一种微流控器官培养实时监控的系统及其方法与流程

本申请涉及组织工程和生物，具体涉及一种微流控器官培养实时监控的系统及其方法。

背景技术：

1、类器官具有细胞系和动物模型所不具有的独特优势，其细胞组成和结构更加类似人体组织，可提供一个高度生理相关的系统，是基础研究的绝佳模型，为肿瘤研究、药物筛选、再生医学等领域提供了一个更好的解决方案。如今，已经在多种组织，如小肠、肝脏、胃等中建立了类器官培养方法。

2、现今最常规的器官培养方法是在细胞孔板中静态2d培养、换液和传代。常规培养方法不能满足微流控细胞芯片动态培养基供给，换液方式存在积累代谢废物，更换不同培养基操作复杂等问题；并且常规培养方式存在气体消耗、无法变温培养、培养过程中给药研究的局限以及从培养箱中拿出观察会破坏培养环境，不能准确模拟体内动态环境等问题。这些不利因素在很大程度上会影响类器官的生长和实验结果；同时，现有的细胞培养装置不能直接放在显微镜下观察，存在使用不便的缺点。

技术实现思路

1、为此，本申请提供一种微流控器官培养实时监控的系统及其方法，以解决传统静态2d培养，不能在器官培养过程中长时间实时供给培养液、实时监控与调节培养环境、精准模拟体内环境等问题。

2、为了实现上述目的，本申请提供如下技术方案：

3、第一方面，一种微流控器官培养实时监控的系统，包括：气源、微流体驱动装置、储液装置、气体混合器、加湿装置、环境仓和监控终端，所述气源与所述微流体驱动装置连接，为微流体驱动装置提供动力；

4、所述微流体驱动装置的一端接气源，另一端接所述储液装置，所述储液装置还与所述微流控芯片连接；

5、所述气体混合器的入口接多种气体，所述气体混合器的出口分成两路，一路接所述环境仓的气动接头，另一路经加湿装置加热后产生相应的含水空气，所述含水空气接所述环境仓的液路连接器；

6、所述加湿装置包括金属容器和放置在所述金属容器上的耐压瓶，耐压瓶用于储水并在金属容器被加热时形成水汽；

7、所述环境仓的底部设置有加热玻璃，所述环境仓的内部设置有湿度传感器以及用于放置培养细胞的微流控芯片，所述环境仓的外部对应于所述加热玻璃的底部设置有温度传感器；

8、所述微流体驱动装置、气体混合器、湿度传感器、温度传感器均与监控终端连接，所述监控终端安装有软件，所述软件包含流体控制界面、温度控制界面、气氛控制界面以及湿度控制界面。

9、可选地，所述环境仓包括培养仓体，所述仓体的内部为培养仓室，且仓体的顶部设置有盖板，所述盖板上设置有透光玻璃，所述加热玻璃设置于所述仓体的底部；

10、所述湿度传感器、所述微流控芯片设置于所述仓室中。

11、可选地，所述微流体驱动装置为压力泵，所述压力泵与所述监控终端连接；所述压力泵设置有第一进气口和出气口，所述第一进气口接所述气源，所述出气口接所述储液装置。

12、可选地，所述储液装置包括至少一个储液池和至少一个液体流量计，所述储液池内存储有培养基；所述储液池上设置有第二进气口和储液池出液口，所述第二进气口与所述出气口通过气管连接；

13、所述液体流量计上设置有流量计进液口和流量计出液口；所述储液池出液口与所述流量计进液口通过第一毛细管连接，所述第一毛细管上设置有切换阀；所述流量计出液口与所述微流控芯片连接；

14、所述切换阀、液体流量计均与所述微流体驱动装置连接。

15、可选地，还包括温度控制装置，所述温度控制装置的一端与所述加热玻璃通过第一加热控制线连接，另一端与所述监控终端通过usb线连接；

16、所述温度控制装置与所述金属容器通过第二加热控制线连接。

17、可选地，所述环境仓包括培养仓体，所述仓体的内部为培养仓室，且仓体的顶部设置有盖板，所述盖板上设置有透光玻璃，所述加热玻璃设置于所述仓体的底部；

18、所述湿度传感器、所述微流控芯片设置于所述仓室中。

19、可选地，所述温度传感器位于所述加热玻璃底部的中间位置。

20、可选地，所述湿度传感器上集成有氧气浓度传感器以及二氧化碳浓度传感器。

21、可选地，所述监控终端为电脑。

22、第二方面，一种微流控器官培养实时监控的方法，包括上述的微流控器官培养实时监控的系统，所述方法包括以下步骤：

23、步骤一、气源压缩空气后提供动力，微流体驱动装置提供储液装置所需的压力，使储液装置中的液体进入环境仓内的微流控芯片中；

24、步骤二、启动流体控制界面，监测和控制调节所述压力大小以及液体的流速大小，并且控制切换阀的开启或关闭，进而控制储液装置中液体的输送；

25、步骤三、启动温度控制界面，通过加热玻璃加热使得环境仓内的温度达到设定温度；

26、步骤四、启动气氛控制界面，控制通入气体混合器的多种气体的混合比例，多种气体在气体混合器中混合后，混合气体分成两路，一路混合气体直接连接环境仓的气动接头，向仓室中通入气体，提供气氛；另一路混合气体经加湿装置加热后产生相应的含水空气，含水空气接环境仓的液路连接器，向环境仓内通入含水空气；

27、步骤五、通过湿度控制界面控制监测环境仓内的湿度。

28、相比现有技术，本申请至少具有以下有益效果：

29、1、本申请提供了一种微流控器官培养实时监控的系统及其方法，包括：微流体驱动装置、气体混合器、储液装置和环境仓，环境仓的底部设置有加热玻璃，环境仓的内部设置有湿度传感器、氧气和二氧化碳传感器以及微流控芯片，环境仓的外部设置有温度传感器；微流体驱动装置的一端接气源，另一端接储液装置，储液装置还与微流控芯片连接；气体混合器的入口接多种气体，气体混合器的出口分成两路，一路接环境仓的气动接头，另一路经加湿装置加热后产生相应的含水空气，含水空气接环境仓的液路连接器；微流体驱动装置、气体混合器、温度传感器、湿度传感器均与监控终端连接；本申请的结构紧凑、使用方便、实验可靠性高，可满足不同领域研究人员三维培养的需求，具有很好的推广价值；储液装置上设置有多个储液池，可自动切换不同培养基或实现不同培养方式并控制不同流速，换液操作方便，避免了更换试剂时对培养器官的影响和解决了培养基更换问题；通过微流体驱动装置采用精密压力泵，可长时间实时供给培养液，使器官得到充分培养，避免了传统培养过程中因营养成分耗尽更换培养基的步骤；同时，通过监控终端，可以预设并监控温度、气氛和湿度，可以实现恒温和变温培养以及实现不同气氛要求，解决了气体供应问题，使培养环境更接近体内环境。

30、2、本申请中的环境仓的顶部为透光玻璃，底部是加热玻璃，上下透明，可进行透射观察；环境仓整体是铝合金防腐蚀舱体，结构紧凑，仓室可以直接放置在正置显微镜或倒置显微镜的平台上进行拍照成像或视频录制，可以实现在细胞培养过程中实时成像及分析。通过环境仓中设置的微流控芯片，可节约试剂并实现类器官3d培养。

技术特征：

1.一种微流控器官培养实时监控的系统，其特征在于，包括：气源、微流体驱动装置、储液装置、气体混合器、加湿装置、环境仓和监控终端，所述气源与所述微流体驱动装置连接；

2.根据权利要求1所述的微流控器官培养实时监控的系统，其特征在于，所述微流体驱动装置为压力泵，所述压力泵与所述监控终端连接；所述压力泵设置有第一进气口和出气口，所述第一进气口接所述气源，所述出气口接所述储液装置。

3.根据权利要求2所述的微流控器官培养实时监控的系统，其特征在于，所述储液装置包括至少一个储液池和至少一个液体流量计，所述储液池内存储有培养基；所述储液池上设置有第二进气口和储液池出液口，所述第二进气口与所述出气口通过气管连接；

4.根据权利要求1或3所述的微流控器官培养实时监控的系统，其特征在于，还包括温度控制装置，所述温度控制装置的一端与所述加热玻璃通过第一加热控制线连接，另一端与所述监控终端通过usb线连接；

5.根据权利要求1所述的微流控器官培养实时监控的系统，其特征在于，所述环境仓包括培养仓体，所述仓体的内部为培养仓室，且仓体的顶部设置有盖板，所述盖板上设置有透光玻璃，所述加热玻璃设置于所述仓体的底部；

6.根据权利要求5所述的微流控器官培养实时监控的系统，其特征在于，所述温度传感器位于所述加热玻璃底部的中间位置。

7.根据权利要求5所述的微流控器官培养实时监控的系统，其特征在于，所述湿度传感器上集成有氧气浓度传感器以及二氧化碳浓度传感器。

8.根据权利要求1所述的微流控器官培养实时监控的系统，其特征在于，所述监控终端为电脑。

9.一种微流控器官培养实时监控的方法，其特征在于，基于权利要求1-8任一所述的微流控器官培养实时监控的系统，所述方法包括以下步骤：

技术总结
本申请公开了一种微流控器官培养实时监控的系统及其方法，以解决传统静态培养过程中不能长时间实时供给培养液和实时控制调节培养环境，精确模拟体内环境的问题。本申请包括：气源、微流体驱动装置、储液装置、温度控制装置、气体混合器、加湿装置、环境仓和监控终端，气源与微流体驱动装置连接；微流体驱动装置一端接气源，另一端接储液装置，储液装置还与环境仓中微流控芯片连接；温度控制装置连接环境仓和加湿装置；经气体混合器后的混合气体分成两路，一路接环境仓的气动接头，另一路经加湿装置加热后产生含水空气，并通入环境仓内；本申请使用方便、实验可靠性高，通过监控终端可以预设并监控温度、气氛和湿度，可以实现不同培养环境要求。

技术研发人员：李金平,张文杰,张龙,朱艳霞,侯亮,杨宏亮
受保护的技术使用者：微纳立方科技（北京）有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15