CN103525702A - 直流电场下细胞生物学行为观测装置 - Google Patents

直流电场下细胞生物学行为观测装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种直流电场下细胞生物学行为观测装置，用于观测细胞在直流电场下的生物学行为，具有：电场产生部，细胞承载部，电流监测部，换液部，成像记录部，控制部，以及复数个盖板，用于调节细胞上方培养基的高度。其中，细胞承载部中设有观察区和两个相对应的阶梯结构。基底槽中间区域设有观察区和两个相同的阶梯结构，两个相对应的阶梯结构被设置在观察区的两侧，阶数为m，在两个阶梯结构的同一级阶梯之间的距离分别为l1、l2……lm。盖板的数量为n，宽度分别为w1、w2……wn，对于第i（1≤i＜n）块盖板，li≤wi≤li+1。本发明能够更加快捷的改变细胞上面培养基的高度，方便的在实验的同时调节这一高度。

Description

直流电场下细胞生物学行为观测装置
技术领域
本发明涉及细胞生物学领域，尤其涉及细胞的生物学行为的观测领域。
背景技术
直流电场对组织形成、炎症反应以及神经损伤修复等均具有影响。因此在体外对细胞进行直流电场下的行为学观测就成为一种必要的研究手段。
在直流电场中研究细胞的行为时，需要制作一种特殊的培养皿，传统的制造方法是先制作一个方形的玻璃井；再在细胞培养皿底部并排粘上两块盖玻片，两块盖玻片之间留出一定距离形成通道，用3140硅胶在培养皿底部并排粘上两块盖玻片，两块盖玻片之间留出一定距离形成通道，用3140硅胶在培养皿底部沿两块盖眰版的上缘和下缘（通道部分截断）分别筑二道隔离堤，使电流仅从通道通过；然后将玻璃井置于通道中，井内加入细胞悬液，待细胞在通道底部生长后移除玻璃井，在通道顶部、于两块盖玻片之间粘上盖玻片，形成电流通过空间；瑞在培养皿中加入培养基；最后盖上培养皿盖，接上琼脂胶盐桥、银-氯化银电极及电源，置显微镜下进行观察。现有技术中存在的问题是对于同一种细胞来说需要在多种电流密度的条件下进行实验，只能换一个不同高度的隔离堤，从而增加或减小通道的高度来达到不同的电流密度，但是如果将培养好的细胞从一个培养皿移至另一培养皿中，需要首先将细胞从贴壁的状态消化下来，再移到另一个培养皿中，在这个过程中，不仅细胞的形态发生了变化，需要重新贴壁，并且消化的过程本身也对细胞有损伤，实验条件达不到统一的目的。从前技术中解决这一问题的办法是将细胞培养在盖玻片上进行观察，移动时将盖玻片和上面的细胞一起移动到新的培养皿中，但是将细胞取出的过程不仅容易造成细菌污染，并且由于细胞从培养液的环境中进入到空气环境中，空气对细胞也会有一些刺激的作用，因此对细胞的影响很大。另外，由于细胞常常需要在共聚焦显微镜下面观察，但是将细胞种在单独的盖玻片上会使得共聚焦显微镜的镜头与细胞之间的距离过大，还会使得共聚焦显微镜的镜头与细胞之间的阻隔物过多，造成成像不清。
发明内容
本发明是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种可以调节观察室高度的直流电场下细胞生物学行为观测装置。为了达到以上目的，本发明采用了以下结构：
<结构一>
本发明提供一种直流电场下细胞生物学行为观测装置，用于观测细胞在直流电场下的生物学行为，其特征在于，具有：电场产生部，用于产生直流电场；细胞承载部，用于承载被观察的细胞及其培养基；电流监测部，用于监测通过培养基的电流；换液部，用于移出培养基，并输入新鲜的细胞培养基；成像记录部，用于将细胞行为成像并将图像记录；控制部，用于控制电场产生部、细胞承载部、电流监测部、换液部以及成像记录部，以及复数个盖板，用于调节细胞上方培养基的高度。
其中，细胞承载部中设有观察区和两个相对应的阶梯结构。基底槽中间区域设有观察区和两个相同的阶梯结构，两个相对应的阶梯结构被设置在观察区的两侧，阶数为m，在两个阶梯结构的同一级阶梯之间的距离分别为l1、l2……lm。盖板的数量为n，宽度分别为w1、w2……wn，对于第i（1≤i＜n）块盖板，li≤wi≤li+1。顶盖覆盖于细胞承载部的上方，顶盖上设置有复数个孔，用作细胞承载部与电场产生部、电流监测部和换液部相连接的通道。
另外，本发明的直流电场下细胞生物学行为观测装置，还可以具有这样的特征：其中，阶梯结构的最低阶距离观察区的高度为200微米，最高阶距离观察区高度为400微米。
<结构二>
本发明提供一种直流电场下细胞生物学行为观测装置，用于观测细胞在直流电场下的生物学行为，其特征在于，具有：电场产生部，用于产生直流电场；细胞承载部，用于承载被观察的细胞及其培养基；电流监测部，用于监测通过培养基的电流；换液部，用于移出培养基，并输入新鲜的细胞培养基；成像记录装置，用于将细胞行为成像并将图像记录；以及控制部，用于控制电场产生部、细胞承载部、pH监测部、电流监测部、换液部以及成像记录部。其中，细胞承载装置具有基底槽、间隔器件、牵引组件以及顶盖，基底槽的中间区域设有观察区，间隔器件位于观察区的上方，并且与牵引组件相连接，牵引组件带动间隔器件在垂直于基底槽的方向上做活塞运动。顶盖上设置有复数个孔，用作细胞承载部与电场产生部、电流监测部和换液部相连接的通道。
另外，本发明的直流电场下细胞生物学行为观测装置，还可以具有这样的特征：其中，间隔器件靠近观察区的面与观察区的距离在200～400微米。
另外，本发明的直流电场下细胞生物学行为观测装置，还可以具有这样的特征：还具有定位框，用于定位细胞，限定细胞在观察区贴壁。
另外，本发明的直流电场下细胞生物学行为观测装置，还可以具有这样的特征：其中，电场产生部包括电源、电极、电极交换瓶以及盐桥。
另外，本发明的直流电场下细胞生物学行为观测装置，还可以具有这样的特征：还具有pH值监测部，并且pH值监测部与电流监测部与培养基接触的部分为非金属材料。
另外，本发明的直流电场下细胞生物学行为观测装置，还可以具有这样的特征：其中，换液部具有培养基容器、输入管、输入泵、排出管、排出泵以及废液容器。
另外，本发明的直流电场下细胞生物学行为观测装置，还可以具有这样的特征：其中，成像记录部为倒置激光共聚焦显微镜。
发明的作用与效果
根据本发明的采用了阶梯结构与复数个盖板结构，并进一步提出了可升降的间隔器件的技术方案，最下层的盖板或者间隔器件底面与观察区之间形成观察室。本发明实现了对观察室高度的调节，从而根据实际情况使观察室内培养基的电热效应和散热达到平衡，同时还可以观测不同电流密度对细胞的生物学行为的影响。
同时，本发明采用控制部实时监控培养基的pH值和通过观察室的电流，并依此对换液部和电场产生部进行调控，使整个装置在稳定的条件下运行，提高了实验的稳定性。
附图说明
图1是本发明提供的细胞生物学行为观测装置组成的框图；
图2是本发明实施例1中基底槽俯视图；
图3是本发明实施例1中基底槽侧视图；
图4是本发明实施例1中细胞承载部正视图；
图5是本发明实施例1中顶盖俯视图；
图6是本发明实施例2中基底槽俯视图；
图7是本发明实施例2中基底槽侧视图；
图8是本发明实施例2中细胞承载部正视图；
图9是本发明实施例2中顶盖俯视图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明具体实施方式进行详细说明。
图1是本发明提供的细胞生物学行为观测装置组成的框图。
如图1所示，本发明提供的细胞生物学行为观测装置由以下结构组成：细胞承载部100，细胞在其中贴壁培养并被施以直流电场，从而观测细胞的生物学行为；电场产生部200，由电源、电极、电极交换瓶和盐桥构成，通过盐桥与细胞承载部100相连，在细胞承载部中形成直流电场；换液部300，由培养基瓶、培养基输送管、输入泵、输出泵、废液管和废液瓶组成，通过培养基输送管和废液管与细胞承载部100相连，旧的培养基通过废液管排出到废液瓶，而新的培养基通过培养基输送管输入到细胞承载部100中；电流计400，通过两个非金属电极连接到培养基中，监测培养基中的电流；pH计500，通过非金属探头监测培养基pH值；控制部600，分别与电场产生部200、换液部300、电流计400以及pH计500相连接，接收电流计400以及pH计500的监测结果，并依此控制电场产生部200以及换液部300工作；倒置的激光共聚焦显微镜（LaserConfocalMicroscopy,LCMS）700，用于观测并记录细胞的影像。
细胞承载部100的结构对本发明的技术效果有重大影响，下面结合实施例对其结构进行详细说明。
<实施例1>
图2是本发明实施例1中基底槽俯视图；图3是本发明实施例1中基底槽侧视图；图4是本发明实施例1中细胞承载部正视图；图5是本发明实施例1中顶盖俯视图。
如图2-4所示，细胞承载部由基底槽101、复数个盖板112（本实施例中为4个）以及顶盖103组成。其中基底槽101为矩形，中部设置了画有网格的观察区102，观察区102两侧相对的设置有尺寸相同的阶梯结构111，各有4阶，第一阶距基底槽101底面200微米，第四阶距基底槽101底面400微米。如图3所示，盖板以宽度大小的次序依次相叠于阶梯结构111上，宽度最小的盖板盖在第一阶(最低阶)上，其厚度与第二阶高度相等，宽度与两个阶梯结构111的第二阶之间的距离相等；宽度次小的盖板盖在第二阶上，其厚度与第三阶高度相等，宽度与两个阶梯结构111的第三阶之间的距离相等；宽度次大的盖板盖在第三阶上，其厚度与第四阶（最高阶）高度相等，宽度与两个阶梯结构111的第四阶之间的距离相等；宽度最大的盖板盖在第四阶上，宽度与基底槽101的宽度相等。盖板与观察区之间形成观察室。
如图5所示，顶盖103上设置有复数个孔，包括两个盐桥连接孔105、两个换液孔104、两个电流计孔106以及一个pH计孔107。
当使用本实施例中的装置观测细胞在直流电场下的生物学行为时，先以一个与观察区102外延相等的定位框置于观察区102上，接入细胞悬浮液，37℃培养至细胞贴壁，移去培养基及定位框，盖上所有盖板112，并向基底槽101中加入适量（即高度超过最下层盖板但不会淹没最上层盖板）新鲜的培养基，盖上顶盖103，并置于倒置LCMS载物台，使观察区102对着物镜。将盐桥、培养基输送管、废液管、电流计的电极以及pH计的探头通过相应的孔连入培养基中，运行装置进行观测。在观测的过程中，可以通过移出下面盖板的方法达到调节观察室的高度的目的。实施例的作用与效果
本实施例采用了在观察区两侧设置阶梯结构，在阶梯结构上覆盖多个盖板的技术方案，使观察室的高度可调节，可以根据各实际参数，使观测达到最佳效果。
<实施例2>
图6是本发明实施例2中基底槽俯视图；图7是本发明实施例2中基底槽侧视图；图8是本发明实施例2中细胞承载部正视图；图9是本发明实施例2中顶盖俯视图。
如图6至8所示，本实施例中，细胞承载部由基底槽101、间隔器件121、牵引组件122以及顶盖108组成。基底槽101为矩形，其中部设置了画有网格线的观察区102。观察区102与设置在其上方的间隔器件121之间，形成观察室。间隔器件121是一个矩形柱，其宽度与基底槽101的宽度相等。间隔器件121与牵引组件122相连，牵引组件122带动间隔器件121做垂直于基底槽101底面的运动。另外，还设置有支架123，用于支撑牵引组件122。
如图9所示，实施例2中，顶盖108上除了与实施例1中顶盖103相同的孔之外（图中未标记具体编号）还设置有供间隔器件121通过的，与其大小形状相符合的孔，即间隔器件通道124。
当使用本实施例中的装置观测细胞在直流电场下的生物学行为时，先以一个与观察区102外延相等的定位框置于观察区102上，接入细胞悬浮液，37℃培养至细胞贴壁，并向基底槽101中加入适量新鲜的培养基，盖上顶盖103，从间隔器件通道124中放入间隔器件121（适量新鲜的培养基即保证放入间隔器件121后，培养基高度超过其底面但不会溢出），并置于倒置LCMS载物台，使观察区102对着物镜。将盐桥、培养基输送管、废液管、电流计的电极以及pH计的探头通过相应的孔连入培养基中，运行装置进行观测。在观测的过程中，可以通过牵引组件122带动间隔器件121移动的方法达到调节观察室的高度的目的。
实施例的作用与效果
本实施例采用了设置间隔器件以及与之相连的牵引组件的技术方案，通过牵引组件带动间隔器件移动的方法达到调节观察室的高度的目的，可以根据各实际参数，使观测达到最佳效果。同时，使观察室的高度可以在一定范围内连续的变化。
以上只是本发明的两个实施例而已，并非用来限定本发明的实施范围，即凡依本发明申请专利范围的内容所作的等效变化与修饰，都应为本发明的技术范畴。

Claims (9)

1.一种直流电场下细胞生物学行为观测装置，用于观测细胞在直流电场下的生物学行为，其特征在于，具有： 
电场产生部，用于产生直流电场； 
细胞承载部，用于承载被观察的细胞及其培养基； 
电流监测部，用于监测通过所述培养基的电流； 
换液部，用于移出所述培养基，并输入新鲜的细胞培养基； 
成像记录部，用于将细胞行为成像并将图像记录； 
控制部，用于控制所述电场产生部、所述细胞承载部、所述电流监测部、所述换液部以及所述成像记录部，以及 
复数个盖板，用于调节所述细胞上方培养基的高度， 
其中，所述细胞承载部中设有观察区和两个相对应的阶梯结构， 
所述基底槽中间区域设有观察区和两个相同的阶梯结构，所述两个相对应的阶梯结构被设置在所述观察区的两侧，阶数为m，在两个所述阶梯结构的同一级阶梯之间的距离分别为l1、l2……lm， 
所述盖板的数量为n，宽度分别为w1、w2……wn，对于第i（1≤i＜n）块盖板，li≤wi≤li+1, 
所述顶盖覆盖于所述细胞承载部的上方，所述顶盖上设置有复数个孔，用作所述细胞承载部与所述电场产生部、所述电流监测部和所述换液部相连接的通道。 
2.根据权利要求1所述的直流电场下细胞生物学行为观测装置，其特征在于： 
其中，所述阶梯结构的最低阶距离所述观察区的高度为200微米， 最高阶距离所述观察区高度为400微米。 
3.一种直流电场下细胞生物学行为观测装置，用于观测细胞在直流电场下的生物学行为，其特征在于，具有： 
电场产生部，用于产生直流电场； 
细胞承载部，用于承载被观察的细胞及其培养基； 
电流监测部，用于监测通过所述培养基的电流； 
换液部，用于移出所述培养基，并输入新鲜的细胞培养基； 
成像记录装置，用于将细胞行为成像并将图像记录；以及 
控制部，用于控制所述电场产生部、所述细胞承载部、所述pH监测部、所述电流监测部、所述换液部以及所述成像记录部， 
其中，所述细胞承载装置具有基底槽、间隔器件、牵引组件以及顶盖， 
所述基底槽的中间区域设有观察区， 
所述间隔器件位于所述观察区的上方，并且与所述牵引组件相连接，所述牵引组件带动所述间隔器件在垂直于基底槽的方向上做活塞运动， 
所述顶盖上设置有复数个孔，用作所述细胞承载部与所述电场产生部、所述电流监测部和所述换液部相连接的通道。 
4.根据权利要求3所述的直流电场下细胞生物学行为观测装置，其特征在于： 
其中，所述间隔器件靠近所述观察区的面与所述观察区的距离在200～400微米。 
5.根据权利要求1或3所述的直流电场下细胞生物学行为观测装置，其特征在于，还具有： 
定位框，用于定位细胞，限定细胞在所述观察区贴壁。 
6.根据权利要求1或3所述的直流电场下细胞生物学行为观测装置，其特征在于： 
其中，所述电场产生部包括电源、电极、电极交换瓶以及盐桥。 
7.根据权利要求1或3所述的直流电场下细胞生物学行为观测装置，其特征在于，还具有，pH值监测部，并且所述pH值监测部与所述电流监测部与所述培养基接触的部分为非金属材料。 
8.根据权利要求1或3所述的直流电场下细胞生物学行为观测装置，其特征在于： 
其中，所述换液部具有培养基容器、输入管、输入泵、排出管、排出泵以及废液容器。 
9.根据权利要求1或3所述的直流电场下细胞生物学行为观测装置，其特征在于： 
其中，成像记录部为倒置激光共聚焦显微镜。 
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