一种用于细胞共培养的微流控芯片及其细胞培养方法

摘要

本发明涉及一种用于细胞共培养的微流控芯片及其细胞培养方法，包括承载底座、培养台、透明盖板、透明电极板、加热丝、接线端子及驱动电路，承载基座上端面设承载槽，培养台嵌于承载槽，透明盖板包覆在培养台上端面，透明电极板共两条，对称分布在培养台轴线两侧并与培养台轴线平行分布，各透明电极板均与承载槽侧壁连接，加热丝嵌于承载槽底部，驱动电路和接线端子均嵌于承载底座外侧面。细胞培养方法包括设备预制，细胞预制及细胞培养等三个步骤。本发明可有效满足多种类型细胞培养工作的需要，且培养过程控制精度高的优点，同时操作及维护成本低廉、运行自动化程度高，从而有效提高细胞培养作业的工作效率和质量。

说明书

技术领域

本发明属于细胞培养领域，涉及一种用于细胞共培养的微流控芯片及方法。

背景技术

目前在细胞培养中需要通过微流控芯片进行辅助培养，当前的用于细胞培养的设备种类较多，例如专利公开号为CN106544270B，公开日为20160326，专利申请号为201611107680.2，专利名称为一种用于细胞共培养的微流控芯片及其细胞培养方法；专利公开号为CN103060196A，公开日为20130424，专利申请号为201210589651X，专利名称为一种新型高效微流控多细胞共培养芯片及其制备方法。虽然可以一定程度满足使用的需要，但在使用中，一方面存在设备结构复杂，操作、维护作业成本高及劳动强度大；另一方面存在细胞培养手段单一，培养效率低下，从而导致当前设备在进行细胞培养时的工作成本和难度均相对较大，难以有效满足实际工作使用的需要。

因此针对这一问题，迫切需要开发一种全新的细胞共培养的微流控芯片及其细胞培养方法，以满足实际使用的需要。

发明内容

为了解决现有技术上的不足，本发明提供一种用于细胞共培养的微流控芯片及方法。

一种用于细胞共培养的微流控芯片，包括承载底座、培养台、透明盖板、透明电极板、连接管头、加热丝、接线端子及驱动电路，承载底座为横断面呈矩形的板状结构，其上端面设承载槽，培养台至少一个嵌于承载槽内并与承载底座上端面平行分布，透明盖板包覆在培养台上端面并与培养台同轴分布，培养台一端设至少一个加液口，另一端设至少一个排液口，侧表面设一个通气口，且所述加液口、排液口及通气口均与连接管头连接，且所述连接管头与培养台上端面呈0-90度夹角，且连接管头前端面位于承载底座外，所述透明电极板共两条，对称分布在培养台轴线两侧并与培养台轴线平行分布，且各透明电极板均与承载槽侧壁连接，并与培养台侧表面相抵，所述加热丝嵌于承载槽底部并沿与培养台轴线垂直方向均布，所述加热丝间相互并联，并分别与驱动电路电气连接，所述驱动电路和接线端子均嵌于承载底座外侧面，且驱动电路另与透明电极板和接线端子电气连接；所述的承载底座外表面设一个蠕动泵、负压泵、气压传感器、氧气传感器、控制阀、辐照灯及温度传感器，所述蠕动泵、负压泵、气压传感器、氧气传感器、控制阀均与承载底座外表面连接，其中所述蠕动泵至少两个，其中至少一个蠕动泵通过控制阀与各加液口连通，另至少一个蠕动泵通过控制阀与排液口连通，所述负压泵通过控制阀与通气口连通，所述控制阀另通过倒流支管与气压传感器、氧气传感器连通，所述辐照灯若干，嵌于承载槽内，环绕承载槽轴线均布并嵌于承载槽内侧面，所述辐照灯光轴与承载槽轴线垂直分布，并与承载槽底部呈0-60度夹角，所述温度传感器嵌于承载槽内并与承载槽同轴分布，所述蠕动泵、负压泵、气压传感器、氧气传感器、控制阀、辐照灯及温度传感器均与驱动电路电气连接。

进一步的，所述的培养台包括透明基座、微流通道、培养槽、通气通道、生物培养衬层、生物引流层，其中所述透明基座上端面中点位置设至少一个培养槽，各培养槽均沿与透明基座轴线垂直方向均布，并相互并联，所述培养槽一端通过微流通道与加液口连通，另一端通过微流通道与排液口连通，培养槽上表面另通过通气通道与通气口连通，所述培养槽间相互并联，且各培养槽连接的微流通道和通气通道相互并联，所述生物培养衬层包覆在培养槽内表面，所述生物引流层包覆在微流通道内表面，所述微流通道、通气通道的深度为培养槽深度的1/4-1/2，且培养槽深度为透明基座深度的50%-90%。

进一步的，所述的透明基座为两个及两个以上时，各透明基座沿竖直方向从上向下叠放并同轴分布，且相邻两透明基座间通过粘接剂连接且下层透明基座的微流通道、培养槽、通气通道上端面由上层透明基座底部密封。

进一步的，所述的培养槽与通气通道连接位置处通过PDMS膜隔离。

进一步的，所述的生物培养衬层、生物引流层厚度均为0.1--1毫米，其中所述生物培养衬层均为牛血清蛋白，其中生物培养衬层浓度为生物引流层浓度的1.1-2.5倍。

进一步的，所述的驱动电路为基于DSP、FPGA、MCU及PID芯片中任意一种为基础的电路系统，且所述驱动电路另设数据通讯电路。

一种用于细胞共培养的微流控芯片的细胞培养方法，包括如下步骤：

S1，设备预制，首先根据培养作业需要组装设定培养台中透明基座的层数，同时将培养台的各连接管头与承载底座的蠕动泵及负压泵连通，然后将承载底座安装到指定工作位置，最后将驱动电路与外部驱动电源及监控设备连接，即可完成设备装配；

S2，细胞预制，将待培养细胞用胰蛋白酶消化为细胞悬液，然后由离心机对细胞悬液进行离心分离，然后将分离后的细胞收集并由培养液进行稀释并超声波均质，得到细胞浓度为1000—6000个/毫升的细胞悬液，并使得到细胞悬液在20℃—40℃恒温环境下静置保存1—10分钟备用；

S3,细胞培养，将S2步骤制备的细胞悬液通过蠕动泵从加液口匀速添加到培养台的各培养槽内，同时使排液口处的蠕动泵运行辅助提高细胞悬液输送动力，同时在添加过程中使微流通道、培养槽内均由细胞悬液充分填充，并在完成填充后通过控制阀关闭各加液口和排液口，然后根据培养作业需要驱动负压泵、气压传感器、氧气传感器运行，调节培养台内的氧气含量和气压；最后根据培养的需要，驱动承载底座的加热丝及温度传感器运行，调节培养温度；驱动辐照灯运行，实现对培养基光敏诱导；并在完成培养作业后将培养后的细胞悬液通过排液口处在蠕动泵驱动下排出。

本发明较传统的细胞培养系统，具有系统结构简单，使用灵活方便，通用性好，可有效满足多种类型细胞培养工作的需要，且培养过程控制精度高的优点，同时操作及维护成本低廉、运行自动化程度高，从而有效提高细胞培养作业的工作效率和质量。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式来详细说明本发明；

图1为本发明系统结构示意图；

图2为培养台俯视结构示意图；

图3为本发明方法流程示意图。

具体实施方式

为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于施工，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。

如图1和2所示，一种用于细胞共培养的微流控芯片，包括承载底座1、培养台2、透明盖板3、透明电极板4、连接管头5、加热丝6、接线端子7及驱动电路8，承载底座1为横断面呈矩形的板状结构，其上端面设承载槽9，培养台2至少一个嵌于承载槽9内并与承载底座1上端面平行分布，透明盖板3包覆在培养台2上端面并与培养台2同轴分布，培养台2一端设至少一个加液口21，另一端至少设一个排液口22，侧表面设一个通气口23，且加液口21、排液口22及通气口23均与连接管头5连接，且所述连接管头5与培养台2上端面呈0-90度夹角，且连接管头5前端面位于承载底座1外，透明电极板4共两条，对称分布在培养台2轴线两侧并与培养台2轴线平行分布，且各透明电极板4均与承载槽9侧壁连接，并与培养台2侧表面相抵，加热丝6若干，嵌于承载槽9底部并沿与培养台2轴线垂直方向均布，加热丝6间相互并联，并分别与驱动电路8电气连接，所述驱动电路8和接线端子7均嵌于承载底座1外侧面，且驱动电路8另与透明电极板4和接线端子7电气连接。

重点说明的，所述的培养台2包括透明基座201、微流通道202、培养槽203、通气通道204、生物培养衬层205、生物引流层206，其中所述透明基座201上端面中点位置设至少一个培养槽203，各培养槽203均沿与透明基座201轴线垂直方向均布，并相互并联，所述培养槽203一端通过微流通道202与加液口21连通，另一端通过微流通道202与排液口22连通，培养槽203上表面另通过通气通道204与通气口23连通，所述培养槽203间相互并联，且各培养槽203连接的微流通道202和通气通道204相互并联，所述生物培养衬层205包覆在培养槽203内表面，所述生物引流层206包覆在微流通道202内表面，所述微流通道202、通气通道204的深度为培养槽203深度的1/4-1/2，且培养槽203深度为透明基座201深度的50%-90%。

进一步优化的，所述的透明基座201为两个及两个以上时，各透明基座201沿竖直方向从上向下叠放并同轴分布，且相邻两透明基座201间通过粘接剂连接且下层透明基座201的微流通道202、培养槽203、通气通道204上端面由上层透明基座201底部密封。

进一步优化的，所述的培养槽203与通气通道204连接位置处通过PDMS膜隔离。

此外，所述的生物培养衬层205、生物引流层206厚度均为0.1-1毫米，其中所述生物培养衬层205均为牛血清蛋白，其中生物培养衬层205浓度为生物引流层206浓度的1.1-2.5倍。

值得注意的，所述的承载底座1外表面设一个蠕动泵101、负压泵102、气压传感器103、氧气传感器104、控制阀105、辐照灯106及温度传感器107，所述蠕动泵101、负压泵102、气压传感器103、氧气传感器104、控制阀105均与承载底座1外表面连接，其中所述蠕动泵101至少两个，其中至少一个蠕动泵101通过控制阀105与各加液口21连通，另至少一个蠕动泵101通过控制阀105与排液口22连通，所述负压泵102通过控制阀105与通气口23连通，所述控制阀105另通过倒流支管108与气压传感器103、氧气传感器104连通，所述辐照灯106若干，嵌于承载槽9内，环绕承载槽9轴线均布并嵌于承载槽9内侧面，所述辐照灯106光轴与承载槽9轴线垂直分布，并与承载槽9底部呈0-60底夹角，所述温度传感器107嵌于承载槽9内并与承载槽9同轴分布，所述蠕动泵101、负压泵102、气压传感器103、氧气传感器104、控制阀105、辐照灯106及温度传感器107均与驱动电路电气连接。

本实施例中，所述的驱动电路8为基于DSP、FPGA、MCU及PID芯片中任意一种为基础的电路系统，且所述驱动电路8另设数据通讯电路。

如图3所示，一种用于细胞共培养的微流控芯片的细胞培养方法，包括如下步骤：

S1，设备预制，首先根据培养作业需要组装设定培养台2中透明基座201的层数，同时将培养台2的各连接管头5与承载底座1的蠕动泵101及负压泵102连通，然后将承载底座1安装到指定工作位置，最后将驱动电路8与外部驱动电源及监控设备连接，即可完成设备装配；

S2，细胞预制，将待培养细胞用胰蛋白酶消化为细胞悬液，然后由离心机对细胞悬液进行离心分离，然后将分离后的细胞收集并由培养液进行稀释并超声波均质，得到细胞浓度为1000—6000个/毫升的细胞悬液，并使得到细胞悬液在20℃—40℃恒温环境下静置保存1—10分钟备用；

S3,细胞培养，将S2步骤制备的细胞悬液通过蠕动泵101从加液口21匀速添加到培养台2的各培养槽203内，同时使排液口22处的蠕动泵101运行辅助提高细胞悬液输送动力，同时在添加过程中使微流通道202、培养槽203内均由细胞悬液充分填充，并在完成填充后通过控制阀105关闭各加液口21和排液口22，然后根据培养作业需要驱动负压泵102、气压传感器103、氧气传感器104运行，调节培养台2内的氧气含量和气压；最后根据培养的需要，驱动承载底座1的加热丝6及温度传感器107运行，调节培养温度；驱动辐照灯106运行，实现对培养基光敏诱导；并在完成培养作业后将培养后的细胞悬液通过排液口22处在蠕动泵101驱动下排出。

本发明较传统的细胞培养系统，具有系统结构简单，使用灵活方便，通用性好，可有效满足多种类型细胞培养工作的需要，且培养过程控制精度高的优点，同时操作及维护成本低廉、运行自动化程度高，从而有效提高细胞培养作业的工作效率和质量。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。