[发明专利]一种微流体溶解氧浓度控制芯片

说明书

本发明公开了一种微流体溶解氧浓度控制芯片，包括依次相互重叠的第1层、硅胶膜隔层和第2层，且第1层内表面与第2层内表面分别与位于中间的硅胶膜隔层的两个侧面紧贴重叠；第1层内表面设有一道沟槽与紧贴的硅胶膜隔层一侧面构成了第1微通道，第2层内表面也设有一道沟槽与紧贴的硅胶膜隔层另一侧面构成了第2微通道；硅胶膜隔层将第1微通道与第2微通道相互隔离；第1微通道为适于细胞培养基流动的单向通道，第2微通道为适于Na₂SO₃溶液流动的单向通道，且第1微通道中流动的细胞培养基溶液中的氧透过隔离的硅胶膜扩散至第2通道中流动的Na₂SO₃溶液中。本发明实现了微流体中溶解氧浓度的定量控制。

技术领域

本发明涉及一种微流体溶解氧浓度控制芯片。

背景技术

氧气是高等动物能量代谢必要的电子受体，它控制着细胞代谢、激素分泌和基因表达等。在组织中，氧气的水平通过精细的、高度保守的细胞内结构和器官层次的反馈循环维持，体内氧气的内稳态对于维持细胞的生理功能是及其重要的(引用：Park，Bansal etal.2006)。在生理肝小叶中，HA和PV血液具有不同的溶解氧浓度(引用：Jungermann andKietzmann 2000)，HA血液溶解氧浓度为3.3-4.7mg/L(104-146μmol/L)，PV血液溶解氧浓度为1.5-2.0mg/L(48-64μmol/L)。当前用于二维或是三维的体外细胞培养中的溶解氧浓度高于血液中的氧浓度，如DMEM，因此，为了模拟生理水平的动、静脉血液溶解氧浓度，需要实现氧环境的定量控制(即消耗DMEM中的部分氧气使其达到生理范围值)。

当前实现溶解氧浓度定量控制的方法主要包括：电化学消耗、化学消耗、物理消耗等。Park等人将微电极阵列嵌入微通道中，采用电解水来产生氧气，利用氧敏感的荧光膜测量和可视化氧浓度梯度，通过控制微型电极的电流改变氧气梯度的时空分布，然而，基于电化学方式的氧芯片设计较为复杂，不利于实验操作和定量控制。Skolimowski等人基于微流控技术设计了氧梯度产生芯片，该芯片包括细胞培养腔、氧气梯度发生器和光学传感器，氧气透过气体渗透性膜(PDMS)扩散到亚硫酸盐中被消耗，集成在芯片上的荧光染料用于检测氧浓度，然而，实验过程中培养基的流率较低只有10μL/min，当培养基流率超过50μL/min时，并未在芯片中产生明显的氧浓度梯度。Polinkovsky等人设计了两种微流体芯片，利用气体混合通道网络实现不同的氧浓度梯度，第1种芯片是利用纯氮气和纯氧气的混合产生从0～100％线性变化的氧浓度梯度，第2种芯片是利用氮气和空气的混合产生0～20.9％指数变化的氧浓度梯度，然而，气体混合方式的氧芯片容易产生大量的气泡不利于流体的稳定。此外，基于当前的氧芯片设计，均未能模拟生理水平的动、静脉流体溶解氧浓度。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种微流体溶解氧浓度控制芯片，可以定量和稳定地控制细胞培养基中氧含量。

本发明要解决的另外一个技术问题是提供一种微流体溶解氧浓度定量控制方法。

对于微流体溶解氧浓度控制芯片，本发明采用的技术方案是，一种微流体溶解氧浓度控制芯片，包括第1层、硅胶膜隔层和第2层；第1层、硅胶膜隔层和第2层依次相互重叠，且第1层内表面与第2层内表面分别与位于中间的硅胶膜隔层的两个侧面紧贴重叠；

第1层内表面设有一道沟槽，且该沟槽与紧贴的硅胶膜隔层一侧面构成了第1微通道，第2层内表面也设有一道沟槽，且该沟槽与紧贴的硅胶膜隔层另一侧面构成了第2微通道；硅胶膜隔层将第1微通道与第2微通道相互隔离，且第1微通道与第2微通道隔着硅胶膜隔层相互重合；

第1微通道为适于细胞培养基流动的单向通道，第2微通道为适于Na₂SO₃溶液流动的单向通道，且第1微通道中流动的细胞培养基溶液中的氧透过隔离的硅胶膜扩散至第2通道中流动的Na₂SO₃溶液中。