[发明专利]微流控细胞培养芯片及其实时观测系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于培养细胞的培养设备，具体的为一种微流控细胞培养芯片及用于实时观测该微流控细胞培养芯片的微流控细胞培养芯片实时观测系统。

背景技术

根据细胞种类的不同培养方法略有差别，但一般步骤具有一定的共性。其中主要分为原代培养和传代培养。经过多年的发展完善，细胞培养的一般方法如下。

原代培养首先是从生物体上取部分待分离组织，采用酶消化法消化胞外基质，将组织分散成单个细胞。过滤清除未消化的组织块，得到含有分离细胞的单细胞悬液。将过滤得到的液体低速离心约5-6min，除去上层清液，然后加入一定量的培养基，制成具有一定浓度的细胞悬浮液。将该悬浮液小心地转移到消毒后的培养瓶内，立即放入培养箱，使细胞能够较好地生长。需要注意的是要对正在培养中的细胞进行观察，确定其处于生长状态并注意监测其PH值，防止培养液过酸或过碱。如果发生了过酸或过碱的情况，需对CO₂        浓度等条件进行调节，并保证细胞生长的合适温度。

当原代培养过程中细胞数量不断增加，一般当细胞达到90%以上融合后会因为生长空间和营养的不足而出现接触抑制，从而停止生长，甚至凋亡，此时需要进行传代培养。传代培养是将80~90%融合状态的细胞用酶消化后，重新接种到另外的培养介质表面继续培养的方法，目的是避免因生长空间不够而导致的接触抑制，使细胞始终处于良好的增殖状态。传代培养与原代培养的最大区别为细胞的来源不同，其他培养步骤基本类似。

现在常用的细胞培养技术具有比较多的优点，但也存在很多不足。

1）培养出来的细胞分布随机，不存在固定的分布特点，这对一般的细胞培养来说是可以接受的，因为就目前来讲，大部分的细胞培养只关注细胞数量是否增加，而不关心细胞的分布状态，但是对于另一些研究来讲，我们往往需要关注细胞间的相互作用和细胞的群体效应。如研究神经细胞时，就需要对神经网络的拓扑结构有一定的要求，需要形成一定的网络结构。

2）不能对细胞的生长情况进行实时观测，现在常用的细胞观察方法需要将细胞培养瓶从恒温培养箱中取出，这种对于短时间的观测是可行的，但是对于需要实时观测的情况则不适用。

3）由于培养箱的体积较大，不适合小型化的趋势，同时，需要保持恒温消耗的能量多，还需要更多的营养物质填充。此外由于培养瓶体积较大，并且不能实时更新培养液，可能存在对培养液利用不完全或者局部区域营养成分耗尽的问题。

鉴于此，本发明旨在研制一种新的细胞培养系统，该系统具有小型化的特点，可以脱离常规培养对培养设备和环境的依赖，并能够按照需要培养出具有一定拓扑结构的细胞群。另外，为了实时观测细胞的生长增殖状态，并能够及时更新培养液、O₂和CO₂浓度，确保细胞能够正常、快速地增殖，本发明还研发了一种实时观测系统。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提出一种微流控细胞培养芯片及用于实时观测该微流控细胞培养芯片的微流控细胞培养芯片实时观测系统，该微流控细胞培养芯片不仅能够为细胞培养提供所需的生长环境，而且具有小型化的特点，并能够按照需要培养出具有一定拓扑结构的细胞群；该微流控细胞培养芯片实时观测系统能够实现对微流控细胞培养芯片的实时观测，便于观测细胞的生长过程。

本发明首先提出了一种微流控细胞培养芯片，包括上层芯片和下层芯片；

所述上层芯片上设有作为细胞培养腔上部储气腔的第一通孔，所述上层芯片的上表面上设有用于向细胞培养腔注入细胞培养液的第一液体通道、用于向细胞培养腔注入细胞培养无菌气体的第一气体通道和用于向外排出废气的第一排气通道，所述第一排气通道与第一通孔连通；

所述下层芯片上与所述第一通孔对应设有作为细胞培养腔下部储液腔的第二通孔，所述下层芯片的上表面上设有用于向细胞培养腔注入细胞培养液的第二液体通道、用于向细胞培养腔注入细胞培养无菌气体的第二气体通道和用于向外排出废液的废液通道，所述第二液体通道、第二气体通道和废液通道均与第二通孔连通；

所述第一液体通道和第二液体通道连通，所述第一气体通道和第二气体通道连通；

所述上层芯片的上表面上覆盖有薄膜层，所述下层芯片的下表面设有用于密封下层芯片的底层密封结构，所述上层芯片的下表面与所述下层芯片的上表面压紧贴合，所述下层芯片的下表面与底层密封结构之间设有用于调节细胞培养腔温度的加热装置，所述薄膜层、第一通孔、第二通孔和底层密封结构围成细胞培养腔。