一种用于细胞培养条件优化控制的微流控实验装置与方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及微流控技术领域和生物医学分析中的细胞培养技术领域，具体是基于微流控芯片的细胞培养条件优化控制装置。
【背景技术】
[0002]细胞培养技术指的是细胞在体外条件下的生长，在培养的过程中细胞不再形成组织(动物)。培养物是单个细胞或细胞群。细胞在培养时都要生活在人工环境中，由于环境的改变，细胞的移动或受一些其他因素的影响，培养时间加长，传代导致细胞出现单一化型。细胞培养技术的应用是直接观察活细胞的形态结构和生命活动，用于细胞学、遗传学、免疫学、实验医学和肿瘤学等多种学科研究，直接观察细胞的变化可便于摄影，便于使用各种技术:相差、荧光、电镜、组化、同位素标记等方法观察和研究细胞状况，是分子生物学和基因工程学的研究对象，也是其主要的组成部分。细胞培养技术易于施用物理、化学生物的实验研究，易于提供大量生物性状相似的实验对象，成为生物制品单克隆抗体生产和基因工程等的材料来源。组织和细胞离体后独立生存在人工的培养环境中，虽然模拟体内环境，仍有很大差异。因而利用培养细胞做实验时，不应视为体内细胞完全相同，把实验结果推测体内，轻易做出与体内等同的结论。
[0003]目前，对于基于微流控芯片的细胞的培养与鉴定技术，在中国发明专利申请号为201310447486.9的文献中提出了一种用于微量细胞培养的微流控芯片，微流控芯片由细胞进样入□、细胞进样通道、细胞培养小室、侧通道、排液通道、排液出□构成，将包含细胞的培养液从细胞进样入口加入装置，细胞经由细胞进样通道，进入到细胞培养小室中，多余培养液经侧通道进入排液通道后从排液出口流出。但是该装置缺少对培养液的配比处理环节，细胞所需的培养溶液的浓度无法确定，不能对培养液的浓度配比进行记录，也无法比较此培养液是否适宜细胞的存活。此外，在培养环节中，溶液不能重复利用，造成了某种程度上的浪费，从而增加了成本。
【发明内容】
[0004]针对上述现有基于微流控芯片的细胞的培养与鉴定技术中存在的问题，本发明提出一种用于细胞培养条件优化控制的微流控实验装置与方法，利用压电微阀的通断来达到稀释培养溶液的作用，实现培养溶液浓度的梯度，能确定出适宜细胞培养溶液浓度。
[0005]本发明一种用于细胞培养条件优化控制的微流控实验装置采用的技术方案是:包括圆盘状的微流控芯片，微流控芯片中心处是培养室，培养室正上方设有成像装置，微流控芯片从培养室外沿直径方向设有隔离且密封的内外两层，内层中设有干粉溶液进样池、血清溶液进样池、癌细胞进样池和一个废水池，外层是一圈外层水道，每个所述进样池分别经一个进样通道连接培养室，废水池经废水通道连接培养室，在微流控芯片的下方布置一个电磁铁和一个连接电磁铁的直流电源，在微流控芯片的上方布置了三个溶液注射针筒，每个溶液注射针筒分别经一根软管伸入一个所述进样池内部；微流控芯片外部设有向外层水道内注入水溶剂的水注射针筒，在外层水道与靠近进样池这一端的每个进样通道之间连接多个并列的稀释支路，每个稀释支路上装有一个压电微阀，压电微阀中有压电盘，每个压电盘均串接一个电磁继电器后连接直流电源，每个电磁继电器均串接一个驱动器后连接微控制器。
[0006]本发明一种用于细胞培养条件优化控制的微流控实验装置的实验方法采用的技术方案是:其特征是包括:
A、用溶液注射针筒对干粉溶液进样池和血清溶液进样池进行培养溶液加样处理，加样结束后，通过微控制器对电磁继电器进行控制，对稀释支路上的压电微阀内的压电盘控制，微控制器选取所要控制的电磁继电器的数量，即选取稀释支路上的压电微阀开断的数量，通过电磁继电器控制压电盘的吸合以控制压电阀的开断；
B、稀释所需要的水通过外层水道经过稀释支路到达进样通道，与培养溶液进行过滤和混合后进入培养室，通过排列组合每个稀释支路的开断达到多样的稀释，以设定不同的溶液浓度配比；
C、癌细胞样液从癌细胞进样池单独进样，癌细胞样液进样时不进行稀释，癌细胞样液与干粉、血清培养溶液同时进入培养室。
[0007]进一步地，采用成像装置采集培养室的图像，得到细胞培养后的图形，并记录图像，形成多组的图形对比，确定最适宜细胞存活的浓度组合。
[0008]本发明与已有方法和技术相比，具有如下优点:
(I)本发明微流控实验装置采用了多个压电微阀，这样可以控制水通道的数量，达到对培养液浓度稀释的目的，能实现多种浓度的稀释，为细胞培养所需的溶液浓度提供了选择性，方便了实验的操作，稀释和培养方法消耗少，节省成本，效率高。
[0009](2)本发明微流控实验装置设置了一个微控制器，通过控制压电微阀的开断，形成培养液的浓度梯度，以供细胞的培养，具有速度快、效果好和选择性好等优点。
[0010](3)本发明微流控实验装置操作简单，用注射针筒就能把培养溶液注入进样池，软塞管内设有溶液的预处理过程，可减少进样的杂质，进而实现溶液的提取工作。
[0011](4)本发明装置采用了过滤技术，提高样品纯度，减小了培养中杂质对细胞生长的影响。
[0012](5)本发明所述微流控实验装置采用卡片式杂质过滤网结构，便于滤网的清洗及更换，从而保证培养液进样通道的洁净。
[0013](6)本发明微流控实验装置在反应区放置了一个磁针，这样在溶液通入培养池时，磁针的扰动能使细胞与培养溶液充分混合。
【附图说明】
[0014]图1本发明所述的一种用于细胞培养条件优化控制的微流控实验装置的总体结构示意图。
[0015]图2是图1所示实验装置去掉成像装置和微控制器30后的微流控芯片6的内部结构和外部连接结构放大示意图；
图3是图2中微流控芯片6内部的进样池、进样通道和培养室的连接结构俯视放大示意图； 图4是图3中过滤网19结构放大示意图；
图5是图3中卡片式过滤器20结构放大示意图；
图6是图3中混合组件21结构放大示意图；
图7是图2中稀释支路和压电微阀的安装位置的俯视放大示意图；
图8是图7中单个压电微阀的结构放大图；
图9是微控制器30与受控部件的连接图；
图10是本发明所述的一种用于细胞培养条件优化控制的微流控实验装置的实验方法流程图。
[0016]附图中各部件的序号和名称:I:计算机，2:目镜，3:图像采集卡，4: CXD摄像机，5:物镜，6:微流控芯片，7:溶液注射针筒，8:软塞管，9:软管，10:外层水道，11:干粉溶液进样池，12:杂质过滤组件，13:培养室，14:磁针，15:血清溶液进样池，16:癌细胞进样池，17:废水池，18:压电微阀，19:过滤网，20:卡片式过滤器，21:混合组件，22:硅膜，23:压电盘，24:玻璃板，25:电磁铁，26:直流电源，27:内肋型微柱，28:微通道，29:杂质过滤器，30:微控制器，31:驱动器，32:电磁继电器，33:水注射针筒。
【具体实施方式】
[0017]参见图1，图1为本发明所述的一种用于细胞培养条件优化控制的微流控实验装置的总体结构示意图，该微流控实验装置包括成像装置、微流控芯片6和微控制器30。其中成像装置由计算机1、目镜2、图像采集卡3、CCD摄像机4、物镜5组成。物镜5位于微流控芯片6的正