專利名稱：微流控微生物二維懸浮培養芯片的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種生物芯片，尤其涉及一種微流控微生物二維懸浮培養芯片，其可實現以少量驅動溝道驅動多個相同大小的培養腔中液體循環流動，并保持流速應基本相同。
背景技術：
現有的高通量微流控細胞培養芯片尚無法滿足工業發酵中菌種培養要求。發酵工業最主要的液體發酵方式是深層發酵，即施加外力使微生物的菌體細胞均勻分散在液體培養基中進行懸浮培養，以促進營養物質吸收和代謝物及時分散，達到菌體或代謝物高產的目的。工業上主要通過發酵罐內的攪拌槳或空氣動力，實現菌體懸浮培養。然而微流控芯片中很難引入相應的混合裝置。不僅制作微型攪拌槳十分困難，而且微小的液體培養體系因蒸發、表面張力等原因，也無法實現氣升式循環混合。微流控培養芯片目前主要用于動物及人的細胞培養。細胞貼附在芯片培養室內壁，向芯片中注入培養基即可實現培養，芯片中缺乏培養液混合結構，因此不適用于懸浮培養工業微生物。目前世界范圍內用微流控芯片進行微生物懸浮培養的研究尚很少報道，目前可以見諸于文獻主要有如下數例(1) 2005年N等人報道的一種用于微生物平行發酵的四通道微反應器，其可用于大腸桿菌的培養發酵，但該芯片培養室直徑較大、攪拌槳加工安裝也較為復雜，培養單元數量的提升空間比較有限，制作難度大(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等人報道的一種多通道的微流控微生物培養裝置，該裝置的培養單元多達340個，但其缺乏菌液混合結構，僅能靜置培養，菌體無法在培養液中充分分散，未能實現真正意義上的懸浮培養，菌體生長狀態與懸浮培養條件下的相差很大(Groisman，Α., et al. , A microfluidic chemostat for experiments with bacterial and yeast cells. , Nature Methods, 2005. 2(9) : p. 685-689) ; (3) 2005 年 Balagadd6. FK 等報道的一種六通道的細菌培養芯片，該芯片包含六個獨立的環狀管道培養單元，每個單元容積16 nL，集成了氣動微泵用于驅動菌流循環混合，其可連續運行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)。盡管如此，由于芯片上僅集成六個單元，培養單元占用空間較大，單元數量提升空間十分有限，且控制管路復雜繁多， 距高通量菌種篩選應用尚有一段距離。因此，總體來看，目前已報道的用于微生物懸浮培養的微流控芯片尚存在重復單元少，培養單元空間占用面積大，缺乏有效的混合裝置，難以陣列化等不足，還不能滿足高通量微生物菌種篩選的要求
發明內容
本發明的目的在于提出一種能以少量的驅動管道和外接口驅動多個培養單元的培養液流，從而提高單位芯片面積上培養單元的數量，實現微生物大量平行培養的微流控微生物二維懸浮培養芯片，進而克服現有技術中的不足。為實現上述發明目的，本發明采用了如下技術方案
一種微流控微生物二維懸浮培養芯片，包括一個以上培養單元，其特征在于 每一培養單元包括層疊設置的培養層和驅動層，培養層和驅動層之間設有彈性隔膜
層
所述培養層上分布有環形閉合培養溝道回路，所述培養溝道回路與設置在所述芯片上的進液口和出液口連通；
所述驅動層上分布有兩根以上線形驅動溝道，每一驅動溝道的兩端均與培養單元外部連通，且每一驅動溝道內均按設定時序通入驅動流體；
又及，每一驅動溝道均從所述培養溝道上方或下方穿過，并與培養溝道上的兩個不同選定部位形成交叉；
并且，在所有培養溝道與驅動溝道交叉處之中至少有兩個交叉處的培養溝道具有不同有效寬度和/或有效深度，從而使得在所有培養溝道與驅動溝道交叉處的彈性隔膜在驅動流體作用下發生形變時，對各交叉處的培養溝道內培養液產生的側向驅動力的合力足以驅動培養溝道內的培養液流單向循環流動；
所述有效寬度和有效深度分別指在培養溝道與驅動溝道交叉處的彈性隔膜受擠壓時可進入培養溝道的最大寬度值和最大深度值。優選的，所述兩根以上線形驅動溝道并列平行分布在所述驅動層上，其進液口均位于芯片同一側，且各驅動溝道與培養溝道形成的所有交叉中，位于該芯片同一側的各交叉處的培養溝道的寬度均小于或大于位于芯片另一側的交叉處的培養溝道的寬度。尤為優選的，所述兩根以上線形驅動溝道并列平行分布在所述驅動層上，其進液口均位于芯片同一側，且各驅動溝道與培養溝道形成的所有交叉中，位于該芯片同一側的各交叉處的培養溝道的有效深度均小于或大于位于芯片另一側的交叉處的培養溝道的有效深度。進一步的，至少在位于芯片相同一側的，各驅動溝道與培養溝道形成的交叉處的培養溝道中分布有支撐體，所述支撐體包括自培養溝道底部向上延伸的突出部和/或設置于培養溝道上端和下端之間的水平支撐件，所述突出部的高度低于培養溝道上端面或與之平齊，所述水平支撐件的直徑小于培養溝道深度。所述水平支撐件包括平行分布的復數根水平支撐柱。作為另一種優選的實施方案，該微流控微生物二維懸浮培養芯片包括一個以上培養單元，其特征在于
每一培養單元包括層疊設置的培養層和驅動層，培養層和驅動層之間設有彈性隔膜
層
所述培養層上分布有一主培養溝道和一組分支培養溝道，所述主培養溝道和分支培養溝道串接形成閉合培養溝道回路，該培養溝道回路與設置在所述芯片上的進液口和出液口連通，
該一組分支培養溝道包括兩條平行設置的分支培養溝道，該兩條分支培養溝道的兩端分別與所述主培養溝道兩端連接形成一分支回路；
所述驅動層上分布有兩根以上線形驅動溝道，每一驅動溝道的兩端均與培養單元外部連通，且每一驅動溝道內均按設定時序通入驅動流體；
又及，每一驅動溝道均從該兩條分支培養溝道及該主培養溝道上方或下方穿過，并與該兩條分支培養溝道及該主培養溝道上的選定部位形成交叉；
并且，所述分支培養溝道與主培養溝道具有不同有效寬度和/或有效深度，從而使得在所有主培養溝道及分支培養溝道與驅動溝道交叉處的彈性隔膜在驅動流體作用下發生形變時，對各交叉處的培養溝道內培養液產生的側向驅動力的合力足以驅動培養溝道回路內的培養液流單向循環流動；
所述有效寬度和有效深度分別指在彈性隔膜受擠壓時可進入培養溝道的最大寬度值和最大深度值。具體而言，所述兩條分支培養溝道的結構相同，且所述分支培養溝道的寬度和/ 或深度均小于主培養溝道。作為又一種優選的實施方案，該微流控微生物二維懸浮培養芯片包括一個以上培養單元，其特征在于
每一培養單元包括層疊設置的培養層和驅動層，培養層和驅動層之間設有彈性隔膜
層
所述培養層上分布有二條主培養溝道和二組分支培養溝道，所述主培養溝道和分支培養溝道串接形成閉合培養溝道回路，該培養溝道回路與設置在所述芯片上的進液口和出液 □連通，
其中，每一組分支培養溝道包括兩條平行設置的分支培養溝道，該兩條分支培養溝道的兩端分別與兩條主培養溝道的一端連接形成一分支回路；
所述驅動層上分布有兩根以上線形驅動溝道，每一驅動溝道的兩端均與培養單元外部連通，且每一驅動溝道內均按設定時序通入驅動流體；
又及，每一驅動溝道均從該兩組分支培養溝道上方或下方穿過，并分別與各分支培養溝道上的選定部位形成交叉；
并且，所有分支培養溝道與主培養溝道及不同組中的各分支培養溝道之間均具有不同有效寬度和/或有效深度，從而使得在所有分支培養溝道與驅動溝道交叉處的彈性隔膜在驅動流體作用下發生形變時，對各交叉處的分支培養溝道內培養液產生的側向驅動力的合力足以驅動培養溝道回路內的培養液流單向循環流動；
所述有效寬度和有效深度分別指在彈性隔膜受擠壓時可進入培養溝道的最大寬度值和最大深度值。優選的，所有分支培養溝道的深度和/或寬度均小于主培養溝道，且同一組內的分支培養溝道的結構均相同，而不同組內的分支培養溝道的結構互不相同。尤為優選的，所述微流控微生物二維懸浮培養芯片包括平行分布與同一平面上的復數個培養單元，其中，各培養單元中的各驅動溝道分別與相鄰培養單元中的相應驅動溝道串接。前述培養層和驅動層至少由高分子聚合物、水凝膠、硅片、石英、玻璃和金屬材料中的任意一種或兩種以上的組合形成，但不限于此。
所述彈性隔膜層由彈性高分子聚合物材料形成，但不限于此。所述閉合培養溝道回路可選用矩形、圓形等形態的平面閉合回路，但不限于此。所述進液口、出液口及驅動溝道的接口設置在所述芯片的頂部和/或底部。本發明微流控微生物二維懸浮培養芯片主要是利用蠕動泵的原理工作，即向每根驅動溝道內按特定時序通入一定壓力的液體或氣體，在每個培養單元的培養溝道與驅動溝道的交叉處，所述彈性膜按特定時序發生形變，而通過調整各交叉處培養溝道的結構，比如，調整被驅動溝道穿越區域內培養溝道的寬度、深度、數量或在培養溝道內設置阻礙彈性膜向下形變的結構，進行調整彈性膜的形變量，使彈性膜對各交叉處的培養溝道內培養液產生的側向驅動力的合力推動培養溝道中的培養液向一側方向流動。特別是對于同一環狀閉合的培養單元而言，培養溝道與驅動溝道有兩個交叉區， 彈性膜在這兩個交叉區的培養溝道可均為一根，亦可分為兩根或數根分支溝道。若每個交叉區內的培養溝道為一根，則可對該一根或兩根培養溝道的深度分別進行調整，或在該一根或兩根培養溝道內分別設置支撐結構；若每一交叉區內設置兩根以上分支溝道，則可該兩根以上分支溝道的深度和/或寬度分別進行調整，或在其中一根或兩根以上分支溝道內分別設置支撐結構。通過這樣的設計，使得彈性膜在這兩個區域形變擠壓培養溝道而產生的液體推動力不一致，從而推動液體在培養管道內循環流動，帶動液體中的微生物分散于整個液體環境中，驅動溝道交替運作可驅動被其穿越的多個培養單元中的液流循環流動。本發明可以用數量有限的兩根以上溝道將多個培養單元串聯起來并驅動其中液流循環運動，帶動菌體運動，實現懸浮培養。在一定面積的芯片中，培養單元數量能夠大幅增加，而驅動溝道最少可僅為2根，且在不增加驅動溝道數量的情況下，培養單元數量還可進一步增加。從而實現微流控多通道微生物懸浮培養，提高芯片的批次培養效率，并且，本發明中所有培養溝道是在同一個層面，制作更加方便，無需精確對準，且培養單元可以排列的更為緊密，單位面積內集成的培養單元數量更多。


圖IA是本發明第一種較佳實施例微流控細胞懸浮培養芯片的俯視示意圖； 圖IB是圖IA所示培養單元的分層結構俯視示意圖IC是圖IB虛線方框部分的局部放大俯視示意ID是圖IA所示培養單元沿線ID的剖面結構示意圖； 圖2A是本發明第二種較佳實施例微流控細胞懸浮培養芯片的俯視示意圖； 圖2B是圖2A所示培養單元的第一層結構俯視示意圖； 圖2C是圖2B虛線方框部分的局部放大俯視示意3A是本發明第三種較佳實施例微流控細胞懸浮培養芯片的俯視示意圖； 圖;3B是圖3A所示培養單元的第一層結構俯視示意圖； 圖3C是圖;3B虛線方框部分的局部放大俯視示意3D是圖3A所示培養單元沿線3D的剖面結構示意圖； 圖4A是本發明第四種較佳實施例微流控細胞懸浮培養芯片的俯視示意圖； 圖4B是圖4A所示培養單元的第一層結構俯視示意圖； 圖4C是圖4A所示培養單元沿線4C的剖面結構示意圖；圖4D是圖4A所示培養單元沿線4D的剖面結構示意圖； 圖中各附圖標記及其指示的組件分別為 100、200、300、400為芯片中的一個培養單元；
110、210、310、410為芯片第一層， 120為芯片第二層，
130為芯片第三層，
111、211、311、411為位于芯片第一層的培養主溝道； 121為位于芯片第一層的分支溝道；
221為位于芯片第一層的主分支溝道 231為位于芯片第一層的次分支溝道 321為位于芯片第一層的支撐柱； 421為位于芯片第一層的淺溝道；
112、212、312、412為驅動溝道；
113、213、313、413為進液口 ； 123、223、323、423 為出液口 ；
114、214、314、414為驅動溝道外接口。
具體實施例方式針對現有技術中的不足，本案發明人經長期研究和實踐，提出本發明的技術方案， 該技術方案可以采用多種實施方案。但總體來說，該微流控微生物二維懸浮培養芯片的基本結構是該芯片包括一個以上培養單元，其中，每一培養單元包括層疊設置的培養層和驅動層，培養層和驅動層之間設有彈性隔膜層
所述培養層上分布有環形閉合培養溝道回路，所述培養溝道回路與設置在所述芯片上的進液口和出液口連通；
所述驅動層上分布有兩根以上線形驅動溝道，每一驅動溝道的兩端均與培養單元外部連通，且每一驅動溝道內均按設定時序通入驅動流體；
又及，每一驅動溝道均從所述培養溝道上方或下方穿過，并與培養溝道上的兩個不同選定部位形成交叉，通過調整被驅動溝道穿越區域內培養溝道的寬度、深度、數量或在培養溝道內設置阻礙彈性膜向下形變的結構，進而在同一層面驅動液流單向運動。作為一種優選實施方案，在所有培養溝道與驅動溝道交叉處之中至少有兩個交叉處的培養溝道具有不同寬度和/或有效深度，從而使得在所有培養溝道與驅動溝道交叉處的彈性隔膜在驅動流體作用下發生形變時，對各交叉處的培養溝道內培養液產生的側向驅動力的合力足以驅動培養溝道內的培養液流單向循環流動。進一步的，在該優選方案中，所述兩根以上線形驅動溝道并列平行分布在所述驅動層上，其進液口均位于芯片同一側，且各驅動溝道與培養溝道形成的所有交叉中，位于該芯片同一側的各交叉處的培養溝道的寬度均小于或大于位于芯片另一側的交叉處的培養溝道的寬度。但是，顯然的，各驅動溝道的進液口亦可錯位設置，此時，本領域技術人員可根據蠕動泵的工作原理無需任何創造性勞動的設計出可產生推動液流單向流通的溝道結構。
尤為優選的，所述兩根以上線形驅動溝道并列平行分布在所述驅動層上，其進液口均位于芯片同一側，且各驅動溝道與培養溝道形成的所有交叉中，位于該芯片同一側的各交叉處的培養溝道的有效深度均小于或大于位于芯片另一側的交叉處的培養溝道的有效深度。更優選的，至少在位于芯片相同一側的，各驅動溝道與培養溝道形成的交叉處的培養溝道中分布有支撐體，所述支撐體包括自培養溝道底部向上延伸的突出部和/或設置于培養溝道上端和下端之間的水平支撐件，所述突出部的高度低于培養溝道上端面，所述水平支撐件的直徑小于培養溝道深度。所述水平支撐件包括平行分布的復數根水平支撐柱，但不限于此。作為另一種優選的實施方案，所述培養層上的閉合培養溝道回路由一主培養溝道和一組分支培養溝道串接形成，該一組分支培養溝道包括兩條平行設置的分支培養溝道， 該兩條分支培養溝道的兩端分別與所述主培養溝道兩端連接形成一分支回路，每一驅動溝道均從該兩條分支培養溝道及該主培養溝道上方或下方穿過，并與該兩條分支培養溝道及該主培養溝道上的選定部位形成交叉；
并且，所述分支培養溝道與主培養溝道具有不同有效寬度和/或有效深度，從而使得在所有主培養溝道及分支培養溝道與驅動溝道交叉處的彈性隔膜在驅動流體作用下發生形變時，對各交叉處的培養溝道內培養液產生的側向驅動力的合力足以驅動培養溝道回路內的培養液流單向循環流動；
該方案中，優選的，所述兩條分支培養溝道的結構相同，且所述分支培養溝道的寬度和 /或深度均小于主培養溝道。作為又一種優選的實施方案，
所述培養層上的閉合培養溝道回路由二條主培養溝道和二組分支培養溝道串接形成， 其中，每一組分支培養溝道包括兩條平行設置的分支培養溝道，該兩條分支培養溝道的兩端分別與兩條主培養溝道的一端連接形成一分支回路，每一驅動溝道均從該兩組分支培養溝道上方或下方穿過，并分別與各分支培養溝道上的選定部位形成交叉；并且，所有分支培養溝道與主培養溝道及不同組中的各分支培養溝道之間均具有不同有效寬度和/或有效深度，從而使得在所有分支培養溝道與驅動溝道交叉處的彈性隔膜在驅動流體作用下發生形變時，對各交叉處的分支培養溝道內培養液產生的側向驅動力的合力足以驅動培養溝道回路內的培養液流單向循環流動。優選的，所有分支培養溝道的深度和/或寬度均小于主培養溝道，且同一組內的分支培養溝道的結構均相同，而不同組內的分支培養溝道的結構互不相同。前述有效寬度和有效深度分別指在培養溝道與驅動溝道交叉處的彈性隔膜受擠壓時可進入培養溝道的最大寬度值和最大深度值。又及，該微流控微生物二維懸浮培養芯片包括平行分布與同一平面上的復數個培養單元，其中，各培養單元中的各驅動溝道分別與相鄰培養單元中的相應驅動溝道串接。前述培養層和驅動層至少由高分子聚合物、水凝膠、硅片、石英、玻璃和金屬材料中的任意一種或兩種以上的組合形成，但不限于此。所述彈性隔膜層由彈性高分子聚合物材料形成，但不限于此。所述閉合培養溝道回路優選為矩形閉合回路。
所述進液口、出液口及驅動溝道的接口設置在所述芯片的頂部和/或底部。但需要說明的是，由于本發明是利用被驅動溝道穿越區域的培養溝道寬度或深度或溝道數量不同，彈性膜擠壓下面不同結構的溝道能夠形成不同程度的側向合力，從而驅動液流單向循環流動，因此，凡是被驅動溝道穿越區域，培養溝道具有不同寬度、深度或數量或阻礙彈性膜向下形變的結構，均可達到在同一層面驅動液流單向運動的目的。以下結合附圖及若干較佳實施例對本發明的技術方案作進一步的說明。實施例1參閱圖1A 1D，本實施例是由分布于一芯片上的培養陣列組成，該陣列包括一平面上串接的4個培養單元100，每個培養單元包含了位于第一層的培養主溝道111 和分支溝道121，這兩段培養溝道兩端相互連通，構成俯視為長方形的閉合回路，芯片第一層110厚度1. 5毫米，第一層的培養主溝道111寬100微米，深10微米，長6厘米；兩條分支溝道121分別寬50微米，深10微米，長5毫米；每個培養單元有獨立的進液口 113和出液口 123，直徑均為2毫米，用于液體和培養物的注入與排出；每個培養單元100的形狀大小都一致，依次排成一列；溝道上部為第二層120，該層是一層彈性隔膜，厚20微米，將第一層110和第三層130隔開，第三層130有兩根平行的驅動溝道112，組成微泵結構，寬均為 100微米，高10微米，溝道間水平相鄰距離lOOum，驅動溝道112從第一層培養主溝道111、 分支溝道121上方穿越每個培養單元100，每根驅動溝道112兩端均具有外接口 114，芯片第三層130厚1. 5毫米，三個芯片層的材質均選用聚二甲基硅氧烷，各層依次堆疊粘合。實施例2參閱圖2A 2C，本實施例是由分布于一芯片上的培養陣列組成，該陣列包括一平面上串接的4個培養單元200，每個培養單元包含了位于第一層的培養主溝道 211、兩條主分支溝道221、兩條次分支溝道231。芯片第一層210厚度1. 5毫米，第一層的培養主溝道211寬100微米，深10微米，長5厘米；兩條主分支溝道221分別寬100微米， 深10微米，長5毫米；兩條次分支溝道231分別寬50微米，深10微米，長5毫米；每個培養單元有獨立的進液口 213和出液口 223，直徑均為2毫米，用于液體和培養物的注入與排出； 每個培養單元200的形狀大小都一致，依次排成一列；溝道上部為第二層220，該層是一層彈性隔膜，厚20微米，將第一層210和第三層230隔開，第三層230有兩根平行的驅動溝道 212，組成微泵結構，寬均為100微米，高10微米，溝道間水平相鄰距離lOOum，驅動溝道212 從第一層培養主分支溝道221、次分支溝道231上方穿越每個培養單元200，每根驅動溝道 212兩端均具有外接口 214，芯片第三層230厚1. 5毫米，三個芯片層的材質均選用聚二甲基硅氧烷，各層依次堆疊粘合。實施例3參閱圖3A 3D，本實施例是由分布于一芯片上的培養陣列組成，該陣列包括一平面上串接的4個培養單元300，每個培養單元包含了位于第一層的培養主溝道311 和50個位于主溝道中的支撐柱321，芯片第一層310厚度1. 5毫米，第一層的培養主溝道 311寬100微米，深10微米，長6厘米；支撐住321高10微米，直徑30微米，柱間間隔70 微米；每個培養單元有獨立的進液口 313和出液口 323，直徑均為2毫米，用于液體和培養物的注入與排出；每個培養單元300的形狀大小都一致，依次排成一列；溝道上部為第二層 320，該層是一層彈性隔膜，厚20微米，將第一層310和第三層330隔開，第三層330有兩根平行的驅動溝道312，組成微泵結構，寬均為100微米，高10微米，溝道間水平相鄰距離 lOOum，驅動溝道312從第一層培養主溝道311、支撐柱321上方穿越每個培養單元300，每根驅動溝道312兩端均具有外接口 314，芯片第三層330厚1. 5毫米，三個芯片層的材質均選用聚二甲基硅氧烷，各層依次堆疊粘合。實施例4參閱圖4A、D，本實施例是由分布于一芯片上的培養陣列組成，該陣列包括一平面上串接的4個培養單元400，每個培養單元包含了位于第一層的培養主溝道411 和一段淺溝道421，芯片第一層410厚度1. 5毫米，第一層的培養主溝道411寬100微米， 深10微米，長6厘米；淺溝道421寬100微米，深5微米，長5毫米；每個培養單元有獨立的進液口 413和出液口 423，直徑均為2毫米，用于液體和培養物的注入與排出；每個培養單元400的形狀大小都一致，依次排成一列；溝道上部為第二層420，該層是一層彈性隔膜，厚 20微米，將第一層410和第三層430隔開，第三層430有兩根平行的驅動溝道412，組成微泵結構，寬均為100微米，高10微米，溝道間水平相鄰距離lOOum，驅動溝道412從第一層培養主溝道411、淺溝道421上方穿越每個培養單元400，每根驅動溝道412兩端均具有外接口 414，芯片第三層430厚1. 5毫米，三個芯片層的材質均選用聚二甲基硅氧烷，各層依次堆疊粘合。在現有技術中，特別是以Balagadc^設計的6通道培養芯片為例，其結構中每個微泵都完全獨立的驅動每個培養單元的液流，每個微泵通過3根氣體管道和3個外部接口與外部驅動設備連接。6個培養單元需要制作6個獨立微泵，包括18根驅動管道。當驅動單元數量提高時，集成的獨立微泵的數量也必須提高，管線的數量將提高3倍，大量的驅動溝道不僅使芯片的設計加工及驅動控制系統更加復雜，而且占用了大量芯片面積，限制了單元數量的進一步提升。而本發明最少可以兩根溝道將多個培養單元串聯起來并驅動其中液流循環運動，帶動菌體運動，實現懸浮培養。在一定面積的芯片中，培養單元數量能夠大幅增加(150個單元以上)，高于Balagadc^的芯片(6個)，而驅動溝道僅為2根，少于Balagadc^ 的芯片(驅動溝道18根，)，且在不增加驅動溝道數量的情況下，培養單元數量還可進一步增加，從而實現微流控多通道微生物懸浮培養，提高芯片的批次培養效率；并且，本發明所有培養溝道是在同一個層面，制作更加方便，無需精確對準，且培養單元可以排列的更為緊密，單位面積內集成的培養單元數量更多。以上僅是通過具體應用范例對本發明的實質特征進行的介紹，對發明的保護范圍不構成任何限制。凡采用等同變換或者等效替換而形成的技術方案，均落在本發明權利保護范圍內。
權利要求
1.一種微流控微生物二維懸浮培養芯片，包括一個以上培養單元，其特征在于每一培養單元包括層疊設置的培養層和驅動層，培養層和驅動層之間設有彈性隔膜層所述培養層上分布有環形閉合培養溝道回路，所述培養溝道回路與設置在所述芯片上的進液口和出液口連通；所述驅動層上分布有兩根以上線形驅動溝道，每一驅動溝道的兩端均與培養單元外部連通，且每一驅動溝道內均按設定時序通入驅動流體；又及，每一驅動溝道均從所述培養溝道上方或下方穿過，并與培養溝道上的兩個不同選定部位形成交叉；并且，在所有培養溝道與驅動溝道交叉處之中至少有兩個交叉處的培養溝道具有不同有效寬度和/或有效深度，從而使得在所有培養溝道與驅動溝道交叉處的彈性隔膜在驅動流體作用下發生形變時，對各交叉處的培養溝道內培養液產生的側向驅動力的合力足以驅動培養溝道內的培養液流單向循環流動；所述有效寬度和有效深度分別指在培養溝道與驅動溝道交叉處的彈性隔膜受擠壓時可進入培養溝道的最大寬度值和最大深度值。
2.根據權利要求1所述的微流控微生物二維懸浮培養芯片，其特征在于，所述兩根以上線形驅動溝道并列平行分布在所述驅動層上，其進液口均位于芯片同一側，且各驅動溝道與培養溝道形成的所有交叉中，位于該芯片同一側的各交叉處的培養溝道的寬度均小于或大于位于芯片另一側的交叉處的培養溝道的寬度。
3.根據權利要求1所述的微流控微生物二維懸浮培養芯片，其特征在于，所述兩根以上線形驅動溝道并列平行分布在所述驅動層上，其進液口均位于芯片同一側，且各驅動溝道與培養溝道形成的所有交叉中，位于該芯片同一側的各交叉處的培養溝道的有效深度均小于或大于位于芯片另一側的交叉處的培養溝道的有效深度。
4.根據權利要求3所述的微流控微生物二維懸浮培養芯片，其特征在于至少在位于芯片相同一側的，各驅動溝道與培養溝道形成的交叉處的培養溝道中分布有支撐體，所述支撐體包括由培養溝道底部向上延伸的突出部和/或設置于培養溝道上端和下端之間的水平支撐件，所述突出部的高度低于培養溝道上端面或與之平齊，所述水平支撐件的直徑小于培養溝道深度。
5.根據權利要求4所述的微流控微生物二維懸浮培養芯片，其特征在于所述水平支撐件包括平行分布的復數根水平支撐柱。
6.一種微流控微生物二維懸浮培養芯片，包括一個以上培養單元，其特征在于每一培養單元包括層疊設置的培養層和驅動層，培養層和驅動層之間設有彈性隔膜層所述培養層上分布有一主培養溝道和一組分支培養溝道，所述主培養溝道和分支培養溝道串接形成閉合培養溝道回路，該培養溝道回路與設置在所述芯片上的進液口和出液口連通，該一組分支培養溝道包括兩條平行設置的分支培養溝道，該兩條分支培養溝道的兩端分別與所述主培養溝道兩端連接形成一分支回路；所述驅動層上分布有兩根以上線形驅動溝道，每一驅動溝道的兩端均與培養單元外部連通，且每一驅動溝道內均按設定時序通入驅動流體；又及，每一驅動溝道均從該兩條分支培養溝道及該主培養溝道上方或下方穿過，并與該兩條分支培養溝道及該主培養溝道上的選定部位形成交叉；并且，所述分支培養溝道與主培養溝道具有不同有效寬度和/或有效深度，從而使得在所有主培養溝道及分支培養溝道與驅動溝道交叉處的彈性隔膜在驅動流體作用下發生形變時，對各交叉處的培養溝道內培養液產生的側向驅動力的合力足以驅動培養溝道回路內的培養液流單向循環流動；所述有效寬度和有效深度分別指在彈性隔膜受擠壓時可進入培養溝道的最大寬度值和最大深度值。
7.如權利要求6所述的微流控微生物二維懸浮培養芯片，其特征在于，所述兩條分支培養溝道的結構相同，且所述分支培養溝道的寬度和/或深度均小于主培養溝道。
8.一種微流控微生物二維懸浮培養芯片，包括一個以上培養單元，其特征在于 每一培養單元包括層疊設置的培養層和驅動層，培養層和驅動層之間設有彈性隔膜層所述培養層上分布有二條主培養溝道和二組分支培養溝道，所述主培養溝道和分支培養溝道串接形成閉合培養溝道回路，該培養溝道回路與設置在所述芯片上的進液口和出液 □連通，其中，每一組分支培養溝道包括兩條平行設置的分支培養溝道，該兩條分支培養溝道的兩端分別與兩條主培養溝道的一端連接形成一分支回路；所述驅動層上分布有兩根以上線形驅動溝道，每一驅動溝道的兩端均與培養單元外部連通，且每一驅動溝道內均按設定時序通入驅動流體；又及，每一驅動溝道均從該兩組分支培養溝道上方或下方穿過，并分別與各分支培養溝道上的選定部位形成交叉；并且，所有分支培養溝道與主培養溝道及不同組中的各分支培養溝道之間均具有不同有效寬度和/或有效深度，從而使得在所有分支培養溝道與驅動溝道交叉處的彈性隔膜在驅動流體作用下發生形變時，對各交叉處的分支培養溝道內培養液產生的側向驅動力的合力足以驅動培養溝道回路內的培養液流單向循環流動；所述有效寬度和有效深度分別指在彈性隔膜受擠壓時可進入培養溝道的最大寬度值和最大深度值。
9.如權利要求8所述的微流控微生物二維懸浮培養芯片，其特征在于，所有分支培養溝道的深度和/或寬度均小于主培養溝道，且同一組內的分支培養溝道的結構均相同，而不同組內的分支培養溝道的結構互不相同。
10.根據權利要求1或6或8所述的微流控微生物二維懸浮培養芯片，其特征在于所述微流控微生物二維懸浮培養芯片包括平行分布與同一平面上的復數個培養單元，其中， 各培養單元中的各驅動溝道分別與相鄰培養單元中的相應驅動溝道串接。
11.根據權利要求1或6或8所述的微流控微生物二維懸浮培養芯片，其特征在于 所述培養層和驅動層至少由高分子聚合物、水凝膠、硅片、石英、玻璃、陶瓷和金屬材料中的任意一種或兩種以上的組合形成；所述彈性隔膜層由彈性高分子聚合物材料形成。
12.根據權利要求1或6或8所述的微流控微生物二維懸浮培養芯片，其特征在于所述進液口、出液口及驅動溝道的接口設置在所述芯片的頂部和/或底部。
全文摘要
本發明公開了一種微流控微生物二維懸浮培養芯片，包括一個以上培養單元，每一培養單元包括層疊的培養層、彈性隔膜層和驅動層；該培養層上分布有環形閉合培養溝道回路，該回路與設置在芯片上的進、出液口連通；該驅動層上分布有若干線形驅動溝道，每一驅動溝道內均按設定時序通入驅動流體，且每一驅動溝道均從培養溝道回路上方或下方穿過，并與該回路的兩個不同選定區域交叉，通過調整被驅動溝道穿越區域內培養溝道的寬度、深度、數量或在培養溝道內設置阻礙彈性膜向下形變的結構，進而在同一層面驅動液流單向運動。本發明能以少量的驅動管道和外接口驅動多個培養單元的培養液流，提高單位芯片面積上培養單元的數量，實現微生物的大量平行培養。
文檔編號C12M1/00GK102337207SQ20111031675
公開日2012年2月1日 申請日期2011年10月18日 優先權日2011年10月18日
發明者甘明哲, 陳立桅 申請人:中國科學院蘇州納米技術與納米仿生研究所