微流控培养装置及应用其培养细胞或微生物的方法制造方法及图纸

本提供一种微流控培养装置，包括基片和盖片，盖片一面开设有凹槽，盖片设有凹槽的一面盖设在基片之上；基片的上表面与盖片的凹槽之间形成液体输送通道、气体输送通道及气体腔室，气体腔室环绕液体输送通道设置，液体输送通道与气体输送通道通过气体腔室相连通，液体输送通道与气体腔室之间设有用于限制液体流出液体输送通道的围堰；气体输送通道开设有与外界相连通的通气孔及排气孔；液体输送通道开设有与外界相连通的输液孔及排液孔；液体输送通道开设有培养微室。本发明专利技术可用于培养细胞或微生物在气液界面分化生长并可观察其生长情况。

Microfluidic culture device and method for culturing cells or microorganisms using the same

This provides a microfluidic culture device comprises a substrate and a cover sheet, a cover plate is provided with a groove, a cover sheet is provided with a groove on one side of the cap on the substrate; the liquid conveying channel, gas channel and gas chamber is formed between the upper surface of the substrate and the cover plate groove, gas chamber surrounded by liquid delivery channel set, liquid delivery channels and gas delivery channels are communicated through a gas chamber for liquid outflow liquid limit cofferdam conveying channel is arranged between the liquid conveying passage and the gas chamber; gas conveying channel is provided with a ventilation hole and an exhaust hole connected to the outside world through the liquid transport channel is opened; which is connected with the outside through the infusion hole and drainage the liquid conveying passage is provided with holes; culturemicro chamber. The invention can be used for culturing cells or microorganisms to differentiate and grow at the gas-liquid interface and observe the growth of the cells.

【技术实现步骤摘要】
微流控培养装置及应用其培养细胞或微生物的方法
本专利技术涉及微流控和生物细胞培养领域，具体来说，涉及微流控培养装置及应用其培养细胞或微生物的方法。
技术介绍
在自然界中，存在许多气液界面交替分布的微环境，如土壤间隙、湖泊和海洋，人类的支气管等。一些微生物和细胞如丝状真菌、放线菌、藻类、支气管上皮细胞等在气液界面表现出与环境相适应的特殊的分化形态。天蓝色链霉菌(Streptomycescoelicolor)是存在于土壤中的丝状细菌，有着复杂的生命周期，成为研究多细胞分化的模式原核生物(K.etal.Streptomycesmorphogenetics:dissectingdifferentiationinafilamentousbacterium.NatureRev.Microbiol.2009.7(1):p.36-49)，全基因组测序已经完成。链霉菌能够产生一系列复杂的次级代谢产物，如抗生素、抗肿瘤制剂、免疫抑制剂等(S.D.Bentley,etal.CompletegenomesequenceofthemodelactinomyceteStreptomycescoelicolorA3(2).Nature.2002.417(6885):p.141-7.)，次级代谢产物分泌的起始往往与菌丝的分化相一致。因此，研究链霉菌的生长分化对次级代谢产物的产生、应用具有重要的指导意义。传统实验室所用的丝状真菌及放线菌的培养观察方法主要是平板插片法，其主要缺陷在于无法实时动态地观察生物体生长发育的过程，且操作较为复杂，无法对其生长条件进行精确的控制。微流控学(Microfluidics)是利用微米尺度的通道网络来操纵皮纳升体积流体的科学与技术。微流控芯片可以对极微量样品和试剂进行处理和分析，实现高分辨率、高灵敏度的分离和检测，成本低，缩短分析时间(G.M.Whitesides,etal.Theoriginsandthefutureofmicrofluidics.Nature.2006.442(7101):p.368-373)。在微流控芯片上进行功能单元集成的芯片实验室(Lab-On-a-Chip)技术应用于生物学研究可以使复杂的实验流程简单化，大幅度减少样品体积，减少试剂的消耗，从珍贵的样品中获取尽可能多的信息，规模化的处理和检测大批样品，对细胞微环境的时空变化提供更大的控制性和预见性(E.K.Sackmann,etal.Thepresentandfutureroleofmicrofluidicsinbiomedicalresearch.Nature.2014.507(7491):p.181-189)。利用微流控芯片进行微米尺度气液界面的控制需要对气液界面张力和微结构进行精确的设计和控制。难点在于对于液面的定位控制。对于放线菌等具有气液界面分化的细胞生物学研究，曾有报道利用皮升体积的液滴高通量的培养和筛选来自土壤的放线菌(E.Zang,etal.Real-timeimageprocessingforlabel-freeenrichmentofActinobacteriacultivatedinpicolitredroplets.LabChip.2013.13(18):p.3707)。目前还未见用于实现气液界面分化生长和孢子收集的微流控装置的报道。
技术实现思路
本专利技术提供了一种微流控培养装置及应用其培养细胞或微生物的方法，可用于培养细胞或微生物在气液界面分化生长并可观察其生长情况。本专利技术的一个方面，提供一种微流控培养装置，包括基片和盖片，所述盖片一面开设有凹槽，所述盖片设有凹槽的一面盖设在所述基片之上；所述基片的上表面与所述盖片的凹槽之间形成液体输送通道、气体输送通道及气体腔室，所述气体腔室环绕所述液体输送通道设置，所述液体输送通道与所述气体输送通道通过所述气体腔室相连通，所述液体输送通道与所述气体腔室之间设有用于限制液体流出所述液体输送通道的围堰；所述气体输送通道开设有与外界相连通的通气孔及排气孔；所述液体输送通道开设有与外界相连通的输液孔及排液孔；所述液体输送通道开设有培养微室。以上所述的微流控培养装置，所述围堰结构环绕所述培养微室以及所述液体输送通道设置，所述围堰的顶部距离所述基片上表面0.5μm至5μm。以上所述的微流控培养装置，所述气体腔室的高度为0.5μm-1mm。以上所述的微流控培养装置，所述培养微室在所述液体输送通道的两侧或一侧阵列分布。以上所述的微流控培养装置，所述培养微室与所述液体输送通道连通的一侧的口径逐渐缩小。以上所述的微流控培养装置，所述培养微室内可容纳的溶液体积为0.01nL～100μL。以上所述的微流控培养装置，所述液体输送通道的长度为5mm～200mm，通道的宽度为50μm-10mm，深度为10μm-1mm。以上所述的微流控培养装置，所述气体输送通道的宽度为50-10mm，深度为10μm～2mm。以上所述的微流控装置，设有可用于观察所述培养微室与所述气体腔室连接部分的结构。以上所述的微流控装置，所述盖片与所述基片为可拆卸连接。本专利技术的另一个方面，提供一种可观察细胞或微生物在气液界面生长分化的培养方法，包括如下步骤：a)细胞或微生物悬液接种于液体输送通道或培养微室：将细胞或微生物悬液从以上任一所述的装置的输液孔注入所述液体输送通道及所述培养微室中，细胞或微生物在培养微室内芯片上贴壁或者悬浮生长；b)通入培养基：将细胞或微生物培养所需的液体培养基通过所述输液孔注入所述液体输送通道；c)通入气体：将细胞或微生物培养所需的气体通过通气孔注入气体输送通道和气体腔室；对于依靠空气即可生长的细胞或微生物不做通气处理；d)细胞或微生物生长发育过程实时的观察与记录：引入所述培养微室的细胞或微生物在所述培养微室中生长，长到一定阶段后在所述培养微室与所述气体腔室的气液界面进行分化，细胞或微生物的气生部分会长入所述气体腔室中，观察记录生长情况。本专利技术提供的微流控装置可以容纳细胞或微生物在装置的液体输送通道以及培养微室中，通过液体输送通道持续供应液体培养基，使细胞或微生物可在充足的营养供应下，持续生长和发育分化。在液体输送通道和培养微室周围的气体腔室中充满空气或培养所需的特殊配比气体，细胞可通过培养微室边缘的围堰与基片间的空隙穿过气液界面，在气体腔室中生长，完成其完整的气生发育分化过程。微流控装置可采用透明的玻璃、有机玻璃、聚碳酸酯等材质，方便利用光学显微镜进行成像，实现细胞或微生物完整生命周期的观察；可以通过对培养基进行精确的调节和控制，通过改变不同碳源、氮源、pH值或测试用的液体以及不同气体的条件，研究液体及气体对细胞或微生物生长分化的影响。本专利技术的装置在细胞或微生物培养成熟后还可以通过液体输入通道通入戊二醛等固定液，对细胞进形态固定，打开盖片，利用电子显微镜对细胞或微生物进行高分辨率形态学分析与纳米级表面结构分析。附图说明图1为本专利技术实施例1提供的微流控培养装置结构示意图；图2是本专利技术的微流控培养装置沿图1的A-A方向的纵剖图；图3是本专利技术图2所示的微流控培养装置中细胞或微生物生长情况示意图；图4是本专利技术实施例1的实验流程示意图；图5为本专利技术实施例1的微流控培养装置实物的微室本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种微流控培养装置，包括基片(1)和盖片(2)，其特征在于，所述盖片(2)一面开设有凹槽，所述盖片(2)设有凹槽的一面盖设在所述基片(1)之上；所述基片(1)的上表面与所述盖片(2)的凹槽之间形成液体输送通道(21)、气体输送通道(22)及气体腔室(23)，所述气体腔室(23)环绕所述液体输送通道(21)设置，所述液体输送通道(21)与所述气体输送通道(22)通过所述气体腔室(23)相连通，所述液体输送通道(21)与所述气体腔室(23)之间设有用于限制液体流出所述液体输送通道(21)的围堰(24)；所述气体输送通道(22)开设有与外界相连通的通气孔(221)及排气孔(222)；所述液体输送通道(21)开设有与外界相连通的输液孔(211)及排液孔(212)；所述液体输送通道(21)开设有培养微室(213)。

【技术特征摘要】
1.一种微流控培养装置，包括基片(1)和盖片(2)，其特征在于，所述盖片(2)一面开设有凹槽，所述盖片(2)设有凹槽的一面盖设在所述基片(1)之上；所述基片(1)的上表面与所述盖片(2)的凹槽之间形成液体输送通道(21)、气体输送通道(22)及气体腔室(23)，所述气体腔室(23)环绕所述液体输送通道(21)设置，所述液体输送通道(21)与所述气体输送通道(22)通过所述气体腔室(23)相连通，所述液体输送通道(21)与所述气体腔室(23)之间设有用于限制液体流出所述液体输送通道(21)的围堰(24)；所述气体输送通道(22)开设有与外界相连通的通气孔(221)及排气孔(222)；所述液体输送通道(21)开设有与外界相连通的输液孔(211)及排液孔(212)；所述液体输送通道(21)开设有培养微室(213)。2.如权利要求1所述的微流控培养装置，其特征在于，所述围堰(24)环绕所述培养微室(213)以及所述液体输送通道(21)设置，所述围堰(24)的顶部距离所述基片(1)上表面0.5μm至5μm。3.如权利要求1所述的微流控培养装置，其特征在于，所述气体腔室(23)的高度为0.5μm-1mm。4.如权利要求1所述的微流控培养装置，其特征在于，所述培养微室(213)在所述液体输送通道(21)的两侧或一侧阵列分布。5.如权利要求1所述的微流控培养装置，其特征在于，所述培养微室(213)与所述液体输送通道(21)连通的一侧的口径逐渐缩小。6.如权利要求1所述的微流控培养装置，其特征在于，所述培养微室(213)可容纳的溶液体积为0.01n...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜文斌，聂梦月，
申请(专利权)人：中国科学院微生物研究所，中国大洋矿产资源研究开发协会，
类型：发明
国别省市：北京,11