一种基于微流控芯片的多光谱微藻光合作用研究装置和进行微藻研究实验方法

摘要

一种基于微流控芯片的多光谱微藻光合作用研究装置和进行微藻研究实验方法，涉及一种微藻光合作用研究装置和进行微藻研究实验方法。为了解决利用传统的器皿进行微藻光合作用研究时存在的工作量大、药剂消耗大的问题以及光照条件需要分别设置的问题。本发明包括微流控芯片和分光装置，微流控芯片包括微藻流道、密封液流道、主流道和阵列单元；微藻流道与密封液流道共同连接主流道的一端，主流道中部设有阵列单元；阵列单元为若干个回路单元串联而成，串联的若干个回路单元呈阵列分布；回路单元包括上回路流道和下回路流道，上回路流道和下回路流道并联设置；下回路流道包括微型培养池和微型培养池末端的缩口。本发明适用于微藻光合作用的研究。

说明书

技术领域

本发明涉及一种微藻光合作用研究装置和进行微藻研究实验方法。

背景技术

随着世界人口的增长和化石燃料储量的消耗，发展可供选择的能源研究逐渐受到重 视。另外，由于化石燃料的过渡消耗引发的环境问题，也成为21世纪制约经济发展的主 要因素。因此发展可再生清洁能源刻不容缓，能源微藻由于其越来越广泛的应用，其经济 重要性也逐渐显示。近年来，微藻由于其能通过光合作用吸收二氧化碳转化为油脂，蛋白 质和碳水化合物等营养物质，越来越受到了许多学者的研究兴趣。特别的，由于某些藻种 能通过光转化生产氢气这样一种无污染的清洁能源，更加显示了其强大的潜能。

在微藻研究中光合作用始终是其中非常重要的一环，在多光谱光合作用的研究中，传 统上是利用不同频率的光进行分别照射。目前针对微藻的常规研究主要集中于通过前期培 养和后期生理检测相结合，现有的微藻培养和研究的器皿一般是传统的试管、烧杯、培养 皿等，当进行光合作用研究时，需要对每个实验对象分别进行培养操作和实验操作，导致 工作量非常大，整个实验操作过程复杂，而且药剂的消耗量也非常大；同时针对光合作用 研究还要对每个实验对象分别进行光照调整，更加导致了整体实验过程工作量巨大，并且 除了光照条件外的其他变量条件不易得到有效控制。

发明内容

本发明是为了解决利用传统的器皿进行微藻光合作用研究时存在的工作量大、药剂消 耗大的问题以及光照条件需要分别设置的问题。

一种基于微流控芯片的多光谱微藻光合作用研究装置，包括微流控芯片和分光装置， 所述微流控芯片包括微藻流道、密封液流道、主流道和阵列单元；所述的微藻流道一端设 有微藻流道入口，密封液流道一端设有密封液流道入口；微藻流道的另一端与密封液流道 的另一端共同连接主流道的一端，主流道的另一端设有出口，主流道中部设有阵列单元； 阵列单元为若干个回路单元串联而成，串联的若干个回路单元呈阵列分布；所述的回路单 元包括上回路流道和下回路流道，上回路流道和下回路流道并联设置(上回路流道和下回 路流道的入口相连，上回路流道和下回路流道的出口相连)；下回路流道包括微型培养池 和微型培养池末端的缩口；微流控芯片水平设置，所述的分光装置设置在微流控芯片的上 方，分光装置将光照进行分光并将分光后的光束照射在阵列单元上；利用分光装置进行分 光处理，使得不同位置微型培养池中的微藻的光照条件不同(除光照以外的其他条件均保 持相同)，从而实现多光谱微藻光合作用的研究。

本发明具有以下效果：

由于本发明装置中微流控芯片的阵列单元结构可以同时进行多组微藻光合作用研究 实验，而且通过分光装置，可以同时进行多光谱的研究，能够大量节省微藻光合作用研究 实验操作的时间、减少实验工作量、降低实验的复杂度，使得实验具有高通量的特点；并 且能够大量减少光合作用研究实验中的药剂消耗。相比传统的器皿微藻培养和光合作用研 究实验方法，本发明能够减少70％以上的工作量、减少80％的药剂消耗，而且进行研究实 验的操作十分简单。

利用本发明进行微藻光合作用研究实验能够方便、有效地对除光照条件外的其他变量 条件进行有效的控制。

附图说明

图1为本发明装置的示意图；

图2为微流控芯片的结构示意图；

图3为回路单元示意图；

图4为回路单元的结构示意图；

图5为下回路流道的结构示意图。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1-图5说明本实施方式，

一种基于微流控芯片的多光谱微藻光合作用研究装置，包括微流控芯片a和分光装置 b，所述微流控芯片a包括微藻流道1、密封液流道2、主流道3和阵列单元4；所述的微 藻流道1一端设有微藻流道入口，密封液流道2一端设有密封液流道入口；微藻流道1 的另一端与密封液流道2的另一端共同连接主流道3的一端，主流道3的另一端设有出口， 主流道3中部设有阵列单元4；阵列单元4为若干个回路单元4-1串联而成，串联的若干 个回路单元4-1呈阵列分布；所述的回路单元4-1包括上回路流道4-1-1和下回路流道 4-1-2，上回路流道4-1-1和下回路流道4-1-2并联设置(上回路流道4-1-1和下回路流道 4-1-2的入口相连，上回路流道4-1-1和下回路流道4-1-2的出口相连)；下回路流道4-1-2 包括微型培养池4-1-3和微型培养池末端的缩口4-1-4；微流控芯片a水平设置，所述的 分光装置b设置在微流控芯片a的上方，分光装置b将光照进行分光并将分光后的光束照 射在阵列单元4上；利用分光装置b进行分光处理，使得不同位置微型培养池中的微藻的 光照条件不同(除光照以外的其他条件均保持相同)，从而实现多光谱微藻光合作用的研 究。

具体实施方式二：

本实施方式所述的微藻流道入口设有微量注射泵，所述的密封液流道入口设有微量注 射泵。

其它结构及参数与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：

本实施方式所述分光装置b为三棱镜。

其它结构及参数与具体实施方式二相同。

具体实施方式四：

本实施方式所述微流控芯片a材质可根据实验需要选用，如玻璃材质或PDMS等。

其它结构及参数与具体实施方式二或三相同。

具体实施方式五：

本实施方式所述微流控芯片a采用软光刻方法制造。该微流控芯片a包含上下两层， 上层包含流道网格(微藻流道、密封液流道、主流道和阵列单元等共同构成的流道)，流 道网格中回路单元根据实验需要进行阵列排布(附图2中以5*6阵列排列为例)，每个回 路单元流道的陷阱处对应于微型培养池4-1-3；下层是基板。

其它结构及参数与具体实施方式一至四之一相同。

具体实施方式六：

本实施方式所述的主流道3的主体宽度为200微米；微型培养池4-1-3呈椭圆形，微 型培养池4-1-3的长度为385微米，宽度方向上的最宽距离为400微米；缩口4-1-4处宽 度为45微米。微型培养池4-1-3和缩口4-1-4的尺寸的由实验目的和所选用实验材料确定 的，可根据需要进行改变。

其它结构及参数与具体实施方式一至五之一相同。

具体实施方式七：

本实施方式是利用具体实施方式一至五之一所述的一种基于微流控芯片的微藻光合 作用研究装置进行微藻研究实验的方法，包括以下步骤：

步骤1、从微藻流道入口进行微藻接种，当微藻充满所有的微型培养池4-1-3后，停 止接种微藻；

步骤2、从密封液流道入口注入密封液，密封液将主流道3及所有回路单元的上回路 流道4-1-1中的微藻排出，当密封液充满主流道3及所有回路单元的上回路流道4-1-1 时，停止注入密封液；

步骤3、设置微藻的培养条件，调整分光装置b(三棱镜)进行分光处理，使得不同 位置微型培养池中的微藻的光照条件不同，进行多光谱微藻光合作用的实验。

具体实施方式八：

本实施方式所述的密封液为矿物油。

其它步骤及参数与具体实施方式七相同。

本发明还可有其它多种实施例，比如利用本发明进行细菌等微生物的培养和研究，在 不背离本发明精神及其实质的情况下，本领域技术人员当可根据本发明作出各种相应的改 变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。