一種基于交流電熱的自循環細胞生物反應器的制造方法
【技術領域】
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[0001 ]本實用新型涉及一種自循環細胞生物反應器。
【背景技術】
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[0002]目前，一種新藥物從開發到成功問世，需要耗時15年、耗資8億美元。藥物的成功開發，一方面需要對患者的病情進行針對性的治療，另一方面還要承擔副作用的風險。首先，由科研小組研究病情并作生物化學分析等實驗，確定藥物成分。接著，用飽受倫理爭議的活體動物進行藥物實驗。如果成功，將進行臨床測試。人類與動物的生理差異很難保證動物測試的結果與臨床結果相吻合。如果臨床實驗失敗，一方面推翻原有的實驗結論，要重新進行研發、測試，另一方面，臨床測試往往對臨床試驗者帶來一定的危險性。
[0003]微流控芯片利用對微尺度下流體的控制，把傳統的生物、醫學、化學分析過程的樣品制備、反應、分離、檢測等基本操作單元集成到一塊微米尺度的芯片上，可以實現對微觀流體、細胞、蛋白質、核酸及其他微納粒子的操控和高效分析，具有消耗樣品少、分析速度快、自動化程度高等優點，非常適合用于細胞分析、疾病的快速診斷等領域。隨著微機電加工技術的迅猛發展，微納尺度電極和通道的加工已經比較成熟。在微納尺度下，分子擴散的距離大大縮短，能將傳統需要一天多時間的生物化學反應縮短到幾十分鐘，用于藥物測試及疾病診斷的微流控芯片也應運而生，極大程度地減少了藥物開發的時間與成本。傳統的藥物開發具有投資大、過程長等特點。
[0004]流體的交流電動技術主要包括交流電滲技術與交流電熱技術。其中，交流電滲技術主要適用于電導率較低(即溶液離子濃度低)的流體;交流電熱技術是靠電場與溫度梯度相互作用而驅動流體，適用于電導率較高的流體，如生物流體等。
[0005]近幾年，隨著微流控芯片技術的發展，基于生物科學和生物技術的細胞培養已經和微流控芯片技術相結合，從而提出了 “器官芯片”及“人體芯片”等概念并進行相應研究。然而，對于復雜的“人體芯片”流體自循環系統，其動力來源一直是困擾各國學者的主要難題。就現有文獻而言，利用PDMS薄膜制成的微型蠕動栗是其運轉的主要方式，但這種栗加工及控制困難，且使用壽命只有幾天，甚至幾小時。
【實用新型內容】:
[0006]本實用新型的目的是為了解決傳統生物技術的細胞培養和微流控芯片技術相結合制備的細胞生物反應器存在加工和控制困難且不耐用的問題，提供了一種基于交流電熱的自循環細胞生物反應器。
[0007]本實用新型的基于交流電熱的自循環細胞生物反應器包括氧化銦錫導電玻璃和聚二甲基硅氧烷層，所述聚二甲基硅氧烷層的下表面鍵合在氧化銦錫導電玻璃的上表面上;
[0008]所述氧化銦錫導電玻璃上表面的一半面分布有外側通電電極、內側通電電極、三組寬電極和三組窄電極;所述外側通電電極位于氧化銦錫導電玻璃的一個角上，通過一根導線連接交流電給有刻蝕電極的方環形流體通道外側區域加電;所述內側通電電極位于三組寬電極和三組窄電極的中間，每組寬電極都與一組窄電極夾雜在一起形成每個寬電極與一個窄電極成對間隔排列，三組寬電極和三組窄電極沿環形排列且按照順時針方向每對寬電極與窄電極之間排列的次序是相同的，外側通電電極與每個寬電極相連接，內側通電電極與每個窄電極相連接;三組寬電極和三組窄電極沿環形排列且按照順時針方向每對寬電極與窄電極之間排列的次序是相同的可使液體成一個方向循環流動；
[0009]所述聚二甲基硅氧烷層下表面開有一個方環形流體通道，三組寬電極和三組窄電極分別位于方環形流體通道的相鄰三個邊的下方;在與氧化銦錫導電玻璃的接觸面上沒有刻蝕電極的方環形流體通道的一條邊上設置有細胞培養室，用來培養細胞;在與氧化銦錫導電玻璃的接觸面上有刻蝕電極的方環形流體通道的一條邊上設置有細胞培養液注入室，用來加入細胞培養液;所述的細胞培養室是一個圓柱形通孔且上面有一個蓋子，防止培養液過量蒸發;所述的細胞培養液注入室是一個圓柱形通孔。
[0010]本實用新型的原理:當對溶液中施加交流電場時，電場作用于高電導率的流體而產生焦耳熱，在焦耳熱的作用下，溶液產生不均勻的溫升，形成了溫度梯度，從而產生了電導率梯度與介電梯度，并產生自由電荷。自由電荷在非均勻電場的作用下生成流體驅動的體積力，誘導出電熱流。根據這一操控手段，在芯片上適當的位置布置相應的微尺度電極，使成對的電極按一個方向排列，對電極施加相應的電信號，可驅動流體定向流動，達到栗送效果。
[0011 ]本實用新型相對于現有技術其優點在于:
[0012]1.本實用新型設計的基于交流電熱的流體自循環芯片有效的填補了微流控芯片集成微型栗的技術難題，開發了一款結構簡單、壽命長、控制方便的芯片集成微型栗。
[0013]2.本實用新型制備的細胞生物反應器實現了細胞自動連續的培養，節省了人力。本實用新型的細胞生物反應器制備方法簡單且操作簡便，更利于其在工業及實驗室上應用。
[0014]3.本實用新型將細胞培養室遠離細胞栗送區域，減小或避免了交流電熱升溫對細胞帶來的傷害。
【附圖說明】
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[0015]圖1為本實用新型制備的基于交流電熱的自循環細胞生物反應器的俯視圖。
[0016]圖2為為本實用新型制備的基于交流電熱的自循環細胞生物反應器的側視圖。
[0017]圖3為本實用新型制備的基于交流電熱的自循環細胞生物反應器中的氧化銦錫導電玻璃(ΙΤ0)電極的局部放大圖。
【具體實施方式】
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[0018]本實用新型技術方案不局限于以下所列舉【具體實施方式】，還包括各【具體實施方式】間的任意組合。
[0019]【具體實施方式】一:本實施方式的基于交流電熱的自循環細胞生物反應器，其特征在于:該自循環細胞生物反應器包括氧化銦錫導電玻璃1和聚二甲基硅氧烷層2，所述聚二甲基硅氧烷層2的下表面鍵合在氧化銦錫導電玻璃1的上表面上；
[0020]所述氧化銦錫導電玻璃1上表面的一半面分布有外側通電電極1-1、內側通電電極1-2、三組寬電極和三組窄電極;所述外側通電電極1-1位于氧化銦錫導電玻璃1的一個角上，通過一根導線連接交流電給有刻蝕電極的方環形流體通道2-1外側區域加電;所述內側通電電極1-2位于三組寬電極和三組窄電極的中間，通過一根導線連接交流電給有刻蝕電極的方環形流體通道2-1內側區域加電；每組寬電極都與一組窄電極夾雜在一起形成每個寬電極1-3與一個窄電極1-4成對間隔排列，三組寬電極和三組窄電極沿環形排列且按照順時針方向每對寬電極與窄電極之間排列的次序是相同的，外側通電電極1 -1與每個寬電極1-3相連接，內側通電電極1-2與每個窄電極1-4相連接；
[0021]所述聚二甲基硅氧烷層2下表面開有一個方環形流體通道2-1，三組寬電極和三組窄電極分別位于方環形流體通道2-1的相鄰三個邊的下方;在與氧化銦錫導電玻璃1的接觸面上沒有刻蝕電極的方環形流體通道2-1的一條邊上設置有細胞培養室2-2，用來培養細胞;在與氧化銦錫導電玻璃1的接觸面上有刻蝕電極的方環形流體通道2-1的一條邊上設置有細胞培養液注入室2-3，用來加入細胞培養液;所述的細胞培養室2-2是一個圓柱形通孔且上面有一個蓋子3，防止培養液過量蒸發;所述的細胞培養液注入室2-3是一個圓柱形通孔。
[0022]【具體實施方式】二:本實施方式與【具體實施方式】一不同的是，所述的氧化銦錫導電玻璃(ΙΤ0) 1的厚度為0.4_?1.2_。其他步驟與參數與【具體實施方式】一相同。
[0023]【具體實施方式】三:本實施方式與【具體實施方式】一不同的是，所述的寬電極1-3與窄電極1-4總對數為30?50對，每對寬度分別為50um?120um和250um?600um，兩個電極的間隙為50um?120um。其他步驟與參數與【具體實施方式】一相同。
[0024]【具體實施方式】四:本實施方式與【具體實施方式】一不同的是，所述的方環形流體通道2-1的厚度為3mm?8mm、寬度為2mm?3mm。其他步驟與參數與【具體實施方式】一相同。
[0025]【具體