[发明专利]微流控芯片装置及其制备方法、微藻生产生物质的方法

说明书

本发明涉及一种微流控芯片装置及其制备方法、微藻生产生物质的方法，微流控芯片装置由下至上依次设置微电极基片层、培养腔室层以及气动控制层；培养腔室层包括一列或多列流道，每列流道上设有一个或多个培养腔室，流道包括与培养腔室常通的第一流道和与培养腔室常闭的第二流道，第二流道设置在第一流道与培养腔室之间，第二流道为向下凸设而成的凸体，凸体的底端与微电极基片层抵接；气动控制层包括气动控制腔室，每个气动控制腔室位于细胞培养腔室的正上方，且覆盖到细胞培养腔室两侧的第二流道；该微流控芯片装置能够在可控且独立的微环境下直接对雨生红球藻细胞进行电场刺激和培养，可以有效地提高微藻高价值生物质虾青素的产量。

技术领域

本发明涉及生物技术/生物医学工程领域，特别是涉及一种微流控芯片装置及其制备方法、微藻生产生物质的方法。

背景技术

微藻是广泛分布于淡水和海水中的重要光合微生物，能有效利用光能和CO₂进行光合作用生产生物燃料、食品、饲料和高价值的生物质材料。此外，作为一种高效光合作用微型细胞工厂，微藻的生长速率远远高于其他的陆生植物。因此，微藻作为天然生物质材料的微生物反应器有着巨大的研究和市场应用价值，近年来在生产可再生生物燃料和高价值产品方面被广泛研究。目前微藻的研究通常是在实验室规模中，利用烧瓶、培养板或光生物反应器中进行培养。这些培养体系对了解藻类的基本生物特性，以及各种培养条件(如光照强度、光照周期、温度、培养基浓度、CO₂浓度、pH值)对藻类生长和生物质产量的影响作出了重要贡献。然而，要进一步优化各种藻类生物质产量，则需要监测不同培养条件与生物质产量之间的关系，而现有手段却难以实现多种培养条件变量的复合优化。

虾青素(3，3′二羟基-β，β′-胡萝卜素-4,4′-二酮)是一种类胡萝卜素，是很多植物、藻类以及海洋生物都能够生产的一种纯天然抗氧化物质。据报道，虾青素可以用于药理作用的研究如抗氧化、消炎、免疫调节、抗癌以及抗糖尿病。其抗氧化能力是β-胡萝卜素的38倍，是维他命E的500倍。由于其有效的抗氧化能力以及广泛的药理学应用潜力，虾青素近来备受青睐。但是，即使有如此多潜在的优点，天然的虾青素产量非常低导致市场价格超高。2013年，虾青素的市场价格达到了每千克5800美金。在自然界中，雨生红球藻(H.pluvialis)是虾青素含量最高(1％～5％干重)的水生植物之一，其生长周期包括：营养增长期(绿色)、孢囊形成期(未成熟孢囊/褐色)、孢囊成熟期(孢囊/红色)和细胞萌发期，四个周期不断循环。不利的生长环境会促使雨生红球藻细胞内发生应激反应，使其从营养增长期转化至孢囊形成期，从而开始逐渐累积虾青素。研究人员试图通过各种方法如控制光照条件，去除培养基中的硝酸盐，调高温度或提供二氧化碳来提高雨生红球藻中的虾青素产量。然而这些方法只是单纯改变雨生红球藻生长环境的影响因素，效果有限。因此，探索新的刺激方式直接作用于雨生红球藻并优化其培养条件以获得更高虾青素产量是目前要解决的关键问题。

发明内容

基于此，有必要提供一种微流控芯片装置。

此外，还提供了一种微流控芯片装置的制备方法、微藻生产生物质的方法。

一种微流控芯片装置，所述微流控芯片装置由下至上依次设置微电极基片层、培养腔室层以及气动控制层；

所述培养腔室层包括在所述培养腔室层和所述微电极基片层之间形成的一列或多列流道，每列流道上设有一个或多个培养腔室，所述流道包括常通的第一流道和设置在常通的第一流道与培养腔室之间的常闭的第二流道，所述第二流道为向下凸设而成的凸体，所述凸体的底端与微电极基片层抵接；

所述气动控制层包括对应于培养腔室层上的一个或多个培养腔室设置的一个或多个气动控制腔室，各气动控制腔室位于各培养腔室的上方，且覆盖培养腔室和培养腔室两侧的常闭的第二流道；

所述微电极基片层包括基片和所述基片上的对应于培养腔室层上的一个或多个培养腔室和气动控制层上的一个或多个气动控制腔室设置的一个或多个微电极对，各微电极对位于各培养腔室内；