优化需要考察特定营养成分在多个浓度条件下对微生物生长发酵的影响。常规的培养条件优化实验通常在摇瓶中进行，逐个向摇瓶中加入培养液及特定量的营养成分，加入菌后再放入摇床振荡进行培养。整个过程不仅需要进行大量重复性的加样操作，而且还会用到大量摇瓶，这需要花费大量的人力，同时加样次数越多，染菌机率较高，培养液的消耗量也很大，另外实验还需要用到多个摇床，整个实验过程效率低、成本高、时间长、需要大量的设备与空间。因此迫切需要解决培养条件优化实验中存在的这些问题。

微流控技术是上世纪九十年代在分析化学领域发展起来的，它以微管道网络微结构特征，通过微加工技术将微管道、微泵、微阀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培养单元，同时可以将培养液同时注入多个培养单元，实验效率得以提高；培养液及其他药品的消耗也可大幅减少，从而降低筛选成本；微流控芯片的体积小，可以减少培养箱的使用量，降低微生物培养的所需空间和设备限制；微流控芯片可以进行批量加工生产及预处理（如清洗、灭菌等），成为一次性试验耗材，这样不仅可以降低芯片的制造成本，可以减少试验准备的工序，最终降低筛选工作的劳动强度。

Noo Li Jeon在专利WO200222264中描述了一种金字塔形能够快速形成浓度梯度的微流控芯片，该芯片有3个溶液入口，分别注入低浓度、中浓度和高浓度溶液，经9级分支管道网络分配混合后，混合液从9个出口流出，各出口溶液浓度形成梯度。用较少种原始浓度溶液输入该芯片就可获得多种浓度梯度，整个过程实现了微型化与自动化，避免了常规操作中溶液重复添加的步骤，能够节约人力，提高操作效率。然而，该芯片设计依赖于多级分支管道网络，随着浓度出口数量增多，分支管道网络级数也相应增加，这会占用较大的芯片面积，不利于后期其他芯片功能单元的集成，增加的级数也会提高注入压力，增加了注入流速控制难度，而浓度发生受注入流速的影响很大，需要对流速进行精确控制。另外，单组金字塔形梯度发生单元产生的溶液梯度种类也比较有限，虽然可以通过多个梯度单元组合，增加数种梯度种类，但种类仍比较有限，难于满足多样化的浓度梯度实验要求，且会占用较多芯片面积。

Jian Liu在专利US 2010/0104477中描述了一种基于循环混合的微流控反应阵列。该阵列包含了400个方形闭合的液体混合单元及微阀、微泵等流体控制结构。对于每个液体混合单元可以通过控制，依次向方形单元一条边或两条边的管道中注入不同液体，然后用微阀将各方形闭合单元相互隔开，启动微泵进行单元内溶液混合。该芯片可以实现不同液体批量化的注入与混合，操作效率高，占用芯片面积小，为在芯片上实现多单元批量进样与快速混合提供了新思路。然而，该反应阵列中各单元结构是相同的，各单元混合后产生的溶液浓度相同，无法直接用于批量化的产生多种溶液浓度，尚不能直接用于多样化的浓度梯度实验。

有鉴于此，有必要提供一种可以获得特定的梯度浓度的微流控芯片。

发明内容

本发明的目的在于提供一种微流控溶液浓度发生芯片，可以获得特定的梯度浓度，能够满足多样的梯度浓度需求。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种微流控溶液浓度发生芯片，包括层叠设置的培养层、弹性隔膜层和驱动层，所述弹性隔膜层位于所述培养层和驱动层之间，所述培养层上并列分布有多个培养单元，所述驱动层上分布有第一驱动沟道，其中，所述第一驱动沟道与所述培养单元在第一位置形成交叉，该第一位置将培养单元分成上培养单元和下培养单元，所述每个培养单元的下培养单元的体积不同。

作为本发明的进一步改进，所述培养单元为环形的沟道，所述驱动层上设有循环驱动沟道，该循环驱动沟道与所述培养单元形成交叉，并驱动所述培养单元中的液体循环流动。

作为本发明的进一步改进，所述培养单元之间连通有液流管道，所述液流管道与所述培养单元的连接处贴近所述第一位置。