微生物已經(jīng)在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、能源、環(huán)境、醫(yī)藥等諸多領(lǐng)域發(fā)揮著無(wú)可替代的作用。篩選獲得優(yōu)良的菌種是提升相關(guān)產(chǎn)業(yè)技術(shù)水平的重要途徑。通常，微生物的液體培養(yǎng)篩選需要同時(shí)在數(shù)十上百個(gè)培養(yǎng)瓶或試管中進(jìn)行。這使得整個(gè)篩選過(guò)程勞動(dòng)強(qiáng)度大，效率較低。

　　最近，中科院蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所國(guó)際實(shí)驗(yàn)室的甘明哲博士設(shè)計(jì)開發(fā)了一種用于細(xì)菌平行懸浮培養(yǎng)的多通道微流控芯片(圖1)，可以一次進(jìn)行多個(gè)細(xì)菌培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)。該芯片在7.5×5 cm2面積上集成32個(gè)獨(dú)立平行的細(xì)菌培養(yǎng)單元，每個(gè)單元的培養(yǎng)液需求量極少，僅為50nL。在集成的氣動(dòng)微泵驅(qū)動(dòng)下，培養(yǎng)單元內(nèi)的液體能夠循環(huán)流動(dòng)，帶動(dòng)細(xì)菌在培養(yǎng)液中懸浮生長(zhǎng)，且液體流速基本一致，適合進(jìn)行平行實(shí)驗(yàn)。由于整個(gè)芯片材料透明，可以隨時(shí)觀察芯片內(nèi)細(xì)菌的生長(zhǎng)情況。在此芯片上，分別進(jìn)行了大腸桿菌、枯草芽孢桿菌、施氏假單胞菌、運(yùn)動(dòng)發(fā)酵單胞菌等重要工業(yè)細(xì)菌的懸浮培養(yǎng)測(cè)試，證實(shí)了該芯片對(duì)于不同細(xì)菌培養(yǎng)的通用性。該芯片制作工藝簡(jiǎn)單、制作成本低，是一種高效的細(xì)菌懸浮培養(yǎng)解決方案。該芯片結(jié)構(gòu)已申請(qǐng)專利，相關(guān)研究測(cè)試結(jié)果發(fā)表在Lab on a chip上。

　　在此基礎(chǔ)上，研究人員進(jìn)一步開發(fā)了第二代微生物懸浮培養(yǎng)芯片(圖2)。與前代芯片相比，該芯片的集成度更高，在相同的面積上培養(yǎng)單元數(shù)量提高到120個(gè)，且單元內(nèi)的液體循環(huán)流速更高，這拓展了該芯片的微生物適用范圍。該芯片不僅可用于培養(yǎng)細(xì)菌，也可用于培養(yǎng)體積更大的酵母菌。同時(shí)，芯片的制作工藝更加簡(jiǎn)化，這為以后芯片的低成本批量化生產(chǎn)提供了可能。該芯片設(shè)計(jì)已申請(qǐng)專利，相關(guān)結(jié)果已在Small上發(fā)表。

　　此項(xiàng)工作是“高效菌篩選檢測(cè)系統(tǒng)”項(xiàng)目的一部分，該項(xiàng)目旨在運(yùn)用微流控技術(shù)，開發(fā)用于微生物菌種高通量篩選和條件優(yōu)化的芯片化系統(tǒng)，加速微生物高效、高產(chǎn)菌株選育及配套工藝的開發(fā)。后續(xù)工作將進(jìn)行微生物代謝物微量快速檢測(cè)模塊的設(shè)計(jì)構(gòu)建。

　　該項(xiàng)目工作得到了中科院百人計(jì)劃項(xiàng)目、中科院知識(shí)創(chuàng)新工程重要方向項(xiàng)目的大力支持。

　　圖1 第一代32通道細(xì)菌懸浮培養(yǎng)芯片

　　圖2 第二代120通道微生物懸浮培養(yǎng)芯片