高通量微流控半连续发酵反应器

微流控技术的发展为微生物菌种筛选和发酵工艺条件的高通量、快速优化筛选提供了更好平台，它可以利用微量的培养基和菌种同时平行地进行成百上千个发酵试验，结果可比性高，因而可以用更少的时间和费用进行更细化、更广泛的发酵优化条件筛选。相比于传统发酵工艺设备，微流控技术用于微生物发酵优化条件筛选具有许多明显的优势。本课题提出在发酵微流控芯片上采用微管道侧设计圆形微深腔结构，利用表面张力作用，实现样品液滴的自定容和自分配，保证了微量流体样品体积操控的精确性。并利用离散型微流控芯片进行发酵过程的操控，使发酵液以液滴形式分散在油相中，与芯片管壁无直接接触，避免了长期发酵过程中管壁表面细菌生物薄膜的形成。通过本项目研制的微流控发酵芯片可用于快速有效地筛选微生物发酵工艺的优化条件，还可用于研究微生物的代谢调控机制，以及微生物的种群增长和相互作用规律，这对于设计和创建新型、高效的发酵系统以及环境保护具有重要意义。

微流控技术的发展为微生物菌种筛选和发酵工艺条件的高通量、快速优化筛选提供了更好平台，它可以利用微量的培养基和菌种同时平行地进行成百上千个发酵试验，结果可比性高，因而可以用更少的时间和费用进行更细化、更广泛的发酵优化条件筛选。相比于传统发酵工艺设备，微流控技术用于微生物发酵优化条件筛选具有许多明显的优势。本课题根据申请报告内容，主要完成了以下工作内容：.1..提出的芯片微结构，成功的实现了样品液滴的精确调控，并提出了新的芯片设计，主要工作包括进样分散区域的设计与研究，微生物发酵反应器单元以及芯片阀结构的设计，在实验中根据SU－8光刻胶的实验现象提出了一种新的芯片曲面制作方法。.2..在研究过程中设计了不同的微流控芯片，并进行了相关的实验，来进行样品分散与混合，分析微流控芯片用于微生物培养的可行性。.3..设计了一种将真空处理后的PDMS泵块贴合在阀管道进样口处，利用泵块在大气中会自动吸收空气后芯片管道中形成暂时性的负压，而这种负压使得培养芯片中的阀层发生变形，使得培养单位上的密封圈脱离阀层，整个进样体系形成连通，从而实现培养单元微生物的进样、补料等实验操作，在培养过程中有效的阻止了细菌生物薄膜的形成，完成了微生物发酵的实验，较好的完成了课题提出的研究计划，并希望将获得的实验结果用于后续相关研究项目中。这种设计的优点在于：进样量由培养单元的体积决定，精确可控，而培养过程中的补料、营养液的交换等过程通过真空处理的PDMS泵块来进行操控，因为相对简单易行。