CN102174365B - 细胞或组织恒温灌流实验台 - Google Patents

Abstract

一种细胞或组织恒温灌流实验台，包括设置在台架上的载物台和载物台恒温加热器、以及为载物台恒温加热器提供热源的恒温水浴箱。所述台架上还设置有灌流液恒温加热器，所述灌流液恒温加热器中设置有灌流液输送管，所述灌流液输送管的出液端伸入至载物台中。所述载物台设置在载物台恒温加热器内，所述恒温水浴箱、灌流液恒温加热器和载物台恒温加热器三者之间通过连接导管形成恒温水循环回路。进一步地，所述灌流液恒温加热器和载物台恒温加热器通过支撑板和铰接组件连为一体。其结构简单、机械稳定性好，可使细胞或组织接受与其温度基本相同的多种灌流液，从而在受外界环境影响极小的状态下观测细胞或组织的机能学变化，获得真实的实验数据。

Description

细胞或组织恒温灌流实验台

技术领域

本发明涉及细胞、组织形态学和/或机能学实验装置，具体地指一种细胞或组织恒温灌流实验台。

背景技术

在医学或生物学研究领域，恒温灌流实验对显微观察细胞或组织在不同灌流液影响下的形态和机能变化具有重要意义。目前，已有的恒温灌流实验装置大多只能满足离体组织或器官的恒温实验和显微观察的要求，而针对活细胞的恒温灌流实验装置尚存在诸多不足。以传统的恒温灌流槽为例，其仅能配套使用正置显微镜，而正置显微镜的镜头限制了其他多种实验探头同时置入灌流槽中，导致细胞或组织的形态学或机能学记录不能同步进行，只能分次实验观察。并且，传统的恒温灌流槽既不能较为方便地更换实验用细胞，也不能实现细胞实验后的再培养。同时，传统的恒温灌流槽与细胞或组织的载物台加热装置是独立设置的，其结构的稳定性较差，在实验过程中不可能保持灌流液的温度与载物台上细胞或组织的温度始终一致。这样，其实验效率低下、观测结果偏差增大、实验真实度降低，严重影响了科研人员对细胞或组织的认识。

另一种已知用于膜片钳等实验的活细胞恒温灌流实验装置是将活细胞直接分离、在培养皿中培养，并在培养皿中实验。其可以利用倒置显微镜进行观察和记录。但培养皿的光学性能不强，尤其是在对细胞进行转染或荧光处理后，对细胞形态的观察、记录效果一般。同时，培养皿的表面积较大，与空气接触面积过多，其保持恒温的效果会随着实验时间的延长不断减弱，这一样会导致观测结果偏差增大、实验真实度降低。并且，其对于细胞缺氧等模型的建立也无法完成。

发明内容

本发明的目的就是要克服现有技术所存在的不足，提供一种结构简单、机械稳定性好、可方便灌流液加入、保证灌流液与细胞或组织所处环境温度恒定一致、从而获取真实实验数据的细胞或组织恒温灌流实验台。

为实现上述目的，本发明所设计的细胞或组织恒温灌流实验台，包括设置在台架上的载物台和载物台恒温加热器、以及为载物台恒温加热器提供热源的恒温水浴箱。所述台架上还设置有灌流液恒温加热器，所述灌流液恒温加热器中设置有灌流液输送管，所述灌流液输送管的出液端伸入至载物台中，可用恒定温度的灌流液淹没细胞或组织。所述载物台设置在载物台恒温加热器内，所述恒温水浴箱、灌流液恒温加热器和载物台恒温加热器三者之间通过连接导管形成恒温水循环回路，可确保载物台内的细胞或组织温度基本与灌流液温度一致。

进一步地，所述灌流液恒温加热器固定在第一支撑板上，所述第一支撑板通过铰接组件与载物台恒温加热器活动连接，所述载物台恒温加热器直接或通过第二支撑板固定在台架上。这样，灌流液恒温加热器与载物台恒温加热器的位置相对固定，在实验过程中可确保灌流液输送管与载物台的位置也固定不变。同时，当需要更换实验用细胞或组织时，翻开第一支撑板即可拆下载物台，操作极为方便。

进一步地，所述第一支撑板上设置有灌流液抽吸管，所述灌流液抽吸管的吸液端伸入至载物台中，可通过负压泵将多余的灌流液导出，不致在载物台中形成灌流液淤积。

再进一步地，所述第一支撑板上设置有调整其与台架或第二支撑板之间位置关系的间距调节组件，用以控制灌流液输送管的出液端和灌流液抽吸管的吸液端伸入至载物台中的深度。

更进一步地，所述第一支撑板上还通过第三夹持器固定有地线，所述地线的一端伸入至载物台内与灌流液接触，所述地线的另一端接地，以构成电生理实验的电路回路，确保实验效果良好。

作为优选方案，上述载物台包括承载台和定位台，所述承载台的中央设置有显微镜成像孔，所述显微镜成像孔的上方外围设置有盖玻片镶嵌槽，所述盖玻片镶嵌槽中嵌置有可更换的光学盖玻片，所述盖玻片镶嵌槽的上方外围设置有定位台镶嵌槽。所述定位台嵌置并固定在定位台镶嵌槽中，所述定位台的中央设置有与显微镜成像孔相对应的灌流液导入槽，所述定位台的底面设置有与盖玻片镶嵌槽相配合的压紧凸台，所述压紧凸台上开设有密封圈凹槽，所述密封圈凹槽中嵌置有环形密封圈，所述环形密封圈与光学盖玻片压迫接触配合，以确保灌流液不会发生侧漏。这样，可通过更换光学盖玻片实现细胞或组织的更换。

与上述优选载物台相匹配的载物台恒温加热器包括中央镂空的热介质腔体，所述热介质腔体上设置有热介质输入接口和热介质输出接口，所述热介质腔体内侧周边设置有载物台镶嵌槽，所述载物台的承载台嵌置在载物台镶嵌槽中。载物台恒温加热器与承载台均采用导热性能良好的金属制作，彼此紧密相贴，可维持载物台内灌流液的恒温状态始终不变。

作为优选方案，上述灌流液恒温加热器包括连为一体的上层盖板、中层热源腔和下层盖板。所述上层盖板的内侧设置有至少一道用于嵌置灌流液输送管的上层凹槽，所述下层盖板的内侧也设置有至少一道用于嵌置灌流液输送管的下层凹槽。所述中层热源腔上设置有热源输入接口和热源输出接口。更具体而言，所述上层凹槽和下层凹槽均呈S形曲线布置。所述上层凹槽和下层凹槽各并列设置有二至四道。其结构简单实用，可同时嵌置多道灌流液输送管，满足细胞或组织对不同灌流液的实验需要，且S形曲线布置可有效延长灌流液在灌流液恒温加热器中的停留时间，确保恒温效果稳定。

本发明将恒温水浴箱、灌流液恒温加热器和载物台恒温加热器的热介质输送管路闭合成循环回路，并通过支撑板和铰接组件将灌流液恒温加热器和载物台恒温加热器有机组合为一相对固定的整体，使置于载物台上的细胞或组织能够方便地接受与其温度基本相同的多种灌流液，这样可以在受外界环境影响极小的状态下研究细胞或组织在不同灌流液影响下的机能学变化。与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

其一，采用热介质闭合循环回路，巧妙地利用了恒温水循环，不仅使细胞或组织外液的温度相对恒定，而且使灌流液的温度与其基本相同，排除了环境温度和灌流液温度对实验结果的影响。

其二，灌流液输送管直接伸入至载物台中，操作简便易行，不仅可以降低灌流液的热损耗，减少外界温差对细胞或组织的干扰，而且可以节省灌流液用量，提高灌流液的使用效率。

其三，灌流液恒温加热器与载物台恒温加热器之间采用铰接结构，载物台采用嵌置光学盖玻片的可拆分式结构，各部件之间连接紧密，位置相对固定，既具有很强的机械稳定性能，使记录电极与细胞或组织之间的接触不受机械外力作用影响，又可以方便地更换载有细胞的光学盖玻片，提高实验效率。

其四，通过设置在灌流液恒温加热器与载物台恒温加热器之间的间距调节组件，可以人为调节并稳定灌流液液面的高度，使记录观察指标不受灌流液表面张力的干扰而发生失真。

其五，载物台上采用光学盖玻片承载细胞或组织，光学盖玻片与培养皿等承载物相比具有更好的光学性能，可更清晰地观察、记录细胞或组织形态，获得更为接近真实的实验结果。并且，载物台内的灌流液通过固定的地线接成盐桥，可与记录电极等电器形成通路，具有很强的抗干扰性能，可进一步提高实验结果的清晰度。同时，载物台可设计多种规格的配件，满足各种类型实验的需求。

其六，整个灌流实验台可以安装在独立配置的台架上，也可以安装在显微镜的载物台或摄像机等成像设备的支座上，特别是安装在倒置显微镜的载物台上。在灌流实验台旁配置三维微操纵器，能附加安装刺激电极、记录电极、微型pH计探头等附属实验仪器，可广泛应用于所有分离、培养细胞或离体组织的灌流实验，实现细胞或组织形态学记录和机能学记录的同步进行。

其七，整个灌流实验台的大多数组件均可借助螺钉固定组合，其结构简单、易于加工、机械稳定性好，有利于大幅提高实验效率和实验的精确度，完全可以取代传统的恒温灌流槽。

附图说明

图1为一种细胞或组织恒温灌流实验台整体组装在台架上的结构示意图。

图2为图1中载物台、载物台恒温加热器和灌流液恒温加热器的组装结构示意图。

图3为图1中台架的结构示意图。

图4为图2中载物台和载物台恒温加热器的组装结构示意图。

图5为图4中载物台的承载台的结构示意图。

图6为图4中载物台的定位台正面结构示意图。

图7为图4中载物台的定位台背面结构示意图。

图8为图4中载物台恒温加热器的结构示意图。

图9为图2中灌流液恒温加热器的结构示意图。

图10为图9中灌流液恒温加热器的上层盖板的结构示意图。

图11为图9中灌流液恒温加热器的下层盖板的结构示意图。

图12为图9中灌流液恒温加热器的中层热源腔的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细描述。

图中所示的细胞或组织恒温灌流实验台，主要由设置在台架1上的载物台3、载物台恒温加热器4、灌流液恒温加热器5，以及设置在台架1旁边的恒温水浴箱2构成。

台架1是为本发明设计的专用台架，它由一块金属安装板1.1和若干个磁力底座1.2组成。金属安装板1.1的板面上分布有螺钉安装孔1.1.1，用于固定载物台恒温加热器4。金属安装板1.1的板面中央设置有圆形的观察孔1.1.2，以适应倒置显微镜安装和观察的需要。磁力底座1.2的下端吸附在实验室的金属台面上，磁力底座1.2的上端借助螺钉安装孔1.1.1与金属安装板1.1固定，可通过调节磁力底座1.2活动端的高度精确控制金属安装板1.1的高度。在台架1的一侧配置有用于夹持电极的三维微操纵器13，三维微操纵器13可以采用机械式、液压式和步进电机式等结构，通过其上的多个夹持器实现对电极或探头的三维操纵，以同步完成细胞或组织的形态学记录和机能学记录。当然，台架1也可以借用倒置显微镜的载物台、摄像机等成像系统的支座台、或其它需要使用本发明的仪器的支撑部件。

载物台3主要由可拆分的承载台3.1和定位台3.2组合而成。承载台3.1的中央设置有圆形的显微镜成像孔3.1.1，与台架1上的观察孔1.1.2相对应。显微镜成像孔3.1.1的上方外围设置有方形的盖玻片镶嵌槽3.1.2，盖玻片镶嵌槽3.1.2中嵌置有可更换的光学盖玻片3.1.4。盖玻片镶嵌槽3.1.2的上方外围设置有定位台镶嵌槽3.1.3，定位台3.2嵌置在定位台镶嵌槽3.1.3中，并借助螺钉固定。定位台3.2的中央设置有与显微镜成像孔3.1.1相对应的灌流液导入槽3.2.1，灌流液导入槽3.2.1外缘浅中间深，近似于碟形。定位台3.2的底面设置有与盖玻片镶嵌槽3.1.2相配合的压紧凸台3.2.4，压紧凸台3.2.4上开设有密封圈凹槽3.2.2，密封圈凹槽3.2.2中嵌置有环形密封圈3.2.3。环形密封圈3.2.3最好采用硅胶材料，其设计厚度略高于密封圈凹槽3.2.2的深度。定位台3.2与承载台3.1固定后，环形密封圈3.2.3借助螺钉的固定力量与光学盖玻片3.1.4压迫接触配合，使灌流液导入槽3.2.1内的灌流液不致漏出。

载物台恒温加热器4具有一个方形的中央镂空的热介质腔体4.1，热介质腔体4.1上设置有热介质输入接口4.2和热介质输出接口4.3，热介质腔体4.1内侧周边设置有载物台镶嵌槽4.4。载物台3的承载台3.1嵌置在载物台镶嵌槽4.4中，并借助螺钉固定。整个载物台恒温加热器4连同其内的载物台3通过螺钉固定在第二支撑板12上。第二支撑板12是一块有机玻璃板，通过螺钉固定在台架1的金属安装板1.1上。

灌流液恒温加热器5主要由扁平形的上层盖板5.1、中层热源腔5.2和下层盖板5.3组合而成，通过螺钉固定为一体。上层盖板5.1的内侧设置有二道上层凹槽5.1.1，下层盖板5.3的内侧设置有二道下层凹槽5.3.1。上层凹槽5.1.1和下层凹槽5.3.1用于嵌置灌流液输送管7。中层热源腔5.2上设置有热源输入接口5.2.1和热源输出接口5.2.2，热水流经其内时，可对灌流液输送管7中的灌流液进行加热保温。为了延长灌流液的加热时间、提高灌流液的恒温效果，上层凹槽5.1.1和下层凹槽5.3.1最好设计呈S形曲线。上层凹槽5.1.1和下层凹槽5.3.1内共可嵌置四根灌流液输送管7，使用四种不同的灌流液对细胞或组织进行灌流。当然，也可以根据需要增加上层凹槽5.1.1和下层凹槽5.3.1的数量，以嵌置更多的灌流液输送管7，适用于更多种类的灌流实验。

优选的灌流液输送管7采用使用寿命较长的硅胶管，其进液端与灌流液泵送装置相连，其出液端对准载物台3的定位台3.2。为了精准控制灌流液输送管7的插入深度，在灌流液输送管7的出液端连接有第一细金属折弯管7.1，第一细金属折弯管7.1的一端通过第一夹持器7.2固定在第一支撑板11上，第一细金属折弯管7.1的另一端按设定深度伸入至定位台3.2的灌流液导入槽3.2.1中。

整个灌流液恒温加热器5通过螺钉固定在第一支撑板11上。第一支撑板11也是一块有机玻璃板，其通过铰接组件6与载物台恒温加热器4活动连接，可旋转打开或闭合。当第一支撑板11与载物台恒温加热器4贴合时，灌流液恒温加热器5与载物台恒温加热器4的位置相对固定，灌流液输送管7的出液端伸入至定位台3.2上的灌流液导入槽3.2.1中的深度也是固定的，此时可进行细胞或组织的灌流实验操作。当第一支撑板11相对于载物台恒温加热器4打开时，载物台3和载物台恒温加热器4暴露在外，可拧松螺钉，用手指从金属安装板1.1的观察孔1.1.2中将载物台3整体顶起、取下，然后将承载台3.1和定位台3.2拆分开来，用于更换盛有细胞或组织的光学盖玻片3.1.4。

为了将多余的灌流液排出，在第一支撑板11上设置有灌流液抽吸管10。灌流液抽吸管10也采用使用寿命较长的硅胶管，其吸液端对准载物台3的定位台3.2，其排液端与灌流液负压泵相连。为了精准控制灌流液抽吸管10的插入位置，在灌流液抽吸管10的吸液端连接有第二细金属折弯管10.1，第二细金属折弯管10.1通过第二夹持器10.2固定在第一支撑板11上，第二细金属折弯管10.1的吸液端为扁平斜剖口形，按设定深度伸入至定位台3.2的灌流液导入槽3.2.1中，且其扁平斜剖口与灌流液液面平行。这样，可以进一步确保灌流液的液面高度稳定，使记录观察指标不受液面张力作用而发生失真。

在第一支撑板11的边缘上设置有调整其与第二支撑板12之间位置关系的间距调节组件9。当需要精细调节第一细金属折弯管7.1和第二细金属折弯管10.1伸入至定位台3.2的灌流液导入槽3.2.1中的深度时，可以通过间距调节组件9实现，从而达到实验所需的最佳状态。在第一支撑板11上还通过第三夹持器8.1固定有地线8，地线8的一端伸入至定位台3.2的灌流液导入槽3.2.1中，与灌流液搭成盐桥，地线8的另一端接地。本发明的其他各部件也可以通过地线8接地，从而增强整个试验台的抗干扰能力，提高实验结果的清晰度。

恒温水浴箱2采用温度可调节的加热装置，为载物台恒温加热器4和灌流液恒温加热器5提供循环热水。恒温水浴箱2的热水输出端通过导管与灌流液恒温加热器5的热源输入接口5.2.1相连，灌流液恒温加热器5的热源输出接口5.2.2通过导管与载物台恒温加热器4的热介质输入接口4.2相连，载物台恒温加热器4的热介质输出接口4.3则通过导管与恒温水浴箱2的热水输入端相连，由此构成恒温水循环回路，可确保灌流液的温度与实验细胞或组织的温度相对恒定。

本发明用于细胞灌流实验的工作过程如下：

一、配置好实验需要的倒置显微镜(图中未示出)、三维微操纵器13等仪器和设备，并将倒置显微镜的镜头从台架1的金属安装板1.1上的中央观察孔1.1.2处对准载物台3。

二、将细胞培养于光学盖玻片3.1.4上，或者将新鲜分离的细胞悬液直接滴入事先加有灌流液的光学盖玻片3.1.4上，然后将光学盖玻片3.1.4嵌置在承载台3.1上的盖玻片镶嵌槽3.1.2中，再将定位台3.2嵌置在承载台3.1上的定位台镶嵌槽3.1.3中，并用螺钉固定。需要附加电极时，按实验要求操作妥当。

三、循环热水从恒温水浴箱2的热水输出端流出，在灌流液恒温加热器5的中层热源腔5.2内绕流后，进入载物台恒温加热器4中；在载物台恒温加热器4内环绕一圈后，由恒温水浴箱2的热水输入端重新流回；如此重复，完成热水循环。在实验过程中根据需要及时调节恒温水浴箱2内循环热水的温度。四、灌流液输送管7中的灌流液经过灌流液恒温加热器5加热后，从第一细金属折弯管7.1中流入至定位台3.2的灌流液导入槽3.2.1中，由于灌流液导入槽3.2.1底部通过环形密封圈3.2.3与光学盖玻片3.1.4密封配合，因此灌流液不会发生侧漏。当实验需要持续灌流时，在灌流液负压泵的抽吸作用下，多余的灌流液可通过第二细金属折弯管10.1进入灌流液抽吸管10中，排出到指定的容器中，可确保灌流液导入槽3.2.1中的灌流液液面始终维持在实验需要的高度。

五、当需要进行不同类型的细胞灌流实验时，可以将与灌流液恒温加热器5连为一体的第一支撑板11翻开，卸下载物台恒温加热器4和/或载物台3，再拆分载物台3，即可更换盛有细胞的光学盖玻片3.1.4。

以上所述为本发明的较佳实施例，但本发明并不局限于该实施例和附图所公开的内容，凡是不脱离本发明构思的等效修改，都落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种细胞或组织恒温灌流实验台，包括设置在台架(1)上的载物台(3)和载物台恒温加热器(4)、以及为载物台恒温加热器(4)提供热源的恒温水浴箱(2)，其特征在于：所述台架(1)上还设置有灌流液恒温加热器(5)，所述灌流液恒温加热器(5)中设置有灌流液输送管(7)，所述灌流液输送管(7)的出液端伸入至载物台(3)中，所述载物台(3)设置在载物台恒温加热器(4)内，所述恒温水浴箱(2)、灌流液恒温加热器(5)和载物台恒温加热器(4)三者之间通过连接导管形成恒温水循环回路。

2.根据权利要求1所述的细胞或组织恒温灌流实验台，其特征在于：所述灌流液恒温加热器(5)固定在第一支撑板(11)上，所述第一支撑板(11)通过铰接组件(6)与载物台恒温加热器(4)活动连接，所述载物台恒温加热器(4)直接或通过第二支撑板(12)固定在台架(1)上。

3.根据权利要求2所述的细胞或组织恒温灌流实验台，其特征在于：所述第一支撑板(11)上设置有灌流液抽吸管(10)，所述灌流液抽吸管(10)的吸液端伸入至载物台(3)中。

4.根据权利要求3所述的细胞或组织恒温灌流实验台，其特征在于：所述灌流液输送管(7)的出液端连接有伸入至载物台(3)中的第一细金属折弯管(7.1)，所述第一细金属折弯管(7.1)通过第一夹持器(7.2)固定在第一支撑板(11)上；所述灌流液抽吸管(10)的吸液端连接有伸入至载物台(3)中的第二细金属折弯管(10.1)，所述第二细金属折弯管(10.1)通过第二夹持器(10.2)固定在第一支撑板(11)上，所述第二细金属折弯管(10.1)的吸液端为扁平斜剖口形，且与灌流液液面平行。

5.根据权利要求2或3或4所述的细胞或组织恒温灌流实验台，其特征在于：所述第一支撑板(11)上设置有调整其与台架(1)或第二支撑板(12)之间位置关系的间距调节组件(9)。

6.根据权利要求2或3或4所述的细胞或组织恒温灌流实验台，其特征在于：所述第一支撑板(11)上还通过第三夹持器(8.1)固定有地线(8)，所述地线(8)的一端伸入至载物台(3)内与灌流液接触，所述地线(8)的另一端接地。

7.根据权利要求1至4中任意一项所述的细胞或组织恒温灌流实验台，其特征在于：所述载物台(3)包括承载台(3.1)和定位台(3.2)，所述承载台(3.1)的中央设置有显微镜成像孔(3.1.1)，所述显微镜成像孔(3.1.1)的上方外围设置有盖玻片镶嵌槽(3.1.2)，所述盖玻片镶嵌槽(3.1.2)中嵌置有可更换的光学盖玻片(3.1.4)，所述盖玻片镶嵌槽(3.1.2)的上方外围设置有定位台镶嵌槽(3.1.3)；所述定位台(3.2)嵌置并固定在定位台镶嵌槽(3.1.3)中，所述定位台(3.2)的中央设置有与显微镜成像孔(3.1.1)相对应的灌流液导入槽(3.2.1)，所述定位台(3.2)的底面设置有与盖玻片镶嵌槽(3.1.2)相配合的压紧凸台(3.2.4)，所述压紧凸台(3.2.4)上开设有密封圈凹槽(3.2.2)，所述密封圈凹槽(3.2.2)中嵌置有环形密封圈(3.2.3)，所述环形密封圈(3.2.3)与光学盖玻片(3.1.4)压迫接触配合。

8.根据权利要求7所述的细胞或组织恒温灌流实验台，其特征在于：所述载物台恒温加热器(4)包括中央镂空的热介质腔体(4.1)，所述热介质腔体(4.1)上设置有热介质输入接口(4.2)和热介质输出接口(4.3)，所述热介质腔体(4.1)内侧周边设置有载物台镶嵌槽(4.4)，所述载物台(3)的承载台(3.1)嵌置在载物台镶嵌槽(4.4)中。

9.根据权利要求1至4中任意一项所述的细胞或组织恒温灌流实验台，其特征在于：所述灌流液恒温加热器(5)包括连为一体的上层盖板(5.1)、中层热源腔(5.2)和下层盖板(5.3)；所述上层盖板(5.1)的内侧设置有至少一道用于嵌置灌流液输送管(7)的上层凹槽(5.1.1)，所述下层盖板(5.3)的内侧也设置有至少一道用于嵌置灌流液输送管(7)的下层凹槽(5.3.1)；所述中层热源腔(5.2)上设置有热源输入接口(5.2.1)和热源输出接口(5.2.2)。

10.根据权利要求9所述的细胞或组织恒温灌流实验台，其特征在于：所述上层凹槽(5.1.1)和下层凹槽(5.3.1)均呈S形曲线布置；所述上层凹槽(5.1.1)和下层凹槽(5.3.1)各并列设置有二至四道。

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