CN111205980A - 一种单细胞原位实时显微观测的细胞培养装置及其操作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种单细胞原位实时显微观测的细胞培养装置，包括培养箱体、加热装置及温度控制系统、二氧化碳气体供给及浓度控制系统，培养箱体包括盖板、侧板和底板，加热装置及温度控制系统包括温度控制器、加热片、温度传感探头，所述二氧化碳气体控制系统包括二氧化碳气体浓度传感器、二氧化碳气体净化器、空气净化器、二氧化碳气体发生器和二氧化碳控制器；同时，还公开了其操作方法；具有操作方便、灵活性高、成本低、可实现具体单细胞培养过程中的原位显微观测等特点。
Description
技术领域
本发明属于培养箱技术领域，尤其涉及一种单细胞原位实时显微观测的细胞培养装置及其操作方法。
背景技术
细胞生物学是研究细胞生命过程的学科，早期的细胞学是以形态描述为主的，之后细胞学吸收了分子生物学的成就，深入到超微结构的水平，主要研究细胞的生长、代谢和遗传等生物学过程。当前在细胞生物学、生命科学与相关医学研究领域中，细胞学实验是经常涉及到的环节。活细胞是生命体基本结构单位和功能单位，因此对单个活细胞的实时观测具有重要意义。而为了长时间实时观测细胞的活性和迁移增殖等行为，需要依靠与显微镜载物台结构相匹配的细胞培养装置。
然而当前的细胞培养装置在体积和结构上难以实现在细胞培养的同时实时观察的实验要求，国外的一些载物台培养装置能够实现单细胞培养过程的原位观测，但其价格昂贵，内部空间有限或者管路复杂外围设备较多，且难以同时培养和观测多组细胞样本。
因此，发明一种成本低廉、使用方便、灵活性高、可实现具体单细胞原位实时显微观测的细胞载物台培养装置显得非常必要。
发明内容
为了解决上述问题，克服现有技术存在的不足，本发明提供了一种用于细胞离体培养且能够实现具体单细胞原位实时显微观测的显微镜载物台上细胞培养装置，并公开了其操作方法。本发明解决了现有大型细胞培养箱难以实现培养过程中单细胞原位显微观测的问题，同时也能解决目前载物台胞培养装置外围设备占用空间多、操作繁琐、样品与底部镜头距离难以调节以及难以同时培养和观测多组细胞样本的问题。
本发明解决其技术问题是通过以下技术方案实现的：
一种单细胞原位实时显微观测的细胞培养装置，包括培养箱体、温度控制系统、二氧化碳气体控制系统；
所述培养箱体包括盖板、侧板和底板，所述盖板和底板分别垂直于侧板且置于侧板的上下两端，所述侧板上设有若干侧板通孔，所述底板设有矩形沉槽；
所述温度控制系统包括温度控制器、加热片、温度传感探头，所述温度控制器置于侧板的外侧，所述加热片分别置于相对的两侧板的内侧，所述温度传感探头置于培养箱体内与加热片相邻侧板上；
所述二氧化碳气体控制系统包括二氧化碳气体浓度传感器、二氧化碳气体净化器、空气净化器、二氧化碳气体发生器和二氧化碳控制器，所述二氧化碳气体浓度传感器与空气净化器安装于与安装有加热片的侧板垂直的侧板上，所述二氧化碳气体净化器安装于另一块与安装有加热片的侧板垂直的侧板上，所述二氧化碳气体发生器通过二氧化碳进气控制电磁阀连接于二氧化碳气体净化器，二氧化碳气体浓度传感器和二氧化碳进气控制电磁阀均通过控制信号线连接至二氧化碳控制器，由二氧化碳控制器通过程序设计实现二氧化碳气体浓度控制。
进一步的，所述二氧化碳气体发生器与二氧化碳进气控制电磁阀之间还安装有减压阀，所述二氧化碳气体浓度传感器置于侧板的外侧，并通过侧板上对应位置的开孔接触培养箱体内部气体环境。
进一步的，所述培养箱体呈长方体，盖板、侧板和底板均采用全透明亚克力硬质板，所述盖板一端与培养箱体采用合页连接，另一端与培养箱体采用锁紧扣锁紧，所述盖板和侧板之间设有密封垫。
进一步的，所述矩形沉槽位于底板中部，厚度为底板的1/4，矩形沉槽中心开有圆形通孔，所述圆形通孔四周铣有1mm深度的圆环形沉槽。
进一步的，所述加热片采用微型加热片，所述加热片上均安装有铝制散热板。
进一步的，所述圆环形沉槽上还安装有6mm厚度的亚克力材质的圆环，圆环上覆盖有0.15mm厚度的薄玻片。
一种单细胞原位实时显微观测的细胞培养装置的操作方法，包括以下步骤：
步骤S1、将消毒后培养箱体放置在显微镜载物台上，并安装好单细胞原位实时显微观测的细胞培养装置的其他组件，再将所述圆形通孔的中心与下方显微镜的物镜的通光孔对准；
步骤S2、在所述矩形沉槽中放入培养有细胞的细胞培养板，关闭盖板；
步骤S3、完成所述步骤S2后，设置温度控制器的温度，以达到培养箱体内细胞生长需要，设置二氧化碳控制器的浓度，对培养箱体内的二氧化碳浓度进行调节；
步骤S4、完成所述步骤S3后，移动显微镜载物台，调整物镜位置和焦距，直至能在显微镜视野中清晰看见培养中的细胞，遂在细胞培养的过程中对具体单细胞进行原位显微观测。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
1.本发明中，所述的培养箱体采用全透明亚克力材料，有利于实验者在细胞培养观测实验中从培养箱体外各个角度观察细胞的宏观状态；
2.本发明中，所述的底板中心铣有与细胞培养板尺寸相配合的矩形沉槽，有利于在实验中对培养有细胞的细胞培养板进行定位，使其不易移动，有利于对具体单细胞进行原位显微观测；
3.本发明中，所述的盖板与培养箱体之间安装有密封垫和锁紧扣装置，有利于稳定细胞生长环境，使培养箱体内不受污染；
4.通过配置具有不同高度的亚克力亚圆环，可以使得样品与底部镜头距离得到灵活调节，以便于适应不同倍数的物镜。
5.本发明中，所述的底板中心圆形通孔四周的圆环形沉槽上安装有6mm厚度的亚克力材质圆环，圆环上覆盖有0.15mm厚度的透明玻片，有利于缩短细胞与物镜距离，便于使用更高倍数的物镜观测细胞。
6.本发明中，所述的用于细胞离体培养且能够实现具体单细胞原位显微观测的细胞载物台培养装置可实现具体单细胞培养过程中的原位显微观测，同时可实现多组细胞同时培养和观测，具有操作方便、灵活性高、成本低等优势。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图；
图2为本发明的培养箱体结构示意图；
图3为本发明的主要结构局部放大图一；
图4为本发明的主要结构局部放大图二；
图5为本发明的整体主视图；
图6为本发明二氧化碳气体发生器和减压阀的机构示意图。
附图标记说明：附图标记说明：1、培养箱体；11、侧板；12底板；13、盖板；121、矩形沉槽；122、圆环形沉槽；123、圆形通孔；124、圆环；125、薄玻片；21、温度控制器；22、加热片；221、散热片；23、温度传感探头；31、二氧化碳气体浓度传感器；32、二氧化碳进气控制电磁阀；33、二氧化碳气体净化器；34、二氧化碳气体发生器；35、减压阀；4、空气净化器；5、微型复动式气缸；6、柔性绳；7、显微镜光闸开合拨片。
具体实施方式
以下通过具体实施例对本发明作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。
实施例
如图1-6所示，一种单细胞原位实时显微观测的细胞培养装置，是一种用于细胞离体培养且能够实现具体单细胞原位显微观测的细胞载物台培养装置，包括培养箱体1、温度控制系统、二氧化碳气体控制系统。
培养箱体1包括盖板13、侧板11和底板12，培养箱体1由全透明亚克力板粘合而成，盖板13一侧与培养箱体1采用合页连接，可以开合，盖板13另一侧与培养箱体1采用锁紧扣6锁紧；盖板13和侧板11之间安装有密封垫5；侧板11上钻有若干侧板通孔，用于线路和管路输入输出；底板12铣有1/4底板厚度的矩形沉槽121，用于定位放置细胞培养板；矩形沉槽121中心加工有圆形通孔123，用于实现具体单细胞在培养过程中的原位显微观测。
温度控制系统包括温度控制器21、加热片22和温度传感探头23，温度控制器21置于培养箱体1外侧板，加热片22置于培养箱体1内部相对两侧板11上，加热片22上还安装有提高散热能力的铝制散热板8，温度传感探头23置于培养箱体1内与加热片22相邻侧板11上。
二氧化碳气体控制系统包括二氧化碳气体浓度传感器31、二氧化碳气体净化器33、空气净化器4、二氧化碳气体发生器34和二氧化碳控制器7，二氧化碳气体浓度传感器31与空气净化器4安装于与安装有加热片的侧板垂直的侧板11上，二氧化碳气体净化器33安装于另一块与安装有加热片22的侧板垂直的侧板11上，二氧化碳气体发生器34通过二氧化碳进气控制电磁阀32连接于二氧化碳气体净化器33，二氧化碳气体浓度传感器31和二氧化碳进气控制电磁阀32均通过控制信号线9连接至二氧化碳控制器7，由二氧化碳控制器7通过程序设计实现二氧化碳气体浓度控制。
其中，二氧化碳气体浓度传感器31的本体置于培养箱体1外侧板，其探头通过培养箱体侧板11对应位置的开孔接触培养箱体1内部气体环境，二氧化碳进气控制电磁阀32接在减压阀35与二氧化碳气体净化器33之间的供气管路中。培养箱体1内的二氧化碳气体浓度c与二氧化碳进气控制电磁阀32的阀门开度d存在函数关系d＝logac，其中，a为常数，即当培养箱体1内的二氧化碳气体浓度c越低时，二氧化碳进气控制电磁阀32的阀门开度d越大，当培养箱体1内的二氧化碳气体浓度c逐渐增大时，二氧化碳进气控制电磁阀32的阀门开度d随着c值的增大而减小。同时，二氧化碳控制器7根据程序设计将二氧化碳气体在培养箱体1内自然扩散所需的时间考虑在内，通过高频率的浓度反馈和气体扩散特征适应性程序设计最终实现培养箱体内二氧化碳气体浓度c维持在设定值。
需要说明的是，二氧化碳气体净化器33连接在减压阀35和培养箱体1之间，功能是进一步过滤供气端提供的二氧化碳气体，提高进入培养箱体1的二氧化碳气体的纯净程度；而空气净化器4则连接在外部大气和培养箱体1之间，功能是便于培养箱内1与外部空气的气体交换，同时确保进入培养箱体内的空气洁净无污染。
本实施例中，培养箱体1呈长方体，盖板13相对于培养箱体可以单方向开合，培养箱体采用全透明亚克力材料。
本实施例中，底板12中心铣有1/4底板12厚度的矩形沉槽，底板12中心开有圆形通孔123，圆形通孔123四周铣有1mm深度的圆环形沉槽122。
本实施例中，加热片22采用两个同样规格的微型加热片，温度传感探头23与二氧化碳气体净化器33安装于同一块侧板11。
本实施例中，圆环形沉槽122上还安装有6mm厚度的亚克力材质的圆环124，圆环124上覆盖有0.15mm厚度的薄玻片125。
采用上述一种单细胞原位实时显微观测的细胞培养装置用于细胞离体培养且实现具体单细胞原位显微观测的操作方法，包括以下步骤：
步骤S1、将消毒后培养箱体1放置在显微镜载物台上，并安装好单细胞原位实时显微观测的细胞培养装置的其他组件，再将所述圆形通孔123的中心与下方显微镜的物镜的通光孔对准；
步骤S2、在所述矩形沉槽121中放入培养有细胞的细胞培养板，关闭盖板13；
步骤S3、完成所述步骤S2后，设置温度控制器21的温度，以达到培养箱体1内细胞生长需要，设置二氧化碳控制器7的浓度，对培养箱体1内的二氧化碳浓度进行调节；
步骤S4、完成所述步骤S3后，移动显微镜载物台，调整物镜位置和焦距，直至能在显微镜视野中清晰看见培养中的细胞，遂在细胞培养的过程中对具体单细胞进行原位显微观测。
以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种单细胞原位实时显微观测的细胞培养装置，其特征在于，包括培养箱体、温度控制系统、二氧化碳气体控制系统；
所述培养箱体包括盖板、侧板和底板，所述盖板和底板分别垂直于侧板且置于侧板的上下两端，所述侧板上设有若干侧板通孔，所述底板设有矩形沉槽；
所述温度控制系统包括温度控制器、加热片、温度传感探头，所述温度控制器置于侧板的外侧，所述加热片分别置于相对的两侧板的内侧，所述温度传感探头置于培养箱体内与加热片相邻侧板上；
所述二氧化碳气体控制系统包括二氧化碳气体浓度传感器、二氧化碳气体净化器、空气净化器、二氧化碳气体发生器和二氧化碳控制器，所述二氧化碳气体浓度传感器与空气净化器安装于与安装有加热片的侧板垂直的侧板上，所述二氧化碳气体净化器安装于另一块与安装有加热片的侧板垂直的侧板上，所述二氧化碳气体发生器通过二氧化碳进气控制电磁阀连接于二氧化碳气体净化器，二氧化碳气体浓度传感器和二氧化碳进气控制电磁阀均通过控制信号线连接至二氧化碳控制器，由二氧化碳控制器通过程序设计实现二氧化碳气体浓度控制。
2.根据权利要求1所述的一种单细胞原位实时显微观测的细胞培养装置，其特征在于，所述二氧化碳气体发生器与二氧化碳进气控制电磁阀之间还安装有减压阀，所述二氧化碳气体浓度传感器置于侧板的外侧，并通过侧板上对应位置的开孔接触培养箱体内部气体环境。
3.根据权利要求1所述的一种单细胞原位实时显微观测的细胞培养装置，其特征在于：所述培养箱体呈长方体，盖板、侧板和底板均采用全透明亚克力硬质板，所述盖板一端与培养箱体采用合页连接，另一端与培养箱体采用锁紧扣锁紧，所述盖板和侧板之间设有密封垫。
4.根据权利要求1所述的一种单细胞原位实时显微观测的细胞培养装置，其特征在于。所述矩形沉槽位于底板中部，厚度为底板的1/4，矩形沉槽中心开有圆形通孔，所述圆形通孔四周铣有1mm深度的圆环形沉槽。
5.根据权利要求1所述的一种单细胞原位实时显微观测的细胞培养装置，其特征在于，所述加热片采用微型加热片，所述加热片上均安装有铝制散热板。
6.根据权利要求4所述的一种单细胞原位实时显微观测的细胞培养装置，其特征在于，所述圆环形沉槽上还安装有6mm厚度的亚克力材质的圆环，圆环上覆盖有0.15mm厚度的薄玻片。
7.基于权利要求1-6任一项所述的一种单细胞原位实时显微观测的细胞培养装置的操作方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1、将消毒后培养箱体放置在显微镜载物台上，并安装好单细胞原位实时显微观测的细胞培养装置的其他组件，再将所述圆形通孔的中心与下方显微镜的物镜的通光孔对准；
步骤S2、在所述矩形沉槽中放入培养有细胞的细胞培养板，关闭盖板；
步骤S3、完成所述步骤S2后，设置温度控制器的温度，以达到培养箱体内细胞生长需要，设置二氧化碳控制器的浓度，对培养箱体内的二氧化碳浓度进行调节；
步骤S4、完成所述步骤S3后，移动显微镜载物台，调整物镜位置和焦距，直至能在显微镜视野中清晰看见培养中的细胞，遂在细胞培养的过程中对具体单细胞进行原位显微观测。
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2020
- 2020-01-20 CN CN202010064947.4A patent/CN111205980B/zh active Active
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| CN111205980B (zh) | 2024-01-26 |
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