[发明专利]微生物培养装置及其操作方法

说明书

技术领域

本发明整体涉及微生物培养装置领域，更特别地涉及用于细胞培养的微流体装置。

背景技术

微生物培养应用于生物科学、临床科学以及生物技术中。微生物培养利用微生物培养装置。

活细胞是生物学中广泛使用的微生物的一个例子。首先，最常见的培养方法涉及在培养皿或细胞培养瓶的底部培养。在这些装置中，当使用例如正置显微镜时，液体和不平的空气-液体/细胞界面的存在可能会影响细胞的成像。因为培养皿的底部提供清楚的光学界面，所以细胞可以另外地使用倒置显微镜来观察。但是在高放大倍率(＞40×)下，焦点深度成为问题。通常将薄的盖玻片放置在细胞上(正置显微镜)或可能放置在细胞下(倒置显微镜)。放置盖玻片对实验技巧有要求，以免例如挤压细胞、包含厚层液体、或者在盖玻片和培养皿之间形成渗漏。此外，带有盖玻片的样本不能再次使用。因此，在最常用的培养方法中细胞是难以观察的。

第二，如本领域所公知的，在微流体中培养和研究细胞可能是有利的，其理由如下：(i)这降低了用于罕见细胞和难以培养的细胞的成本，(ii)这能够实现更好的细胞增殖研究，(iii)细胞具有更好的(更小的)细胞/周围培养基体积比，以及(iv)能够实现营养物和刺激因子的更快交换。例如在A.Persidis，Nature Biotechnol.，1998，16，488-489中说明了这些优点中的一部分。

在这方面，很多微流体系统由聚二甲基硅氧烷(PDMS)制成，因为这种材料具有良好的机械性能、光学透明度和生物相容性。例如已经开发了复杂的微流体细胞培养装置以用于多种细胞类型，例如真核细胞、肺细胞、胚胎干细胞、和哺乳动物胚胎。特别地，微流体用于限制和培养细胞：细胞必须保持在适于测量的特定区域中；细胞可能还需要定期的培养基交换、受控的温度和CO₂。此外。一些重要的细胞(例如神经元)难以在这种系统中培养，因为它们需要数日来附着和发展表现型。

作为例子，US2007/0090166中公开了一种包括基底和膜的微流体装置。基底包括与通道流体连通的容器。生物相容的流体可以被添加到容器和通道中。容器被构造成接收和保持细胞群的至少一部分。膜起到防止生物相容的流体从通道蒸发的屏障的作用。可以添加盖子来覆盖生物相容的流体，以防止生物相容的流体蒸发。

其次，US2004/0265172涉及一种用于分析生物样本的微流体装置。该装置设有包括入口端口的样本入口区段、与入口端口和入口腔室连通的毛细管通道。入口腔室包括使样本液体在入口腔室均匀分布并且将入口腔室中原有的空气排出的装置。

US7138270公开了一种分析装置，其包括基部和玻璃盘盖。基部具有浅的微孔的阵列，每个微孔具有平的边缘，所有的边缘共平面。当盖子放置在基部上时，每个边缘形成薄的毛细间隙，用作对微孔腔室的液体密封。液体是过量的样本液体，进一步过量的液体容纳在微孔之间的溢出腔中。因为液体密封和浅的构造，能够实现微流体装置的优点以及操作便利性，并且能够使用传统微孔板装置的传统检测设备。当盖子放置在基部上时，过量的样本溢出到周围的溢出区。剩余量的样本填充边缘和盖子之间的毛细间隙。因此，希望体积的样本完全被基部和盖子围绕，而不与环境空气接触。过量样本在形成微腔室密封的边缘上、以及在溢出腔中。盖子和框架的接触形成第二层封闭，也限制环境空气接近以及使得样本蒸发和污染最少化。排气孔使得在放置盖子的过程中当溢出腔接收过量的样本时环境空气能够离开，从而确保盖子的均匀放置。

US7351575公开了一种用于对生物材料执行至少一个批量操作(bulk process)步骤的方法，包括：a)通过使用在三(乙二醇)末端基团的背景中包含约0.1％到20％的马来酰亚胺末端基团的混合自组装单层(SAM)溶液对基板进行化学处理以加强基板上的激酶底物的固定；b)将可移除的第一构件放置在基板上以形成可移除的第一构件在基板上的自密封接触，可移除的第一构件能够在基板上重复地自密封，可移除的第一构件还在其中限定多个第一孔，每个第一孔具有对多个第一孔中相应的孔进行限界的多个第一壁，可移除的第一构件还被构造成使得当放置成与基板自密封接触时，可移除的第一构件用其限定与多个第一孔中相应的孔对应的多个第一壁。可移除的构件由当放置成与表面接触时能够自发地与表面形成流体密封的材料制成。不需要使用粘接剂、超声、热或其他方法来实现流体密封。可移除的构件能够被密封到表面，然后(通过可以手动或机械执行的诸如剥落或举升的手段而)被移除，而不会损坏表面或在表面上留下残留物。