CN108138112A - 用于在动态力的作用下检查细胞培养物的测试设置 - Google Patents

用于在动态力的作用下检查细胞培养物的测试设置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于在动态力的作用下检查细胞培养物（12）的测试设置（1），其具有三维设计的支撑结构（4），该支撑结构被设计为使得细胞培养物（12）被嵌在支撑结构（4）中。通过应用力，使支撑结构（4）变形，其中力应用装置具有第一致动器（5），所述第一致动器在距被嵌在支撑结构（4）中的细胞培养物（12）一距离处作用在支撑结构（4）上。力应用装置具有第二致动器（6）和第三致动器（7），每个致动器均在距被嵌在支撑结构（4）中的细胞培养物（12）一距离处作用在支撑结构（4）上。第三致动器（7）将力施加在支撑结构（4）上，所述力的取向不同于由第一致动器（5）施加的力和由第二致动器（6）施加的力。

Description

用于在动态力的作用下检查细胞培养物的测试设置
达姆施塔特科技大学。
技术领域
本发明涉及一种用于在动态力的作用下检查细胞结构的测试设置，其具有支撑结构以便容纳细胞培养物并具有力应用装置。
背景技术
针对细胞内信息传递和细胞和其环境之间的传递的许多基本构思是在细胞培养物上完成的，所述细胞培养物在活有机体外“体外”繁殖和培养，例如在培养皿中。“体外”产生和检查的细胞培养物通常呈现形成细胞培养物的大量细胞构成的平面、二维设置。能够以简单的方式用光学显微镜或用其他合适的测量装置以细胞培养物的二维设置来检查和研究各个细胞以及整个细胞培养物。
已经表明，基本二维的细胞培养物的行为和检查结果不能够被容易地迁移到活有机体，在活有机体中彼此链接的三维细胞形成自然生物系统或者组织结构。已经知道的是，通过身体自身细胞在适当的支撑结构上的设置以及它们在“体外”的故意增殖和链接，能够生成稳定组织结构，其例如形成作为适于移植的人造结缔组织或上皮组织的替代组织。
进一步的研究已经表明，诸如细胞生长、细胞增殖、细胞迁移和细胞分化的各个方面均是取决于细胞内因素与细胞外因素的复杂过程。例如，除了分子和生物信号和环境条件之外，机械力和电信号也能够影响细胞的发育。
此外，已经表明，二维设置中的各个细胞的细胞行为与在适当支撑结构中生成和培养的三维细胞结构中的相当细胞的细胞行为明显不同。例如，除了其他因素之外，支撑结构的机械刚度对机械传感器技术、细胞粘附和细胞迁移具有影响，并且也影响溶解物质的扩散与蛋白质的结合，使得根据支撑结构，某些细胞在其形态建成和增殖方面受到影响。
为了能够更好地研究各种通常采用的支撑结构和环境条件对细胞培养物的影响，在培养期间的细胞培养物能够经受动态力的作用。例如在US 2014 038 258A中，描述了一种生物反应器，其中在被置于营养溶液中的细胞培养物中，能够施加电激励以及机械力。机械力由活动活塞生成，该活塞作用在薄的可偏转膜上。在薄膜的表面上，细胞生长，其能够通过膜的偏转而被拉伸。
在US 2013 059 324A中，在用于研究大量细胞培养物的微孔板中描述了相似的作用原理，其中，在微孔板的各个腔中，在可偏转、可拉伸的膜的表面上培养细胞。在适应微孔板的冲压板（stamp plate）的情况下，在所有腔中，膜且因此具体二维细胞培养物能够经受这种相同的拉伸。
在DE 101 51 822 A1中，描述了一种装置，其用于细胞的被应用到支撑件的表面的电气和机械刺激，并且支撑件被活动夹具保持在培养室中并且通过由夹具的马达生成的偏转而经受机械加载。由于装置的构造，并且尤其是活动夹具的构造，仅能够从距其大距离处进行细胞的光学研究和观察，且光学图像的放大限于10至20倍。
从实践中获知的装置通常仅使得在平面或二维细胞设置上的力的应用成为可能，该力例如被应用至可偏转、可拉伸膜或者施加在可机械加载的支撑件上。在大多数情况下，仅沿一个方向在平面细胞设置上施加力，使得例如，由于偏转的膜的弹性，其重置到初始位置。为了能够生成期望的力应用，通常要求结构上昂贵的装置，其损害平面细胞设置的同时研究或使其变得不可能。因此，为了检查，细胞结构必须从这样的装置被移除并且被转移到适当的检查设备。
发明内容
被视为本发明的目标的是将测试设置如此构造成在动态的力应用下检查细胞培养物，使得不仅设置在支撑结构的表面上的二维细胞培养物能够经受机械力，能够尽可能精确地控制力的应用，并且也能够在力的应用的期间执行对细胞培养物的研究。
这个目标根据本发明被实现，其中支撑结构被构造成三维的并且被构造成使得细胞培养物被嵌入支撑结构中，其中通过力的应用，能够使支撑结构变形，并且力应用装置具有第一致动器，该第一致动器在距支撑结构一距离处作用在被嵌在支撑结构中的细胞培养物上。支撑结构能够例如由合适的弹性体制成，并且借助于聚合或在三维压缩过程的辅助下被构造成三维托架结构。细胞培养物被嵌在支撑结构中使得通过支撑结构的受迫变形，力应用被施加在被嵌入支撑结构中的细胞培养物上。
在有利的方式中，可变形的弹性或者含纤维结构能够由诸如硅或者胶乳的合适的聚合物制成，或者由胶原或明胶构成，或者具有与附加支撑材料结合的这些材料。也可能的是诸如心肌组织的天然组织或者人造生物组织材料能够被用作支撑结构。在下文中描述了其他合适的支撑结构。能够通过适当的方法处理支撑结构，所述方法诸如共聚合、等离子体处理、蚀刻工艺或辐射，以及在化学或生物物质的辅助下，以促进细胞培养物的细胞在支撑结构上的粘附。
力应用装置利用处于距被嵌入支撑结构中的细胞培养物一距离处的第一致动器作用在支撑结构上。因此以模拟原生细胞组织和细胞环境中的关系的方式和方法应用力，并且从而使实际和重要的检查结果成为可能。
位于距细胞培养物一距离处的致动器使得细胞培养物的机械加载和同时允许被机械加载的细胞培养物的检查成为可能，例如用高分辨率光学显微镜或荧光显微镜。通过支撑结构的适当构造，能够实现的是，在使用致动器的情况下，使支撑结构在大空间区域上变形，使得能够预设距细胞培养物的对应的大的致动器距离。由于致动器位于距细胞培养物大的距离处，能够使诸如光学显微镜的分析装置非常接近支撑结构，并且随之，非常接近待检查的细胞培养物，使得例如可能使用具有大于1.4的数值孔径的具有100x放大倍数的显微镜透镜。
根据本发明构思的有利构造，做出以下准备：力应用装置具有第二致动器，其在距被嵌入支撑结构中的细胞培养物一距离处作用在支撑结构上，并且第一致动器和第二致动器在支撑结构上施加彼此不同的定向力。例如，第一致动器和第二致动器能够彼此垂直地对齐，或者生成彼此垂直地定向的力应用。在这种情况下，用第一致动器和第二致动器，通过具体力应用的适当叠加，能够在由第一致动器和第二致动器预设的力应用平面中产生任何力生成方向，并将其强加在细胞培养物上。
第一致动器和第二致动器能够以不同方式和方法且彼此独立地被操作。例如，通过第一致动器，循环压缩能够以可预设频率被施加在支撑结构上且因此被施加在细胞培养物上，同时用第二致动器，恒定压力加载，或者以明显更大的时间间隔改变的循环压缩能够被施加在支撑结构上或施加在细胞培养物上。第一致动器和第二致动器的力施加的方向也能够相对于彼此具有在0°和180°之间的角度。
特别优选地准备在于，力应用装置具有第三致动器，其同样地在距被嵌入支撑结构中的细胞培养物一距离处作用在支撑结构上，并且第三致动器在支撑结构上施加偏离第一致动器和第二致动器的力应用的力应用。通过三个致动器的适当的设置和方向，实际上能够生成作用在支撑结构上的任何方向的力。另外，作用在细胞结构上的总的合力能够在这三个致动器的辅助下沿所有空间方向被精确地预设并且被可靠地施加。通过使用沿不同方向冲击在支撑结构上的三个致动器，严密近似真实生命的细胞结构上的复杂加载能够被模拟并且用时间上重合的或随后执行的检查被评估。
为了能够施加能够被尽可能精确地预设的力应用以及能够尽可能良好地被控制和重现的环境条件，做出以下准备：试验装置具有保持支架以容纳支撑结构，并且致动器中的至少一个被附接在保持支架上，使得致动器能够施加使被容纳在保持支架上的支撑结构上的支撑结构变形的力。
根据本发明构思的有利实施例，做出以下准备：固定在保持支架上的致动器与支撑结构的第一侧有效连接，并且在与第一侧相对的第二侧上的支撑结构被固定到保持支架上的附接装置，使得经由致动器，张力或压缩力能够被传递到支撑结构。例如，支撑结构能够通过夹持在保持支架上的附接装置中而被固定。也可能的是用附接装置的粘附表面上的适当胶粘剂或粘合剂固定支撑结构。也能够构想到，且对于某些应用的情况和支撑结构而言有利的是支撑结构在附接装置上的形状锁定固定。
用能够以线性方式调整的致动器，能够精确预设的张力或压缩力能够以简单方式被传递到支撑结构。沿预设方向，能够在交易中以合理成本获得多种版本的大体具有一维调整能力，并具有足够长的调整路径和足够有力的致动驱动的致动器。
也可能的是在支撑结构的第二侧上的附接装置具有附加反向致动器，其被固定到保持支架并且同样地能够在支撑结构上施加力。类似于位于支撑结构的第一侧上且作用在支撑结构上的第一致动器，附加反向致动器能够在支撑结构上施加基本线性的力，该基本线性的力或者沿与第一致动器的力应用相对的方向，或者与所述力应用平衡（gleichgerichtet）。在沿相对方向的同时力应用的情况下，带来支撑结构的增强的压缩或拉伸。
在平衡的力应用的情况下，由两个致动器（第一致动器和指定的反向致动器）使支撑结构移位和加速，使得被嵌入支撑结构中的细胞培养物经受由支撑结构的移位生成的所有加速力。如第一致动器那样，第二致动器和第三致动器中的每一者也能够与位于相对侧上的附接装置结合。附接装置中的每一者也能够具有附加的反向致动器。为了使得细胞培养物的机械加载的尽可能全面的控制和尽可能精确的预设成为可能，沿支撑结构的每两个相对侧上的所有三个空间方向，致动器和反向致动器能够被定位成使得在这些致动器距细胞培养物一距离的情况下，能够生成使支撑结构变形的力应用。而且，使用少于六个致动器或者多于六个致动器对于用三维力应用（尽可能真实地模拟）的细胞培养物的检查而言能够是合适的。
为了同时能够应用机械加载和进行细胞培养物的光学检查，做出以下准备：保持支架被构造成框架支架，并且至少在两个相对支架侧上，存在光学透明开口，通过该开口能够照亮和观察支撑结构。保持支架例如能够被构造成网笼，并且使得从所有侧面实际上无阻碍地观察支撑结构和嵌在其中的细胞培养物成为可能。同样可能的是保持支架由形成桁架的彼此连接的多个杆构成。关于支撑结构的可能期望的屏蔽，能够有利的是保持支架具有实际上在所有侧面均闭合的外壳的情况，该外壳围绕测量和检查室，在所述室内支撑结构能够经受机械加载并且能够在支撑结构上执行检查。
保持支架也能够具有液体密封的样品室以容纳具有细胞培养物的支撑结构。致动器能够位于样品室的内部空间中并且被附接在样品室的室壁上或在为此提供的保持结构上。同样能够构想到的是，致动器位于样品室外侧并且经由处于样品室中的被密封开口与支撑结构有效连接。为了促进细胞培养物的高分辨率光学成像和检查，显微镜透镜能够位于样品室上或样品室中，其与光学成像装置或者分析装置连接或者能够与光学成像装置或者分析装置连接。
在有利方式中，做出以下准备：第一致动器且如果必要时附加致动器和/或反向致动器被支撑以便在框架支架上移动。被支撑以便移动的致动器且如果必要时反向致动器能够关于其在支撑结构上的具体定位适应于不同尺寸。另外，由致动器且如果必要时反向致动器所保持的支撑结构能够以力锁定或形状锁定方式通过致动器且如果必要时反向致动器的移动而移动，以例如从营养溶液中的细胞培养位置自动运动到分析位置，或者运动到分析装置内。
根据本发明的特别有利的实施例，做出以下准备：支撑结构具有至少一个凹部，第一致动器能够接合到该凹部内，以通过力应用引起支撑结构的变形。通过凹部在支撑结构中的形成，致动器能够例如具有杆形或矛形致动器部段，所述杆形或矛形致动器部段的整个线性移位能够被插入凹部内并且如果必要时也能够从凹部被移除。经由凹部，能够以简单方式实现支撑结构与致动器的形状锁定连接，并且贯穿整个力应用的持续时间维持该连接。
以适当的方式，做出以下准备：支撑结构具有至少两个凹部，其被设置成彼此分开成一角度，使得第一致动器和第二致动器能够在细胞培养物的相对侧上接合在指定凹部中，以接合支撑结构并且从背景中脱出。通过将凹部设置成彼此不平行而是彼此成一角度，能够使具有杆形致动器部段或具有适于凹部的构造的接合元件的第一致动器和第二致动器接合，使得支撑结构也能够仅与两个致动器接合，并且能够从背景脱出，以实现多种不同的力接合。此外，支撑结构也能够与力应用装置接合并且被移动，例如以从存储部或供给装置自动运动到培养装置内或分析装置内，或者运动到测试设置内。
为了能够简单地且廉价地生成凹部，做出以下准备：至少一个凹部如支撑结构中的凹穴一样被构造。
用本发明专用的测试设置，使用力应用装置，在细胞的培养期间以及在细胞的检查或分析期间，能够生成沿任意方向作用在支撑结构上且因而作用在被嵌在其中的细胞上的力。关于大量细胞和细胞培养物的高效分析，因此提供本发明构思的有利实施例，其中保持支架具有多个力应用装置，每个均具有至少一个第一致动器和多个支撑结构，其中用多个第一致动器，使至少一个指定支撑结构变形的力应用被施加在所讨论的支撑结构上。通过第一致动器和第二致动器以及如果必要时第三致动器，和被指定于支撑结构的与这些致动器中的每个相对地定位的附加致动器的设置，能够同时向每个支撑结构应用力，并且如果必要时彼此独立地从所有方向应用力，并且因此由力生成所讨论的支撑结构的复杂变形。以此方式，大量支撑结构能够被同时培养和分析，并且在该处理时段期间，经受任何力。
为了使得微孔板的使用成为可能，做出以下准备：保持支架具有连接装置以便与微孔板连接，使得保持支架能够与微孔板连接，使得每个支撑结构被设置在微孔板的指定腔中并且能够由指定于所讨论的支撑结构的第一致动器使其变形。连接装置也能够具有接收装置，例如格子或者抽屉，以便容纳微孔板。
根据本发明构思的一种实施例，做出以下准备：致动器中的至少一个是压电致动器。根据实践，具有压电陶瓷的压电致动器是已知的，通过该压电致动器，能够在大约20毫秒的短响应时间和小于50瓦特的低操作电压的情况下实现高达2毫米的偏转。这样的压电致动器能够在长的时间间隔上设有控制和偏转（ausgelenkt），使得在长时段上，它们能够在支撑结构上施加能够更加精确地产生的力应用。
也能够构想到的是，致动器中的至少一个具有形状记忆材料。在形状记忆合金或者形状记忆聚合物的辅助下，致动器阀的机械偏转能够例如被电气地或热地激发。也能够构想到的是，致动器中的至少一个是能够以电热方式操作的聚合物致动器。
为了能够使用致动器来记录低结构上的力和机械加载，做出以下准备：至少一个传感器装置被设置在致动器中和/或支撑结构中，以检测作用在支撑结构上的力。传感器装置能够例如具有位置传感器或者路径传感器并且检测支撑结构的相对或绝对移位或变形，使得经由参考测量和比较值，能够确定作用在支撑结构上的力。也可能的是将小型压力或力测量传感器设置在支撑结构上或支撑结构中。
根据实践，弹性体也是已知的，其中能够光学地检测弹性体的压缩或拉伸。
也可能的是将至少一个致动器设置和固定在支撑结构上距细胞培养物一距离处，使得致动器的启用引起支撑结构的变形。电活性聚合物是已知的，其中通过变化的电流或变化的电荷的应用，能够改变电活性聚合物的形状。被计入这些当中的是诸如导电聚合物、离子金属-聚合物复合物，或离子凝胶的离子电活性聚合物及诸如电致伸缩聚合物和铁电聚合物的电子电活性聚合物以及介电弹性体致动器两者。用这样的电活性聚合物，例如能够生成扁平致动器条带，其能够被设置在支撑结构上距细胞培养物一距离处并且能够被平坦地连接。通过应用适当的交流电流，致动器条带能够交替地膨胀和收缩，这被立即传递至与其连接的支撑结构并且迫使支撑结构的对应拉伸或收缩。致动器条带被排他地与支撑结构连接，而不需要保持支架来固定致动器条带。电活性聚合物也能够具有偏离条带的、适于支撑结构的期望变形的形状。
以有利的方式，做出以下准备：多个致动器围绕细胞培养物以在支撑结构的一个表面上形成框架。通过这种方法，在致动器的适当操作下，纵向收缩和横向收缩能够在围绕细胞培养物的区域中被引入支撑结构内，其能够通过支撑结构被传递至细胞培养物。由于框架状设置，能够在支撑结构的由框架状设置围绕的区域上施加均匀且可控的变形。
致动器例如能够通过适当的压缩过程被压缩到支撑结构上。也可能的是将致动器以力锁定或形状锁定方式连接或粘合剂粘接到支撑结构上。在具有三维结构化表面的支撑结构的情况下，也能够实现致动器与支撑结构的形状锁定连接。支撑结构也能够具有条带形凹部，例如指定的致动器被嵌在该条带形凹部内。
连同电活性聚合物，许多其他致动器或者活性机构也是公知的，其同样地适于或者与和保持支架结合的支撑结构连接，或者排他地与支撑结构连接，并且当操作时，实现支撑结构的变形。因此，能够使用例如机电、电化学、磁致伸缩、液压或气动、双金属或电磁致动器，诸如音圈致动器。
以有利的方式，做出以下准备：支撑结构具有纤维。纤维能够在大区域上沿纤维方向传递张力，并且具有彼此当中纤维的适当的连接效果，远超一根纤维的长度。能够通过从外侧作用的力以简单方式使具有纤维的支撑结构极大地变形。在各个纤维之间，细胞培养物能够被嵌入支撑结构中。
用于支撑结构的材料能够被构造成多孔的，并且促进营养溶液和溶解的化学或生物物质被简单地引入细胞培养物。材料能够对于光学检查而言足够透明，使得被嵌在支撑结构中的细胞培养物的显微镜检查以几乎无阻碍的方式是可能的。能够在正规商业中且廉价地获得具有各种性质的大量不同材料。
根据本发明构思的特别有利的实施例，做出以下准备：生物相容的水凝胶被嵌入支撑结构内以容纳细胞培养物。
水凝胶能够在支撑结构中形成基质，细胞培养物被嵌在所述基质中。合适的水凝胶能够例如是胶原、明胶或者聚乙二醇。水凝胶也能够具有层粘连蛋白、纤维连接蛋白或透明质酸，或者基本由其构成。水凝胶能够将由致动器使其变形的支撑结构的力传递至细胞培养物。通过水凝胶，能够为细胞培养物的培养预设有利的环境条件。
附图说明
在下文中，更详细地解释了在附图中所示的本发明构思的实施例。附图中示出：
图1：具有立方体支撑结构的测试设置的示意性透视图，该支撑结构用致动器固定在围绕支撑结构的保持支架中。
图2：沿图1中的水平面II-II的图1中的测试设置的示意性截面视图。
图3：替代地构造的测试设置的示意性截面视图，其中保持支架被设置在微孔板上，多个支撑结构被设置在其中并且能够由多个力应用装置使其变形。
图4：图3中所示的测试设置的俯视图。
图5：支撑结构的示意性截面视图，其由具有第一致动器、第二致动器和第三致动器的力应用装置保持。
图6：图5中所示的支撑结构的示意性侧视图，其具有指定的力应用装置。
图7：扁平立方体支撑结构的示意视图，四个致动器以框架方式被设置在其上。
图8：图7中所示的测试设置的俯视图。
图9：沿图8中的线IX-IX的示意性截面视图，以及
图10：根据图9的示意性截面视图，其中不同于图9中所示的实施例的致动器被附接到支撑结构。
具体实施方式
图1和图2中示意性地描绘的测试设置1具有保持支架2，该保持支架2由多个杆3构成，所述杆3以直角彼此连接并彼此交叉。在支架2中设置支撑结构4，其由第一致动器5、第二致动器6和第三致动器7以及由三个附加反向致动器8支撑在保持支架2中。第一致动器5、第二致动器6和第三致动器7被设置成彼此成直角，使得经由这三个致动器5、6和7，能够从任何三维方向且沿任意三维方向在支撑结构4上施加力。对于每个致动器5、6和7，指定反向致动器8，其接合在支撑结构4的与关于支撑结构4的致动器5、6和7相对的一侧上，并且能够在支撑结构4上施加或者平衡或者相对地定向的力应用。
致动器5、6和7和反向致动器8在致动器5、6和7以及反向致动器8的具体的第一端部9上被支托在保持支架2的指定杆3上。致动器5、6和7以及反向致动器8被构造成梁形并且每一个均具有调整部段11，其在距第一端部9一距离处开始，并且延伸到与第一端部9相对的第二端部10，通过致动器5、6或7或者反向致动器8的操作，能够使该调整部段11以预设方式偏转或变形。通过操作致动器5和6，力被施加到支撑结构4上，该支撑结构4被连接以用单个致动器5和6在调整部段11的区域中传递力。
每个致动器5、6和7与其指定的反向致动器8形成致动器组合，用所述致动器组合能够主要沿由该致动器组合的设置所预设的空间方向将力施加在支撑结构4上。这三个致动器组合彼此垂直地对齐，并且被设置成使得用这三个致动器组合，能够沿所有三个空间方向在支撑结构4上施加张力和压缩力。由彼此连接的杆3形成的保持支架2呈现对此足够的机械刚度。同时，保持支架2覆盖仅以不显眼的方式设置在其中的支撑结构4，使得能够几乎无妨碍地观察、分析和检查被嵌在支撑结构4中的细胞培养物12。
通过致动器5、6和7以及通过反向致动器8，支撑结构4被支撑在保持框架2中，其中通过致动器5、6和7以及反向致动器8的操作，能够在支撑结构4上施加慎重且可控的力，使得支撑结构4变形。这三个致动器5、6和7以及反向致动器8也能够被支撑成以便能够在保持框架2上运动，以便使得由致动器5、6和7和反向致动器8保持的支撑结构4的移动成为可能。
为了使得致动器5、6和7以及反向致动器8与支撑结构4的形状锁定接合（如果必要时可脱离）成为可能，支撑结构4针对每个致动器5、6和7以及反向致动器8具有指定的凹穴形凹部13。两个杆形或矛形端部10接合在凹穴形凹部13内。通过支撑结构4或者致动器5、6和7及反向致动器8的移动，各个致动器5、6和7以及反向致动器8或者所有这些致动器能够被接合在支撑结构4内或从支撑结构4脱离接合。
通过由致动器5和6引起的支撑结构4的受迫变形，机械力被施加在被嵌在支撑结构4中的细胞培养物12上。支撑结构4由包含纤维的材料构成，细胞培养物12被嵌在该材料中。同样能够构想到的是，在适当的成形过程（诸如选择性激光烧结、熔体分层或三维压缩技术）的辅助下，由适当塑料、由陶瓷或金属产生三维托架结构。在这种情况下，诸如机械刚度、孔隙大小或孔隙率或表面性质的基本性质能够被慎重地呈现并适于试验要求以及待检查的细胞培养物。
在支撑结构4中，除了细胞培养物12之外，也嵌入传感器装置14，通过传感器装置14，能够检测由致动器5和6施加在支撑结构4上的力。
图3和图4是不同地构造的测试设置15的示例。同样地由杆组装成的保持支架2由微孔板16连接，该微孔板16具有彼此分开的六个腔17。对于每个腔17，其中有支撑结构4，测试设置具有指定的力应用装置，该装置具有第一致动器5和第二致动器6，第一致动器5和第二致动器6在支撑结构4的相对侧上彼此成一角度地对齐，并且每个致动器均接合到支撑结构4的凹穴状凹部13内。通过第一致动器5相对于第二致动器6的设置和对齐，支撑结构4能够被定位或固定在空间中。用第一致动器5和第二致动器6，具体支撑结构4能够因此不仅变形，而且也接合并抬升或移位。第二致动器6能够像图1和图2中描绘的版本的反向致动器8一样作用。
用测试设置15，在指定支撑结构4中能够同时培养和分析六个不同的细胞培养物12，其中在任何时刻，用具体指定的力应用装置或用指定的致动器5和6，几乎能够在各个支撑结构4上施加任何力。
为了使得细胞培养物12的特别高分辨率且可靠的检查成为可能，做出以下准备：微孔板16，至少在腔17的区域中，具有光学透明的底部区域18，使得未被更详细地描绘的光学检查装置的透镜19能够定位成非常接近支撑结构4并且在位于其中的细胞培养物12上。以此方式，例如，也能够在力正被施加在细胞培养物12上时以100x的放大倍数取得光学图像。
相当的测试设置能够设有微孔板并且适于与微孔板一起使用，如果必要时，其具有远为更多的腔，例如48、96或384个或者更多或更少的腔。
图5和图6是支撑结构4的两个示例性侧视图，其由第一致动器5、第二致动器6和第三致动器7保持。这三个致动器5、6和7形成用于该支撑结构4的力应用装置。通过被定位成彼此不平行，而是相对于彼此成一角度的致动器5和6，支撑结构4能够被接合和定位。上文在图5和图6中描绘的致动器7也能够生成或者放大支撑结构4上的沿在图5和图6中被标注为Z轴线的方向施加的力。这样的力应用装置能够被实现在测试设置15的每个腔17中。尤其地，致动器7能够被支撑以便在保持支架2上移动，如果必要时且例如在由透镜19进行光学检查期间，从支撑结构4的凹穴形凹部13撤出。
图7是测试设置20的又一替代性实施例的示意视图，其具有扁平且立方体形的支撑结构4，其上设置两个第一致动器5和两个第二致动器6。这两个第一致动器5和两个第二致动器6是扁平条带形电活性聚合物层致动器。通过变化的张力，能够迫使致动器5、6的电活性聚合物层膨胀或收缩，这主要引起沿致动器5、6的纵向方向的长度的变化。通过这两个第一致动器5和两个第二致动器6的临时和空间协调的操作，在支撑结构4的由致动器5、6框出的区域21中能够实现可控变形。在该被框出的区域21中，放置细胞培养物12。另外，在被框出区域21中，嵌入传感器装置14，通过该传感器装置14，能够检测由致动器5和6施加在支撑结构4上的力。
例如，致动器5和6能够用粘附促进层22被胶合于支撑结构4上，如图9中示意性描绘的那样。也可能的是，用支撑结构4的三维结构化表面23，致动器5和6能够进入支撑结构4的接近表面的区域24内，并且因此以形状锁定方式固定在支撑结构4的表面23上，如图10中所示。支撑结构4也能够具有条带形凹部，例如，指定致动器5、6被部分地或全部地嵌入该凹部内。也能够构想到的是，致动器5和6由一种材料构成，或者被一种材料覆盖，所述材料具有至支撑结构4的足够的力传递粘附性，使得致动器5、6不需要进入支撑结构4内。

Claims (20)

1.一种用于在应用动态力的情况下检查细胞培养物（12）的测试设置（1、15、20），其具有支撑结构（4）以便容纳所述细胞培养物（12）并具有力应用装置，其特征在于，所述支撑结构（4）被构造成三维的，并且被构造成使得所述细胞培养物（12）被嵌入所述支撑结构（4）内，其中通过力应用，能够实现所述支撑结构（4）的变形，并且所述力应用装置具有第一致动器（5），所述第一致动器（5）在距被嵌在所述支撑结构（4）中的所述细胞培养物（12）一距离处作用在所述支撑结构（4）上。
2.根据权利要求1所述的测试设置（1、15、20），其特征在于，所述力应用装置具有第二致动器（6），其在距被嵌在所述支撑结构（4）中的所述细胞培养物（12）一距离处作用在所述支撑结构（4）上，并且所述第一致动器（5）和所述第二致动器（6）在所述支撑结构（4）上施加方向彼此偏离的力。
3.根据权利要求2所述的测试设置（1），其特征在于，所述力应用装置具有第三致动器（7），其在距被嵌在所述支撑结构（4）中的所述细胞培养物（12）一距离处作用在所述支撑结构（4）上，并且所述第三致动器（7）在所述支撑结构（4）上施加方向偏离所述第一致动器（5）和所述第二致动器（6）所施加的力的方向的力。
4.根据前述权利要求中的一项所述的测试设置（1、15），其特征在于，所述测试设置（1）具有保持支架（2）以容纳所述支撑结构（4）并且所述致动器（5、6、7）中的至少一个被附接到所述保持支架（2），使得所述致动器（5、6、7）能够在被容纳在所述保持支架（2）中的所述支撑结构（4）上施加使所述支撑结构（4）变形的力。
5.根据权利要求4所述的测试设置（1），其特征在于，附接在所述保持支架（2）上的至少一个致动器（5、6、7）与所述支撑结构（4）的第一侧（10）有效连接，并且所述支撑结构（4）在与所述第一侧相对的第二侧上与所述保持支架（2）上的附接装置附接，使得通过所述至少一个致动器（5、6、7），张力或压缩力能够被传递到所述支撑结构（4）。
6.根据权利要求5所述的测试设置（1），其特征在于，在所述支撑结构（4）的所述第二侧上，所述附接装置具有另一反向致动器（8），其被附接到所述保持支架（2）并且能够在所述支撑结构（4）上施加力。
7.根据前述权利要求4-6中的一项所述的测试设置（1、15），其特征在于，所述保持支架（2）被构造成框架支架并且至少在两个相对的支架侧上具有透明开口，通过所述开口能够照亮和观察所述支撑结构（4）。
8.根据前述权利要求中的一项所述的测试设置（1、15），其特征在于，所述第一致动器（5）且如果必要时附加致动器（6、7）和/或反向致动器（8）被支撑以便能够在所述框架支架上移动。
9.根据前述权利要求中的一项所述的测试设置（1、15、20），其特征在于，所述支撑结构（4）具有至少一个凹部（13），所述第一致动器（5）能够接合到所述凹部（13）内，以通过力的应用实现所述支撑结构（4）的变形。
10.根据权利要求9所述的测试设置（1、15），其特征在于，所述支撑结构（4）具有至少两个凹部（13），其被设置成彼此分开成一角度，使得第一致动器（5）和第二致动器（6）中的每一个均能够接合到指定凹部内，以接合所述支撑结构（4）并且能够从背景脱出。
11.根据权利要求9或10所述的测试设置（1、15），其特征在于，所述支撑结构（4）中的所述至少一个凹部（13）被构造成凹穴状。
12.根据前述权利要求中的一项所述的测试设置（20），其特征在于，至少一个致动器（5、6）被设置且固定在所述支撑结构（4）上距所述细胞培养物（12）一距离处，使得通过所述致动器（5、6）的操作，使所述支撑结构（4）变形。
13.根据权利要求12所述的测试设置（20），其特征在于，多个致动器（5、6）以框架方式在所述支撑结构（4）的表面（23）上围绕所述细胞培养物（12）。
14.根据前述权利要求中的一项所述的测试设置（1、15、20），其特征在于，所述支撑结构（4）具有纤维。
15.根据前述权利要求中的一项所述的测试设置（1、15、20），其特征在于，在所述支撑结构（4）中，生物相容水凝胶被嵌入以容纳所述细胞培养物（12），或者所述支撑结构（4）由生物相容水凝胶构成。
16.根据前述权利要求中的一项所述的测试设置（1、15、20），其特征在于，反向致动器（8）和/或所述致动器（5、6、7）中的至少一个是压电致动器、电热或电活性聚合物致动器，或者机电、电化学、磁致伸缩、液压、气动、双金属或电磁致动器。
17.根据前述权利要求中的一项所述的测试设置（1、15、20），其特征在于，反向致动器（8）和/或所述致动器（5、6、7）中的至少一个具有形状记忆材料。
18.根据前述权利要求中的一项所述的测试设置（1、15、20），其特征在于，在至少一个致动器（5、6、7）中和/或在至少一个反向致动器（8）中，和/或在所述支撑结构（4）中，放置至少一个传感器装置（14）以便检测作用在所述支撑结构（4）上的力。
19.根据前述权利要求4-16中的一项所述的测试设置（1、15），其特征在于，所述保持支架（2）具有带有至少一个第一致动器（5）的多个力应用装置以及多个支撑结构（4），其中用多个所述第一致动器（5），力被施加在所讨论的所述支撑结构（4）上，其使至少一个指定支撑结构（4）变形。
20.根据权利要求19所述的测试设置（1），其特征在于，所述保持支架（2）具有连接装置以便与微孔板（16）连接，使得所述保持支架（2）能够与所述微孔板（16）连接，使得每个支撑结构（4）被设置在所述微孔板（6）的指定腔（17）中，并且能够由指定的所述第一致动器（5）使其变形。
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