[发明专利]一种适用微重力回转仪装配的生物培养微流控芯片及其细胞培养方法

说明书

本发明提供了一种适用微重力回转仪装配的生物培养微流控芯片及其细胞培养方法，芯片软膜完全覆盖在培养芯片本体上，通过可拆卸的固定装置将生物培养微流控芯片侧面固定，在软膜与培养芯片接口层间形成密封，生物培养微流控芯片固定在微重力回转仪的固定位上。该芯片大大降低了培养腔室的深宽比，减少培养基用量，能够满足平行培养需求，同时有效减少流体剪应力对培养目标物的损伤。

技术领域

本发明属于空间医学工程以及生物技术研究领域，具体涉及一种适应于微重力回转仪(Random Position Machine,RPM)装配的生物培养微流控芯片，以及使用该微流控芯片的细胞培养方法。

背景技术

太空环境的重力一般在零到千分之几G，即微重力环境。在轨工作的航天员往往出现多种生物损伤效应，涉及心血管系统、肌肉运动系统、神经系统和免疫系统等。为探究生物损伤效应机制，保护在轨工作的航天员，相关研究是必要的。然而，航天员的样本极其珍贵，在轨开展生物实验的机会也极其有限，因此目前空间生物学研究的主要手段是地面模拟微重力。其中，对于体外培养的细胞样本，最常见的实验方法是使用三维回转仪和二维回转仪模拟微重力。

细胞生物学中，哺乳动物细胞培养的传统方法是将单层贴壁细胞培养于器皿的底部，并在其上覆盖一层约1mm的培养基，使细胞全时在培养基的覆盖中，以保证细胞不会由于干燥或缺乏营养而死亡。然而，在微重力回转仪的作用下，细胞培养的器皿是不断运动的，单层培养基无法实现全时、全面地覆盖培养的细胞，同时，培养器皿的不断运动也会使培养基产生巨大的剪应力，损伤培养的细胞。因此对于细胞、微生物等样本，一般会先将培养瓶灌满培养基，再封口后装配至微重力回转仪上，开始随机旋转，模拟微重力环境。这样的方法会导致对细胞培养基的极度浪费。对于底面积为12.5cm²的培养瓶仅需2mL培养基即满足48h的细胞培养需求，而现有技术中在微重力回转仪上使用底面积为12.5cm²的培养瓶，则需要灌满整个培养瓶至少需要37mL培养基，极大提高相关实验的成本。更重要的是，在传统细胞培养方法中，常用多孔板增加实验的生物学重复，然而由于无法将多孔板填满培养基，因此多孔板无法使用在微重力回转仪上。

发明内容

为了解决现有的模拟微重力环境下细胞培养技术的缺陷，本发明结合微流控细胞培养技术与模拟微重力技术，提供一种适用微重力回转仪装配的生物培养微流控芯片及其细胞培养方法，该芯片大大降低了培养腔室的深宽比，减少培养基用量，既能够满足平行培养需求，又可效减少流体剪应力对培养目标物的损伤。

本发明提供以下技术方案：

一种适用微重力回转仪装配的生物培养微流控芯片，由下至上包括下固定板、培养芯片本体、软膜、上固定板，其特征在于，所述软膜完全覆盖在所述培养芯片本体上，通过可拆卸的固定装置将所述生物培养微流控芯片侧面固定，在软膜与培养芯片接口层间形成密封，所述生物培养微流控芯片固定在微重力回转仪的固定位上。

进一步的，所述软膜为聚二甲基硅氧烷PDMS、聚乙烯PE、聚氯乙烯PVC、聚偏二氯乙烯PVDC。

进一步的，所述培养芯片本体包括接口层、培养层和基底层，所述培养层的培养腔室深宽比为0.003～1，完全交汇时细胞数：所需的培养基＝1.4x10⁶：0.625～1.4x10⁶：6.25；所述接口层设有若干通孔，通孔位置与培养腔室对应。

进一步的，所述培养芯片本体包括接口层、培养层和基底层，所述培养层设有若干培养腔室，每一培养腔室均设有进液通道和出液通道，培养腔室的深宽比为0.003～1，完全交汇时贴壁细胞数量：所需的培养基＝1.4x10⁶：0.625～1.4x10⁶：6.25。所述接口层设有若干通孔，通孔位置与培养腔室的进液通道和出液通道对应。