[发明专利]一种三维流动培养装置、系统及分析方法

权利要求书

1.一种三维流动培养装置，其特征在于，所述的三维流动培养装置（3）包括流道层（3-1）、孔层（3-2）和培养孔板（3-3）；流道层（3-1）包括依次连接的液体入口（3-1-1）、液体分流通道（3-1-2）、灌注流道模块（3-1-3）、液体流出通道（3-1-5）和液体出口（3-1-6）；灌注流道模块（3-1-3）上包括n×m个灌注流道单元（3-1-4）；孔层（3-2）上包括（n+1）×m个灌注孔单元（3-2-1）；培养孔板（3-3）上包括（n+1）×m个孔单元；

所述的灌注流道单元（3-1-4）中流道宽度逐渐由小变大，且两端形状为半圆圆弧；所述的灌注孔单元（3-2-1）为一半径为的柱形凸起，柱形凸起中贯通设置两个孔，其中一个孔的半径与灌注流道单元（3-1-4）中流道宽度大的端部半圆圆弧的半径相同，另一个孔的半径与灌注流道单元（3-1-4）中流道宽度小的端部半圆圆弧的半径相同；柱形凸起插入所述孔板（3-3）的孔单元中，且柱形凸起端面与孔单元底面留有空间，为待培养的物质提供培养空间；

所述的流道层（3-1）的灌注流道单元（3-1-4）、孔层（3-2）的灌注孔单元（3-2-1）和培养孔板（3-3）的孔单元对准；其中，第i行第j列的灌注流道单元（3-1-4）半径为的半圆圆弧和第（i+1）行第j列灌注孔单元（3-2-1）半径为的孔的下半圆弧对准，第i行第j列的灌注流道单元（3-1-4）半径为的半圆圆弧和第i行第j列灌注孔单元（3-2-1）半径为的孔的上半圆弧对准，灌注孔单元（3-2-1）半径为的柱形凸起和培养孔板（3-3）的孔单元对准。

2.根据权利要求1所述的一种三维流动培养装置，其特征在于，溶液通过液体入口（3-1-1）进入流道层（3-1），首先经过分流通道（3-1-2），然后通过第i行第j列个灌注流道单元（3-1-4）进入孔层（3-2），经灌注孔单元（3-2-1）上的大孔进入培养孔板（3-3）的一个孔单元中，最后由灌注单元（3-2-1）上的小孔流出孔层（3-2），回到流道层（3-1）中第i行第（j+1）列的灌注流道单元（3-1-4），最后经过液体流出通道（3-1-5），从液体出口（3-1-6）流出；灌注单元（3-2-1）上的小孔半径为，灌注单元（3-2-1）上的大孔半径为。

3.根据权利要求1所述的一种三维流动培养装置，其特征在于，孔层（3-2）的灌注孔单元（3-2-1）的设计方式为如下两种方式之一；

第一种：半径为的液体流入孔和半径为的液体流出孔的孔深相同，都等于半径为的柱形凸起高度和孔层底面厚度之和，即；

第二种：半径为的液体流入孔的孔深为，半径为的液体流出孔的孔深仅为；为流入孔高出柱形凸起的高度。

4.根据权利要求1所述的一种三维流动培养装置，其特征在于，灌注孔单元（3-2-1）中，参数表示培养孔板（3-3）两个相邻孔中心的距离，柱形凸起的半径比培养孔板（3-3）的孔半径大0.5至1毫米，液体流出孔半径略小于待培养物质的等效半径，小于培养孔板（3-3）孔的深度；同时，、、、和的选取需满足能使液体充分充满培养孔板（3-3）的孔内空间，且不产生紊乱的流动影响待培养物质的生长；、、、和的数值可通过流体力学仿真和实验测量进行选取和优化；的选取由通入液体的通量决定。

5.根据权利要求1所述的一种三维流动培养装置，其特征在于，流道层（3-1）可设计多个液体入口（3-1-1），其连接的分流通道（3-1-2）可根据实际需求设计复杂流道形状，将液体入口与不同的灌注流道单元（3-1-4）相连，实现向培养孔板（3-3）的不同孔单元中灌注不同种类或浓度的溶液；利用流体力学中集中参数模型仿真辅助设计灌注流道形状。

6.根据权利要求1所述的一种三维流动培养装置，其特征在于，培养孔板（3-3）为平底的细胞培养的384孔板，或者PCR 384孔板、96孔板或48孔板；流道层和孔层的设计尺寸依据孔板的尺寸进行选择和调整。