微流控芯片及其制备方法、应用和虾青素的生产方法与流程

本发明涉及微流控技术领域，特别是涉及一种为微流控芯片及其制备方法、应用和虾青素的生产方法。

背景技术：

微藻(microalgae)是一类在陆地、海洋分布广泛，营养丰富、光合利用度高的自养生物，细胞代谢产生的色素、蛋白质、多糖等，使其在食品、医药、基因工程、液体燃料等领域具有非常重要的地位。藻类个体大小悬殊，只有在显微镜下才能分辨其形态的微小藻类类群，被人们称为微藻。

微藻种类繁多，其胞内含有：蛋白质、脂类、藻多糖、β-胡萝卜素、多种无机元素(如cu、fe、se、mn、zn等)等高价值的营养成分和化工原料。其中，虾青素(3,3′二羟基-β,β′-胡萝卜素-4,4′-二酮)作为一种藻类生产的高价值纯天然抗氧化物质，广泛存在于大多数甲壳类动物和鲑科鱼类体内，植物的叶、花、果，以及火烈鸟的羽毛中等。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-胡萝卜素和维他命e的38倍及500倍。且美国食品药品监督管理局(foodanddrugadministration,fda)已经证明，含有雨生红球藻产生的虾青素的膳食补充剂是安全的，人类每日建议摄取量为2mg～12mg。但是，天然的虾青素产量低及市场需求量大的矛盾仍旧导致其市场价格超高。2013年，虾青素的市场价格已达到了每千克5800美金。

微藻是高纯度虾青素的主要天然来源，目前用于满足人类日常类的应用，如膳食补充剂、化妆品、食品和饮料中。雨生红球藻(h.pluvialis)是一种单细胞双鞭类微藻，由于其对于虾青素的高产性(产量可达细胞干重的1％～5％)，现已在工业上被认为是天然虾青素的丰富来源之一。雨生红球藻细胞的繁殖和虾青素的累积明显分为两个不同的生长阶段。在营养增长期(绿色)，细胞大小约为15μm～20μm，孢体呈水滴状并依赖双鞭毛运动。在足够的营养和舒适的养殖环境下，细胞不会累积虾青素并持续分裂增殖。当通过外部环境进行胁迫(磷酸盐饥饿、控制ph、高温和高光照)诱导时，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，形成囊状细胞(20μm～30μm)，从而开始逐渐累积虾青素(未成熟孢囊/褐色)。持续的环境胁迫会使细胞继续进入至孢囊成熟期(30μm～40μm孢囊/红色)和细胞萌发期(40μm～50μm孢囊/深红色)以进一步累积虾青素。因此，在工业中，常采用快速生长的营养期细胞于室外培养系统或封闭的室内光生物反应器中大批量生产虾青素，然而其产量仍然降低，不能满足市场的需求。

技术实现要素：

基于此，有必要提供一种能够提高虾青素的产量的微流控芯片。

此外，还提供一种微流控芯片的制备方法、微流控芯片的应用、以及一种虾青素的生产方法。

一种微流控芯片，包括：

筛选部分，包括筛选腔室和筛选组件，所述筛选腔室的腔内高度和宽度均大于或等于细胞样品中的最大细胞的直径，所述筛选组件设置在所述筛选腔室内，并将所述筛选腔室分隔成间隔的进样腔部和出样腔部，所述筛选组件具有多个间隔设置的筛选孔，每个所述筛选孔连通所述进样腔部和所述出样腔部，所述筛选孔能够使目标筛选细胞及小于所述目标筛选细胞的平均直径的细胞通过，其中，所述进样腔部具有进样口；及

培养部分，包括培养单元，所述培养单元包括培养腔室，所述培养腔室的腔内高度等于所述目标筛选细胞的平均直径，所述培养腔室的腔内宽度大于所述目标筛选细胞中的最大细胞的直径，所述培养腔室与所述出样腔部连通，所述培养腔室具有排液孔，所述排液孔的孔径小于所述细胞样品中的最小细胞的直径。

在其中一个实施例中，所述进样腔部还具有供未经过所述筛选孔的细胞流出的废液孔，所述废液孔靠近所述出样腔部设置，所述进样口远离所述出样腔部设置，所述筛选组件包括多个延伸方向平行的凸条，多个所述凸条沿一直线从靠近所述废液孔处向靠近所述进样口的方向间隔排列，而将所述筛选腔室分隔成间隔的所述进样腔部和所述出样腔部，相邻两个所述凸条之间的间隙形成一个所述筛选孔，所述直线相对所述凸条的延伸方向倾斜。

在其中一个实施例中，每个所述凸条靠近所述进样腔部的一端的端面相对所述凸条的延伸方向倾斜，所述端面的倾斜方向和所述直线的倾斜方向相同。

在其中一个实施例中，所述端面包括第一斜面部及与所述第一斜面部连接的第二斜面部，所述第一斜面部和所述第二斜面部的倾斜方向均与所述直线的倾斜方向相同，所述第一斜面部与所述凸条的延伸方向形成的锐角的角度大于所述第二斜面部与所述凸条的延伸方向形成的锐角的角度。

在其中一个实施例中，所述第一斜面部与所述凸条的延伸方向的夹角为40°～60°，所述第二斜面部与所述凸条的延伸方向的夹角为30°～50°；及/或，所述直线与所述凸条的延伸方向的夹角为45°～60°。

在其中一个实施例中，所述培养单元具有多个与所述出样腔部连通的对比腔室，部分所述对比腔室的腔内高度小于所述目标筛选细胞的平均直径，部分所述对比腔室的腔内高度大于所述目标筛选细胞的平均直径，每个所述对比腔室的腔内宽度均大于所述目标筛选细胞中的最大细胞的直径，每个所述对比腔室具有出液孔，所述出液孔的孔径小于所述细胞样品中的最小细胞的直径。

在其中一个实施例中，腔内高度最小的所述对比腔室的腔内高度小于所述目标筛选细胞中的最小细胞的直径；及/或，腔内高度最大的所述对比腔室的腔内高度大于所述目标筛选细胞的平均直径。

在其中一个实施例中，腔内高度最小的所述对比腔室的腔内高度小于或等于2微米；及/或，腔内高度最大的所述对比腔室的腔内高度大于或等于70微米。

在其中一个实施例中，所述培养部分还具有进样流道，所述进样流道与所述出样腔部连通，所述培养腔室和多个所述对比腔室均与所述进样流道连通，所述培养单元具有排液流道，所述排液流道与所述排液孔、多个所述出液孔均连通，所述排液流道上还设有排液口。

在其中一个实施例中，所述培养单元为多个，每个所述培养单元的所述培养腔室和多个所述对比腔室均与所述进样流道连通，多个所述培养单元的所述排液流道远离所述排液孔和所述出液孔的一端汇集，所述排液口位于多个所述培养单元的所述排液流道的汇集处。

在其中一个实施例中，所述进样腔部还具有供未经过所述筛选孔的所述细胞流出的废液孔，所述筛选部分还具有废液流道，所述废液流道的一端与所述废液孔连通，另一端为废液口，所述废液流道的中部呈蛇形阵列状。

在其中一个实施例中，所述培养腔室的腔内高度为所述目标筛选细胞的平均直径的60％～100％；及/或，所述筛选孔的孔径为所述目标筛选细胞的平均直径的60％～100％。

在其中一个实施例中，所述微流控芯片包括芯片本体和载板，所述载板盖设在所述芯片本体上，以与所述芯片本体共同形成所述筛选部分和所述培养部分，所述芯片本体的材质选自聚二甲基硅氧烷、聚二甲基硅氧烷、聚碳酸酯聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乳酸、环烯烃聚合物及玻璃中的一种，所述载板为玻璃板。

在其中一个实施例中，每个所述培养腔室内设有支撑柱，所述支撑柱沿所述培养腔室的高度方向延伸，所述支撑柱的一端与所述培养腔室的室壁固接，另一端与所述载板抵接。

一种微流控芯片的制备方法，包括如下步骤：

在基板上形成金属层；

对所述金属层进行蚀刻，以得到具有图案的金属层；

在所述具有图案的金属层上形成负性光刻胶层，再依次经紫外照射和显影处理，得到具有芯片图形的模具；

将芯片本体的原材料于所述模具上成型，得到成型件，在所述成型件上开孔，得到所述芯片本体；

将所述芯片本体与载板封接，得到微流控芯片，所述微流控芯片包括筛选部分和培养部分，所述筛选部分包括筛选腔室和筛选组件，所述筛选腔室的腔内高度和宽度均大于或等于细胞样品中的最大细胞的直径，所述筛选组件设置在所述筛选腔室内，并将所述筛选腔室分隔成间隔的进样腔部和出样腔部，所述筛选组件具有多个间隔设置的筛选孔，每个所述筛选孔连通所述进样腔部和所述出样腔部，所述筛选孔能够使所述目标筛选细胞通过，其中，所述进样腔部具有进样口；所述培养部分包括培养单元，所述培养单元包括培养腔室，所述培养腔室的腔内高度等于所述目标筛选细胞的平均直径，所述培养腔室的腔内宽度大于所述目标筛选细胞中的最大细胞的直径，所述培养腔室与所述出样腔部连通，所述培养腔室具有排液孔，所述排液孔的孔径小于所述细胞样品中的最小细胞的直径。

在其中一个实施例中，所述芯片本体的材质选自聚二甲基硅氧烷、聚碳酸酯聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乳酸及环烯烃聚合物中的一种，所述将芯片本体的原材料于所述模具上成型的方法为浇注成型。

一种细胞培养设备，包括：

上述微流控芯片或上述微流控芯片的制备方法制备得到的微流控芯片；

进样器，能够与所述进样口连通，以向所述进样腔部加入细胞样品；

抽取组件，能够使所述细胞样品经过所述筛选孔、所述出样腔部而进入所述培养腔室，并使所述培养腔室中的废液能够从所述排液孔流出。

上述微流控芯片、上述微流控芯片的制备方法制备得到的微流控芯片或上述细胞的培养设备在生物质的生产或虾青素的生产中的应用。

一种虾青素的生产方法，包括如下步骤：在微藻细胞生长至营养增长期开始对所述微藻细胞施加机械应力，以使所述微藻细胞在所述机械应力的作用下继续生长。

经发明人实验研究发现，对雨生红球藻细胞施加外部机械应力，可以增加雨生红球藻细胞内的应力水平以诱导其产生虾青素，提高虾青素产量。然而筛选特定生长阶段的雨生红球藻细胞并给与合适的外部机械应力胁迫是一个非常复杂、冗长和劳动密集的过程，而上述微流控芯片的筛选腔室的腔内高度和宽度均大于或等于细胞样品中的最大细胞的直径，以使样品细胞能够顺利进入筛选腔室，设置筛选腔室内的筛选组件将筛选腔室分隔成间隔的进样腔部和出样腔部，筛选组件具有多个间隔设置的、连通进样腔部和出样腔部的筛选孔，筛选孔能够使目标筛选细胞通过进入出样腔部，然后进入培养腔室进行培养，而不能通过筛选孔的细胞会被筛选组件截留，从简单地实现了特定生长阶段的细胞的筛选。

排液孔的孔径小于细胞样品中的最小细胞的直径，以防止进入培养腔室内的细胞从排液孔流出，以保证细胞能够留在培养腔室中的培养；由于培养腔室的腔内高度等于目标筛选细胞的平均直径，腔内宽度大于目标筛选细胞中的最大细胞的直径，培养腔室与出样腔部连通，那么，培养腔室中等于目标筛选细胞的平均直径的细胞或者在培养腔室中生长到与目标筛选细胞的平均直径相等的细胞会与培养腔室的高度方向上的腔壁相抵接，而受到培养腔室的腔壁的机械胁迫，以使细胞在培养腔室的腔壁的机械应力刺激下生长，由于整个筛选和培养的过程都是在微流控芯片中进行的，能够最大化的排除其它外部刺激，即雨生红球藻细胞生产虾青素的主要刺激来源为微流控芯片给细胞的机械应力刺激，从而能够更加精确、简单地筛选出与细胞较为合适的机械应力，以诱导细胞产生更多的虾青素，有利于提高虾青素的产量。

附图说明

图1为一实施方式的微流控芯片的结构示意图；

图2为图1所示的微流控芯片的省略了载板的结构示意图；

图3为图2所示的微流控芯片的i部的放大图；

图4为图3所示的微流控芯片的部分筛选组件的另一角度的结构示意图；

图5为图4所示的筛选组件的凸条的结构示意图；

图6为图2所示的微流控芯片的培养部分结构示意图；

图7为实施例1的对照组和实验组的雨生红球藻细胞中的虾青素的拉曼光谱图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳的实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

一实施方式的细胞培养设备(图未示)，能够用于生物质的生产或虾青素的生产，该细胞培养设备能够对细胞进行筛选和培养。如图1所示，该细胞培养设备包括微流控芯片10、进样器(图未示)和抽取设备(图未示)。

请一并参阅图2，微流控芯片10能够用于生物质的生产或虾青素的生产，能够实现直接控制外部机械应力对细胞(特别是微藻细胞，例如雨生红球藻)的刺激，以筛选和优化培养细胞提升生物质产量的诱导条件，例如雨生红球藻细胞提升虾青素的产量。该微流控芯片10包括筛选部分100及培养部分200。

请一并参阅图3，筛选部分100用于对待筛选细胞，即对细胞样品进行筛选，以获得目标筛选细胞。其中，筛选部分100包括筛选腔室110和筛选组件120。

筛选腔室110的腔内高度和宽度均大于或等于细胞样品中的最大细胞的直径，以保证细胞样品中的所有细胞能够在筛选腔室110内流动。当细胞样品为雨生红藻球细胞时，筛选腔室110的腔内高度大于细胞样品的最大细胞的直径。

请一并参阅图4，筛选组件120设置在筛选腔室110内有，并将筛选腔室110分隔成间隔的进样腔部112和出样腔部114。筛选组件120具有多个间隔设置的筛选孔122，每个筛选孔122连通进样腔部112和出样腔部114，筛选孔122能够使目标筛选细胞通过，以使目标筛选细胞能够通过筛选孔122而进入出样腔部114。由于处于不同生长阶段的细胞的大小不同，且通常细胞所处的生长阶段越后，细胞的直径越大，小于目标筛选细胞的细胞也能够通过筛选孔122。

具体地，筛选孔122的孔径为目标筛选细胞的平均直径的60％～100％。由于细胞具有一定的弹性，上述比例能够保证目标筛选细胞均能够通过筛选孔122。

当细胞样品为雨生红藻球细胞时，筛选孔122的孔径为0.98微米～10.2微米。对于雨生红藻球细胞生产虾青素，目标筛选细胞即为营养增长期的细胞(细胞直径约为15μm～20μm)，且细胞本身具有一定的弹性形变能力，将筛选孔122的孔径设置为0.98微米～10.2微米，以保证营养增长期的细胞和在营养增长期之前的细胞能够通过筛选孔122。

其中，进样腔部112具有进样口112a。进样口112a供细胞样品进入进样腔部112。在图示的实施例中，进样腔部112还具有供未经过筛选孔122的细胞流出的废液孔112b。废液孔112b靠近出样腔部114设置，进样口112a远离出样腔部114设置。

进一步地，筛选部分100还具有废液流道130，废液流道130的一端与废液孔112b连通，另一端为废液口132，废液流道130的中部呈蛇形阵列状。其中，未通过筛选孔122的细胞能够从废液孔112b进入废液流道130，再从废液口132流出。废液流道130的宽度和高度均大于细胞样品中的最大的细胞的直径，且废液口132的孔径大于细胞样品中的最大的细胞的直径，以使未通过筛选孔122的细胞能够更为顺畅地从废液口132流出。

当细胞样品为雨生红藻球细胞时，废液流道130的宽度大于处于细胞萌发期的最大细胞的直径，废液流道130的高度与筛选腔室110的腔内高度相等。

在图示的实施例中，筛选组件120包括多个延伸方向平行的凸条124，多个凸条124沿一直线ab从靠近废液孔112b处向靠近进样口112a的方向间隔排列，并将筛选腔室110分隔成间隔的进样腔部112和所述出样腔部114，相邻两个凸条124之间的间隙形成一个筛选孔122。其中，该直线ab相对凸条124的延伸方向倾斜，有利于引导未通过筛选孔122的细胞沿筛选组件120滚动至废液孔112b而排出。

进一步地，每个凸条124靠近进样腔部112的一端的端面(图未标)相对凸条124的延伸方向倾斜，该端面的倾斜方向和上述直线ab的倾斜方向相同，即端面的倾斜方向和多个凸条124的排列方向相对凸条124的延伸方向的倾斜方向相同，以便于细胞能够在该倾斜的端面上滚动，更有利于引导未通过筛选孔122的细胞沿筛选组件120滚动至废液孔112b而排出。具体地，该直线ab与凸条124的延伸方向的夹角ɑ为45°～60°。

请一并参阅图5，更进一步地，每个凸条124靠近进样腔部112的一端的端面包括第一斜面部124a及与第一斜面部124a连接的第二斜面部124b，第一斜面部124a和第二斜面部124b的倾斜方向均与上述直线ab的倾斜方向相同，第一斜面部124a与凸条124的延伸方向形成的锐角β的角度大于第二斜面部124b与凸条124的延伸方向形成的锐角θ的角度，更有利于细胞在凸条124上滚动。在其中一个实施例中，第一斜面部124a与凸条124的延伸方向的夹角β为40°～60°，第二斜面部124b与凸条124的延伸方向的夹角θ为30°～50°。

需要说明的是，筛选组件120不限于为上述结构，筛选组件120还可以为其他结构，例如，筛选组件120包括条形板，条形板的一端靠近废液孔112b设置，另一端朝靠近进样口112a的方向延伸，以将筛选腔室110分隔成间隔的进样腔部112和出样腔部114，多个筛选孔122沿条形板的长度方向间隔排列，且每个筛选孔122贯穿条形板的相对的两侧。此时，条形板的延伸方向相对筛选孔122的深度方向倾斜，或者，条形板靠近进样腔部112的一侧的延伸方向相对筛选孔122的深度方向倾斜。

请一并参阅图6，培养部分200用于培养经筛选部分100筛选出的细胞。培养部分200包括培养单元210。在图示的实施例中，培养单元210的数量为两个。两个培养单元210间隔设置。可以理解，培养单元210的数量不限于为两个，也可以为一个或多于两个。

具体地，每个培养单元210具有培养腔室212和对比腔室214。

培养腔室212与出样腔部114连通，以使在筛选腔室110中筛选出的细胞能够进入培养腔室212。培养腔室212具排液孔212a，排液孔212a的孔径小于细胞样品中的最小细胞的直径，以阻止培养腔室212内的细胞随废液从排液孔212a流出。其中，培养腔室212的腔内高度等于目标筛选细胞的平均直径，培养腔室212的腔内宽度大于目标筛选细胞的平均直径，以使筛选出的目标筛选细胞或筛选出的细胞生长到直径等于目标筛选细胞的平均直径时能够被腔内高度限制而在外部机械应力的条件下生长，而尽可能避免培养腔室212在宽度上对细胞产生机械应力胁迫。进一步地，培养腔室212的腔内宽度大于细胞样品的最大细胞的直径。

当细胞样品为雨生红藻球细胞时，培养腔室212的腔内高度为14.2微米～15.8微米，以使细胞在营养增长期阶段时能够受到外部机械应力，并在该机械应力下继续生长。

对比腔室214为多个，多个对比腔室214均与出样腔部114连通。部分对比腔室214的腔内高度小于目标筛选细胞的平均直径，部分对比腔室214的腔内高度大于目标筛选细胞中的最大细胞的直径，以使细胞在不同的外部机械应力下生长，以与培养腔室212中的细胞进行对比，从而有利于筛选出最佳培养诱导细胞产生生物质的条件。每个对比腔室214的腔内宽度均大于目标筛选细胞中的最大细胞的直径，以尽可能避免对比腔室214在宽度上对细胞施加机械应力。进一步地，每个对比腔室214的腔内宽度均大于细胞样品的最大细胞的直径。其中，每个对比腔室214均具有出液孔214a，出液孔214a的孔径小于细胞样品中的最小细胞的直径，以阻止对比腔室214内的细胞随废液从出液孔214a流出。

具体地，腔内高度最小的对比腔室214的腔内高度小于细胞样品中的最小细胞的直径，以实现在极限机械应力下培养细胞。腔内高度最大的对比腔室214的腔内高度大于细胞样品中的最大细胞的直径，以使该对比腔室214内的细胞能够在几乎无机械应力的条件下培养。

更具体地，腔内高度最小的对比腔室214的腔内高度小于或等于2微米；腔内高度最大的对比腔室214的腔内高度大于或等于70微米。当细胞样品为雨生红藻球细胞时，腔内高度最小的对比腔室214的腔内高度小于或等于5微米，以让雨生红藻球细胞在极限机械应力下培养细胞；腔内高度最大的对比腔室214的腔内高度大于或等于70微米，使雨生红藻球细胞在没有外部机械应力的条件下生长。在其中一个实施例中，每个培养单元210有一个培养腔室212和五个对比腔室214，五个对比腔室214的腔内高度分别为70微米、50微米、25微米、10微米及5微米。

具体地，培养部分200还具有进样流道220，进样流道220与出样腔部114连通，每个培养单元210的培养腔室212和多个对比腔室214均与进样流道220连通。在图示的实施例中，两个培养单元210相对进样流道220对称。

具体地，每个培养单元210具有排液流道216，排液流道216与多个培养单元210的排液孔212a和多个出液孔214a均连通，排液流道216上还设有排液口216a。在图示的实施例中，多个培养单元210的排液流道216远离排液孔212a和出液孔214a的一端汇集，排液口216a位于多个培养单元210的排液流道216的汇集处。

可以理解，当培养单元210为一个时，排液口216a位于排液流道216远离排液孔212a和出液孔214a的端部。

在图示的实施例中，微流控芯片10包括芯片本体300和载板400，载板400盖设在芯片本体300上，以与芯片本体300共同形成筛选部分100和培养部分200。其中，芯片本体300的材质为透明材质，以便于对微流控芯片10进行检测和观察。具体地，芯片本体300的材质选自聚二甲基硅氧烷(pdms)、聚二甲基硅氧烷、聚碳酸酯聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乳酸、环烯烃聚合物及玻璃中的一种。其中，若芯片本体300的材质选自聚二甲基硅氧烷(pdms)、聚二甲基硅氧烷、聚碳酸酯聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乳酸及环烯烃聚合物中的一种时，可以采用芯片本体300可采用浇注的成型。若芯片本体300的材质为玻璃，芯片本体300可以采用激光刻图的方法获得。载板400为玻璃板，以便于实现用拉曼光谱对细胞中的生物质(例如虾青素)的含量进行实时监控。

进一步地，芯片本体300的材质为聚二甲基硅氧烷，其价格低廉，具有良好的透气性和透光性。

需要说明的是，微流控芯片10也不限于为上述芯片本体300和载板400的形式，也可以为一体成型结构。

进一步地，每个培养腔室212内设有支撑柱212b，支撑柱212b沿培养腔室212的高度方向延伸，支撑柱212b的一端与培养腔室212的室壁固接，另一端与载板400抵接，以支撑培养腔室212。具体地，每个培养腔室212内的支撑柱212b为多个，多个支撑柱212b间隔设置。

具体地，每个对比腔室214内设有微柱214b，微柱214b沿对比腔室214的高度方向延伸，微柱214b的一端与对比腔室214的室壁固接，另一端与载板400抵接，以支撑对比腔室214。具体地，每个对比腔室214内的微柱214b为多个，多个微柱214b间隔设置。

进样器能够与进样口112a连通，以向进样腔部112加入细胞样品。具体地，进样器为注射泵。

抽取组件能够使细胞样品经过筛选孔122、出样腔部114而进入培养腔室212，并使培养腔室212中的废液能够从排液孔212a流出，以使保证细胞样品在微流控芯片10中的顺利流动工作。具体地，抽取组件能够与排液口216a连通。

更具体地，注射泵和抽取组件均通过硅胶管和不锈钢针头连接。

需要说明的是，对比腔室214也可以省略，此时，可以只用培养腔室212培养细胞。

上述细胞培养设备实现细胞的筛选和培养的操作如下：

在排液口216a处连接抽取组件，使用进样器将细胞样品从进样口112a注入筛选腔室110的进样腔部112，在抽取组件的抽取作用下，细胞样品经过筛选组件120的筛选，一部分细胞通过筛选孔122进入出样腔部114，另一部分细胞从废液孔112b进入废液流道130，并从废液口132排出；进入出样腔部114的细胞进入进样流道220后，分别进入培养腔室212和各对比腔室214。

上述微流控芯片10至少有以下优点：

(1)经发明人实验研究发现，对雨生红球藻细胞施加外部机械应力，可以增加雨生红球藻细胞内的应力水平以诱导其产生虾青素，提高虾青素产量。然而筛选特定生长阶段的雨生红球藻细胞并给与合适的外部机械应力胁迫是一个非常复杂、冗长和劳动密集的过程，而上述微流控芯片10的筛选腔室110的腔内高度和宽度均大于或等于细胞样品中的最大细胞的直径，以使样品细胞能够顺利进入筛选腔室110，设置筛选腔室110内的筛选组件120将所述筛选腔室110分隔成间隔的进样腔部112和出样腔部114，所述筛选组件120具有多个间隔设置的、连通进样腔部112和出样腔部114的筛选孔122，筛选孔122能够使目标筛选细胞通过进入出样腔部114，然后进入培养腔室212进行培养，从简单地实现了特定生长阶段的细胞的筛选，而不能通过筛选孔122的细胞会被筛选组件120截留。

排液孔212a的孔径小于细胞样品中的最小细胞的直径，以防止进入培养腔室212内的细胞从排液孔212a流出，以保证细胞能够留在培养腔室212中的培养；由于培养腔室212的腔内高度等于目标筛选细胞的平均直径，腔内宽度大于细胞样品的处于目标筛选细胞中的最大细胞的直径，培养腔室212与出样腔部114连通，那么，培养腔室212中的等于目标筛选细胞的平均直径的细胞或者在培养腔室212中生长到与目标筛选细胞的平均直径相等的细胞会与培养腔室212的高度方向上的腔壁相抵接，而受到培养腔室212的腔壁的机械胁迫，以使细胞在培养腔室212的腔壁的机械应力刺激下生长，由于整个筛选和培养的过程都是在微流控芯片10中进行的，能够最大化的排除其它外部刺激，即雨生红球藻细胞生产虾青素的主要刺激来源为微流控芯片10给细胞的机械应力刺激，从而能够更加精确、简单地筛选出与细胞较为合适的机械应力，以诱导细胞产生更多的虾青素，有利于提高虾青素的产量。

同时，传统的工业化生产方式生长环境不稳定，生长条件不好控制，而上述为微流控芯片10与工业化方式对比，细胞的生长环境更加稳定的，生长条件可以精准控制的，并且可以对细胞的生长进行实时检测。

(2)上述微流控芯片10可实现纳升至皮升级样品的精确控制及监控，具有灵活性、高通量和准确性的优点，能够在精确控制的微环境下，筛选生长期微藻，能够通过实现实时监测，以优化提高养殖红球藻的培养条件。此外，上述微流控芯片10尺寸小、集成度高，可以解决由于雨生红球藻分裂增殖而导致细胞浓度增加、光透射减弱的技术难题。上述为流控芯片能够达到简化操作分析雨生红球藻细胞的培养，优化红球藻筛选生产虾青素的最佳培养条件，有效提高虾青素产量，并且还能够对研究各种不同种类高价值生物质的生产研究开发前景，例如其他类型的微藻细胞在机械应力刺激的培养。

(3)通过设置多个对比腔室214，并使部分对比腔室214的腔内高度小于目标筛选细胞的平均直径，部分对比腔室214的腔内高度大于目标筛选细胞的平均直径，以使筛选出的细胞能够在不同的机械应力培养，从而能够监测不同机械应力下细胞中的虾青素的生产含量，从而可以通过对比分析筛选出虾青素最合适的机械诱导应力值，进一步优化培养养殖，以达到在工业化生产中扩大虾青素产量的目的。

(4)上述微流控芯片10最高可有效的培养雨生红球藻细胞在一个培养周期内产生高达15倍的虾青素含量。

一实施方式的微流控芯片的制备方法，为上述微流控芯片的一种制备方法，该微流控芯片的制备方法包括如下步骤：

步骤s21：在基板上形成金属层。

具体地，基板为硅片；金属层的材质可以为能够在显微镜下明确观察得到的金属。具体地，金属层的材质选自铬、金、铝及钛中的一种。

在其中一个实施例中，在基板上形成金属层的方法为电子束蒸镀。

步骤s22：对金属层进行蚀刻，以得到具有图案的金属层。

具体地，步骤s22包括：在金属层上形成正性光刻胶，依次经烘烤和紫外光刻和显影蚀刻，得到具有图案的金属层。在其中一个实施例中，正性光刻胶为苏州瑞红的rzj-304正性光刻胶。显影蚀刻的方法是湿法蚀刻。

步骤s23：在具有图案的金属层上形成负性光刻胶层，再依次经紫外光刻和显影处理，得到具有芯片本体的图形的模具。

在其中一个实施例中，负性光刻胶为microchem的su-82005负性光刻胶su-82015负性光刻胶、su-82050负性光刻胶、su-83050负性光刻胶等。

通过多次重复步骤s23以形成各流道(进样流道和排液流道等)及各腔内高度不同的腔室(例如培养腔室和对比腔室等)。

步骤s24：将芯片本体的原材料在模具上成型，得到成型件，在成型件上开孔，得到芯片本体。

具体地，芯片本体的材质选自聚二甲基硅氧烷、聚碳酸酯聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乳酸及环烯烃聚合物中的一种，将芯片本体的原材料于模具上成型的方法为浇注成型。

在其中一个实施例中，芯片本体的材质为聚二甲基硅氧烷(pdms)，将芯片本体的原材料在模具上成型的步骤包括：将a液和b液混合，得到浆料；将浆料倒于模具上，经固化后脱模，得到成型件。其中，a液中含有二甲基硅氧烷和二甲基乙烯硅氧烷，a液例如为道康宁公司的sylgurad-184a；b液中含有二甲基-甲基氢硅氧烷和三甲基硅氧烷，b液例如为道康宁公司的sylgurad-184b。有机单体和交联剂的质量比在10:1以下。固化的步骤为：在80℃下烘烤1小时以上。更具体地，将浆料倒于模具上的步骤之后，交联固化的步骤之前，还包括将有浆料的模具进行真空除泡的步骤。

具体地，在成型件上开孔以得到废液口、进样口和排液口。

步骤s25：将芯片本体与载板封接，得到上述微流控芯片。

具体地，将芯片本体与载板封接的步骤之前，还包括将芯片本体和载板进行等离子清洗的步骤。

具体地，将芯片本体与载板封接的步骤之后，还包括对微流控芯片进行真空除泡，然后进行杀菌的步骤。更具体地，对微流控芯片进行真空除泡的步骤为：将微流控芯片置于去离子水中进行真空除泡。杀菌的步骤为：将微流控芯片在紫外灯照射下照射30分钟。

上述微流控芯片的制备方法操作简单。

需要说明的是，微流控芯片不限于采用上述方法制备，若芯片本体的材质为玻璃，芯片本体可以采用激光刻图的方法获得。

一种虾青素的生产方法，包括如下步骤：在微藻细胞生长至营养增长期开始对微藻细胞施加机械应力，以使微藻细胞在机械应力的作用下继续生长。经发明人实验研究发现，对雨生红球藻细胞施加外部机械应力，可以增加雨生红球藻细胞内的应力水平以诱导其产生虾青素，提高虾青素产量。

以下为具体实施例部分(以下实施例如无特殊说明，则不含有除不可避免的杂质以外的其它未明确指出的组分。以下实施例以雨生红球藻细胞的筛选培养为例，制备适用于雨生红球藻细胞的筛选培养的微流控芯片，但本发明的方案不限于为以下方案。)：

实施例1

(1)具有芯片本体的图形的模具的制备：

1、以金属铬为原料，利用电子束蒸镀在3英寸的硅片上生长金属层，金属层的厚度为50μm。

2、使用rzj-304(苏州瑞红)正性光刻胶旋涂在金属层上，以形成厚度为1μm的正性光刻胶层，经历前烘和紫外光刻，然后用铬刻蚀液洗掉没有被紫外光照射的部分金属层，得到具有图案的金属层。

3、使用负性光刻胶su-82015(microchem)在具有图案的金属层的排液流道对应的位置、腔内高度为5μm的对比腔室的对应的位置以及腔内高度为5μm的对比腔室中的微柱的对应的位置上旋涂形成负性光刻胶层，厚度为5μm，依次经历前烘、紫外光刻、后烘和显影后，得到培养部分的排液流道对应的图形、腔内高度为5μm的对比腔室的对应的图形以及腔内高度为5μm的对比腔室中的微柱的对应的图形。

4、重复步骤3的操作5次，且5次的负性光刻胶层的厚度分别为10μm、15μm、25μm、50μm及70μm，从而得到腔内高度为10μm的对比腔室及其微柱的对应图形、腔内高度为15μm的培养腔室及其支撑柱的对应图形、腔内高度为25μm的对比腔及其微柱的对应图形、腔内高度为50μm的对比腔室及其微柱的对应图形、腔内高度为70μm的对比腔室及其微柱的对应图形、高度为70微米的废液流道的对应图形、筛选组件的对应图形、进样流道的对应图形和废液流道的对应图形，得到具有芯片本体的图形的模具。其中，腔内高度为10μm的对比腔室及其微柱的对应图形和腔内高度为15μm的培养腔室及其支撑柱的对应图形使用的负性光刻胶为su-82015；腔内高度为25μm的对比腔室及其微柱的对应图形和腔内高度为50μm的对比腔室及其微柱的对应图形使用的负性光刻胶为su-82050；腔内高度为70μm的对比腔室及其微柱、废液流道、筛选组件、进样流道和废液流道的对应图形使用的负性光刻胶为su-83050。

(2)芯片本体的制备：

1、称取适当重量的pdms，将含有二甲基硅氧烷和二甲基乙烯硅氧烷的a液(道康宁公司的sylgurad-184a)和含有二甲基-甲基氢硅氧烷和三甲基硅氧烷的b液(道康宁公司的sylgurad-184b)按质量比为10:1搅拌混匀，得到浆料。

2、将浆料倒在模具上，厚度为5mm，放入真空干燥皿中进行真空除气泡10分钟，然后在80℃的烘箱中烘烤1个小时以上，然后与模具分离，得到成型件。

3、将成型件切割至适当形状，并成型件上打孔，以形成废液口、进样口和排液口，得到芯片本体，得到芯片本体如图1所示。

4、将芯片本体与玻璃载板在等离子清洗机中等离子清洗1分钟，然后将芯片本体与玻璃载板进行永久封接，得到微流控芯片，且微流控芯片的筛选腔室的腔内高度为70μm，筛选孔的孔径为10μm，废液流道的宽度为100μm，高度为70μm，进样流道的宽度为300μm，培养单元为两个，每个培养单元具有一个培养腔室和五个对比腔室，培养腔室和5个对比腔室的腔内直径均为1mm，培养腔室的腔内高度为15μm，5个对比腔室的腔内高度分别为70μm、50μm、25μm、10μm及5μm，培养腔室内有5个圆柱状的、直径为250μm的支撑柱，每个对比腔室内有5个圆柱状的、直径为250μm的微柱，排液流道的高度为5μm。

5、将微流控芯片放入去离子水中至于真空干燥皿中真空除气泡，取出后，将微流控芯片放入紫外灯下杀菌30min。

实验：

将雨生红球藻细胞样品装入进样器，在排液口处连接抽取组件，使用进样器将雨生红球藻细胞样品从上述微流控芯片的进样口注入筛选腔室的进样腔部，在抽取组件的抽取作用下，细胞样品经过筛选组件的筛选，一部分细胞通过筛选孔进入出样腔部，另一部分细胞从废液孔进入废液流道，并从废液口排出；进入出样腔部的细胞进入进样流道后，分别进入培养腔室和各对比腔室。将腔内高度为70μm的对比腔室中的雨生红球藻细胞为对照组，不受到机械应力的胁迫；腔内高度为15μm的培养腔室中的雨生红球藻细胞为实验组，受机械应力的胁迫。

培养7天，每天使用共聚焦拉曼光谱仪测定培养腔室和各对比腔室中的雨生红球藻细胞的拉曼光谱，分析目标生物质(虾青素)所在光谱区间的峰值来对比经机械应力刺激前后的虾青素产量，实现发现第7天虾青素的含量显著提高。其中，图7为对照组和实验组的雨生红球藻细胞在第7天的拉曼光谱图(其中，1516cm^-1及1157cm^-1为虾青素拉曼光谱特征峰)，通过图7可知，与对照组相比，实验组的雨生红球藻细胞在虾青素的产量上有近15倍的提升。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。