CN111635858A - 一种细胞培养装置及培养方法 - Google Patents

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Abstract

一种细胞培养装置及培养方法属于细胞培养技术领域,尤其涉及一种细胞培养装置及培养方法。本发明提供一种细胞培养装置及培养方法。本发明包括细胞培养装置包括芯片基板1,其特征在于芯片基板1上设置有至少两个电解液槽3和至少一个细胞培养液池5,电解液槽3与细胞培养液池5的连接方式为盐桥连接。

Description

一种细胞培养装置及培养方法
技术领域
本发明属于细胞培养技术领域,尤其涉及一种细胞培养装置及培养方法。
背景技术
生物体内广泛存在电场,生物电场在胚胎发育、创伤愈合、信号转导、肌肉收缩等一系列过程中起着不可或缺的作用。而在体外电场的研究中,人们发现电场对多种细胞的增殖、迁移和分化过程具有重要调节功能。电场作为一种物理信号,相对于可溶性生物因子等具有更高的安全性,兼有原理简单、价格低廉等优点,在组织工程学中用于体外处理细胞、甚至转化为体内试验等方面十分具有前景。因此需要一种使用效果好的可对细胞施加电场的细胞培养装置及培养方法。
发明内容
本发明就是针对上述问题,提供一种细胞培养装置及培养方法。
为实现上述目的,本发明采用如下技术方案,本发明包括细胞培养装置包括芯片基板1,其特征在于芯片基板1上设置有至少两个电解液槽3和至少一个细胞培养液池5,电解液槽3与细胞培养液池5的连接方式为盐桥连接。
作为另一种优选方案,本发明所述芯片基板1上设置有两个电解液槽3和两个细胞培养液池5,一个电解液槽3对应一个细胞培养液池5,每对电解液槽3和细胞培养液池5的连接方式为盐桥连接;两个细胞培养液池5通过芯片基板1上的细胞池6相连。
作为另一种优选方案,本发明所述芯片基板的长宽高为120mm×80mm×30mm。
作为另一种优选方案,本发明所述芯片基板为聚苯乙烯件。
作为另一种优选方案,本发明所述电解液槽3的长宽高为100mm×15mm×25mm。
作为另一种优选方案,本发明所述细胞培养液池5的长宽高为30mm×25mm×20mm。
作为另一种优选方案,本发明所述芯片基板1上设置有可使盐桥4与芯片基板1拆装连接的盐桥固定部件。
作为另一种优选方案,本发明所述每对电解液槽3和细胞培养液池5对应一个盐桥4。
作为另一种优选方案,本发明所述盐桥固定部件包括具有凹槽的支撑座8和设置在盐桥4上的锁定扣19。
作为另一种优选方案,本发明所述芯片基板1上设置有支撑座8卡槽。
作为另一种优选方案,本发明所述锁定扣19上设置有提手。
作为另一种优选方案,本发明所述盐桥的外壳采用透明绝缘件。
作为另一种优选方案,本发明所述盐桥的外壳的形状为冂字形,盐桥的外壳两端设置有可拆装连接的盐桥堵头18。
作为另一种优选方案,本发明所述细胞培养液池5和细胞池6的底部在同一水平面。
作为另一种优选方案,本发明所述细胞池6的长宽高为50mm×20mm×0.2mm。
作为另一种优选方案,本发明所述细胞池6底部具有网格状刻度。
作为另一种优选方案,本发明所述细胞池6上覆盖有覆盖罩,覆盖罩下端向下延伸进入细胞池6,覆盖罩延伸进入细胞池6的部分与细胞池6的尺寸相对应。
作为另一种优选方案,本发明所述覆盖罩为T形,T形的大头端下端与芯片基板1相接。
作为另一种优选方案,本发明所述覆盖罩采用PDMS件。
作为另一种优选方案,本发明所述T形的小头端的长宽高为50mm×20mm×19.8mm。
作为另一种优选方案,本发明所述覆盖罩上端面设置有凹陷。
作为另一种优选方案,本发明所述凹陷的的长宽高为40mm×10mm×24.8mm,所述T形的大头端高度为5mm。
作为另一种优选方案,本发明所述覆盖罩下端与细胞池6底端的间隙为0.2mm。
作为另一种优选方案,本发明一对电解液槽3和细胞培养液池5中的电解液槽3通过第一循环泵10连接外接电解液池9,另一对电解液槽3和细胞培养液池5中的细胞培养液池5通过第二循环泵连接外接培养液池。
作为另一种优选方案,本发明所述第一循环泵10与电解液槽3之间、第二循环泵与细胞培养液池5之间通过无菌软橡胶管11相连,外接电解液池上端覆盖有外接池罩13。
作为另一种优选方案,本发明所述电解液槽3设置在芯片基板1宽度方向两侧,细胞培养液池5设置在基板1长度方向两侧电解液槽3之间。
其次,本发明所述电解液槽3内设置有电极槽2。
另外,本发明还包括覆盖芯片基板1的整体罩12。
本发明细胞培养方法包括以下步骤:
将对数生长期细胞使用EDTA-胰蛋白酶消化后,中和、离心、培养基重悬、稀释;向两个培养液池5加入PDMS塞以阻止液体外渗,取细胞悬液加入细胞池6,放入培养箱;细胞贴壁后,将培养基吸出,取下PDMS塞,向两个培养液池5中加入适量含HEPES的培养基;放置盐桥4;加入适量电解液至电解液池3,将电极放入电极电解液池3,使其下端没于电解液中,上端通过导线连接电源;放入培养箱中静置使培养液、电解液和细胞状态稳定,此时可打开电源,调节放入电解液中电极的电压;使用万用表经两侧培养液池5测量细胞池6电压,并计算电场强度,调节电压至目的电场强度,使细胞接受电场刺激;电场处理结束后,关闭电源,可于一定时间点收取细胞进行试验。
作为一种优选方案,本发明将对数生长期细胞使用0.25%EDTA-胰蛋白酶消化后,中和、离心、培养基重悬、稀释;向两个培养液池5加入30mm×25mm×20mm的PDMS塞以阻止液体外渗,取300μl细胞悬液加入细胞池6,盖上覆盖罩,放入培养箱至少6h使细胞贴壁;细胞贴壁后,将培养基吸出,取下PDMS塞,缓慢向两个培养液池5中加入适量含25mmol/L HEPES的培养基,并将覆盖罩7装上,避免出现气泡;取出预制盐桥4放置于合适位置,横跨盐桥支撑座8,并使盐桥上的锁定扣19与盐桥支撑座8内的凹槽相匹配,以固定盐桥,防止其滑动及滚动;加入适量电解液至电解液池3以及外接电解液池,通过无菌软橡胶管连通外接池和循环泵;于双侧电极槽2内放入电极,使其下端没于电解液中,上端通过导线连接电源;盖上整体罩12,放入培养箱中静置至少30min使培养液、电解液和细胞状态稳定,此时可打开电源,调节电压;使用万用表经两侧培养液池5测量细胞池6电压,并计算电场强度,调节电压至目的电场强度,使细胞接受电场刺激;电场处理结束后,关闭电源,可于合适时间点收取细胞进行试验。
本发明有益效果。
本发明芯片基板1上设有电解液池,其内可注入电解液。盐桥可连通电解液池、培养液池,以传导电流,达到构建电场的目的。
本发明可实现对细胞进行电场刺激处理,操作方便、试验效率高。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。本发明保护范围不仅局限于以下内容的表述。
图1是本发明俯视图。
图2是图1的B-B剖视图。
图3是本发明设置有整体罩的结构示意图。
图4是图3的A-A剖视图。
图5是本发明立体外观图。
图6是本发明设置有整体罩的立体外观图。
图7是本发明芯片基板结构示意图。
图8、9是图7的剖视图。
图10、11是本发明盐桥结构示意图。
图12是本发明支撑座结构示意图。
具体实施方式
如图所示,本发明包括细胞培养装置包括芯片基板1,芯片基板1上设置有至少两个电解液槽3和至少一个细胞培养液池5,电解液槽3与细胞培养液池5的连接方式为盐桥连接。
所述芯片基板1上设置有两个电解液槽3和两个细胞培养液池5,一个电解液槽3对应一个细胞培养液池5,每对电解液槽3和细胞培养液池5的连接方式为盐桥连接;两个细胞培养液池5通过芯片基板1上的细胞池6相连(图中标号17为胞培养液池5与细胞池6的连通口,连通口17的宽度10mm,高度0.2mm)。设置两个细胞培养液池5并通过细胞池6相连,可以互相交换液体,满足细胞正常生长需要,使细胞不经换液仍能稳定生长更长的时间。
所述芯片基板的长宽高为120mm×80mm×30mm。
所述芯片基板为聚苯乙烯件。
所述电解液槽3的长宽高为100mm×15mm×25mm。
所述细胞培养液池5的长宽高为30mm×25mm×20mm。
所述芯片基板1上设置有可使盐桥4与芯片基板1拆装连接的盐桥固定部件;方便无菌操作、盐桥固定和转移位置。
所述每对电解液槽3和细胞培养液池5对应一个盐桥4。
所述盐桥固定部件包括具有凹槽的支撑座8和设置在盐桥4上的锁定扣19。锁定扣19下端为与支撑座8上凹槽对应的弧形卡块,卡块与凹槽卡接后,盐桥位置被固定。
所述芯片基板1上设置有支撑座卡槽16。
所述锁定扣19上设置有提手20。
所述盐桥的外壳采用透明绝缘件。
所述盐桥的外壳的形状为冂字形,盐桥的外壳两端设置有可拆装连接的盐桥堵头18。向盐桥的外壳内灌注盐桥内容物时,溶解琼脂糖加热后变为热胶状物灌注进盐桥玻璃管(盐桥的外壳),之后可用盐桥堵头18将玻璃管两侧封堵,防止渗漏。经过一段时间,灌注进玻璃管冷却得到固体凝胶。使用时,将堵头18拔出,将盐桥两端置于液体内。
所述细胞培养液池5和细胞池6的底部在同一水平面。
所述细胞池6的长宽高为50mm×20mm×0.2mm。
所述细胞池6底部具有网格状刻度;便于观察细胞迁移等状态变化,以及拍照时作为参照。
所述细胞池6上覆盖有覆盖罩,覆盖罩下端向下延伸进入细胞池6,覆盖罩延伸进入细胞池6的部分与细胞池6的尺寸相对应。覆盖罩以限定细胞池范围,使底面生长细胞的培养液池液体量恒定,以助于维持其电阻稳定。
所述覆盖罩为T形,T形的大头端下端与芯片基板1相接。
所述覆盖罩采用PDMS件。
所述T形的小头端的长宽高为50mm×20mm×19.8mm。
所述覆盖罩上端面设置有凹陷14。设置凹陷窗以便于显微镜观察。
所述凹陷的的长宽高为40mm×10mm×24.8mm,所述T形的大头端高度为5mm。
所述覆盖罩下端与细胞池6底端的间隙为0.2mm。覆盖罩横跨细胞池6并将其高度限定为0.2mm,使细胞池液体量恒定、电阻稳定。
一对电解液槽3和细胞培养液池5中的电解液槽3通过第一循环泵10连接外接电解液池9,另一对电解液槽3和细胞培养液池5中的细胞培养液池5通过第二循环泵连接外接培养液池15。
外接电解液池及循环泵,以增加电解液容量,稳定其pH值,避免出现电阻不稳定、甚至通过盐桥影响培养液pH值对细胞造成额外刺激等情况的发生。
外接培养液池、外接电解液池均为与基板1中的培养液池和电解池相连的增设空间,以满足更长的培养时间、更强电场。
所述第一循环泵10与电解液槽3之间、第二循环泵与细胞培养液池5之间通过无菌软橡胶管11相连,外接电解液池上端覆盖有外接池罩13。
所述电解液槽3设置在芯片基板1宽度方向两侧,细胞培养液池5设置在基板1长度方向两侧电解液槽3之间。
所述电解液槽3内设置有电极槽2;便于固定电极,提高电场稳定性。
还包括覆盖芯片基板1的整体罩;提高防污染性。整体罩上设置有无菌软橡胶管11穿过孔。
所述盐桥为灌注2%琼脂糖-电解液凝胶的盐桥。
培养液池的中心可包被辅助细胞贴壁的成分,如细胞粘附剂、多聚赖氨酸、层粘蛋白,增强细胞的贴壁以防止收集细胞数过少。
本发明细胞培养方法包括以下步骤:
将对数生长期细胞使用EDTA-胰蛋白酶消化后,中和、离心、培养基重悬、稀释,向两个培养液池5加入PDMS塞以阻止液体外渗,取细胞悬液加入细胞池6,放入培养箱(可采用Thermo371二氧化碳培养箱);细胞贴壁后,将培养基吸出,取下PDMS塞,向两个培养液池5中加入含HEPES的培养基;放置盐桥4;加入电解液至电解液池3,将电极放入电极电解液池3,使其下端没于电解液中,上端通过导线连接电源;放入培养箱中静置使培养液、电解液和细胞状态稳定(细胞取出后再放回培养箱会经历温度、二氧化碳浓度等条件变化,一般静置半小时左右认为细胞状态稳定),此时可打开电源,调节放入电解液中电极的电压;使用万用表经两侧培养液池5测量细胞池6电压,并计算电场强度,调节电压至目的电场强度,使细胞接受电场刺激;电场处理结束后,关闭电源,可于一定时间点(可选刺激后立即、30min、1h、2h、4h、6h、8h或12h)收取细胞进行试验。
所述将对数生长期细胞使用0.25%EDTA-胰蛋白酶消化后,中和、离心、培养基重悬、稀释;向两个培养液池5加入30mm×25mm×20mm的PDMS塞以阻止液体外渗,取300μl细胞悬液加入细胞池6,盖上覆盖罩,放入培养箱至少6h使细胞贴壁;细胞贴壁后,将培养基吸出,取下PDMS塞,缓慢向两个培养液池5中加入适量含25mmol/L HEPES的培养基,并将覆盖罩7装上,避免出现气泡;取出预制盐桥4放置于合适位置,横跨盐桥支撑座8,并使盐桥上的锁定扣19与盐桥支撑座8内的凹槽相匹配,以固定盐桥,防止其滑动及滚动;加入电解液至电解液池3以及外接电解液池,通过无菌软橡胶管连通外接池和循环泵;于双侧电极槽2内放入电极,使其下端没于电解液中,上端通过导线连接电源;盖上整体罩12,放入培养箱中静置至少30min使培养液、电解液和细胞状态稳定,此时可打开电源,调节电压;使用万用表经两侧培养液池5测量细胞池6电压,并计算电场强度,调节电压至目的电场强度,使细胞接受电场刺激;电场处理结束后,关闭电源,可于合适时间点收取细胞进行试验。
实施例1
细胞较大的原代人脂肪干细胞的培养方法。收取脂肪组织后,使用PBS清洗3次去除红细胞等成分。加入等体积1mg/ml胶原酶I于37℃水浴消化1h后,加入与胶原酶等体积的5%胎牛血清中和5min后,于1000rpm下离心5min。弃掉上清,适量PBS清洗1次后于同等条件再次离心,弃上清后取适量含5%胎牛血清、1%双抗的完全DMEM/F12培养基重悬、通过100目筛网后计数并接种入75cm2培养瓶,移入37℃、5%CO2培养箱进行培养,每48h-72h进行换液。待细胞铺满约80%底面时,取适量PBS清洗1次后,加入2-3ml的0.25%EDTA-胰蛋白酶于37℃孵育3-5min消化细胞,轻轻摇晃使细胞脱落后,加入与胰蛋白酶等体积完全培养基中和,1000rpm下离心3min,1:2-3传代培养。待第3代细胞生长至约80%底面积,使用30mm×25mm×20mm的PDMS塞子放入培养液池5,加入1ml的0.1mg/ml多聚赖氨酸(PDL)溶液,室温孵育5min,吸出液体,自然干燥30min。按前述方法消化细胞,将细胞密度调整至7×104/ml。取300μl细胞悬液加入细胞池6,盖上盖子小心放回培养箱中培养8h,使细胞贴壁,不要使液体洒至其他部分。取出培养芯片,小心吸出培养基,取下两侧塞子,向两侧培养液池5中加入适量含25mmol/L HEPES的完全培养基连通培养液池5及细胞池6,放置覆盖罩7至合适位置,向培养液池5中继续加入培养基,并通过无菌软管与外接培养液池及循环泵相连,以0.5ml/h的流量灌注培养。取出预制盐桥4,按照支撑槽8的位置,将其中一侧末端没过于培养液槽5培养液中,另一侧置于电解液池3内。向电解液池3中加入适量Steinberg溶液,并通过无菌软管连通外接电解液池和循环泵,以5ml/h的流量替换电解液。将连接导线的银丝电极置于电极槽2中,导线连接电源。盖上盖子,将芯片及附加池移入培养箱,放置30min使体系状态稳定。将万用表测量头自培养液池5伸入细胞池6两侧位置,打开电源,调节电源至测量电压为10V,此时电场强度为200mV/mm。取出万用表测量头,确定循环泵处于运转状态,开始计时。12h后关闭电源,取出芯片,关闭循环泵,取出覆盖罩7,吸出所有培养基。将30mm×25mm×20mm的PDMS塞子放入培养液池5,加入适量PBS清洗2次后,向细胞池6中加入Trizol溶液,以提取RNA。如需提取细胞蛋白,取出芯片,置于冰上。取出覆盖罩7,吸出所有培养基。将30mm×25mm×20mm的PDMS塞子放入培养液池5,加入适量PBS清洗2次后,向细胞池6中加入RIPA及PMSF混合裂解液,以提取细胞蛋白。
实施例2
细胞较小的角质形成细胞的培养方法。取于液氮中冻存的人永生化角质形成细胞HaCaT细胞,复苏后使用10%胎牛血清、1%双抗的DMEM高糖培养基于75cm2培养瓶内培养,移入37℃、5%CO2培养箱,每48h-72h进行换液。待细胞铺满约70%底面时,取适量PBS清洗1次后,加入2-3ml的0.25%EDTA-胰蛋白酶于37℃孵育3-5min消化细胞,摇晃使细胞脱落后,加入与胰蛋白酶等体积完全培养基中和,1000rpm下离心3min,1:2-3传代培养。取生长至约70%底面积的传代后对数生长期细胞,使用30mm×25mm×20mm的PDMS塞子放入培养液池5,加入1ml的0.1mg/ml多聚赖氨酸(PDL)溶液,室温孵育5min,吸出液体,自然干燥30min。按前述方法消化细胞,将细胞密度调整至2×105/ml。取300μl细胞悬液加入细胞池6,盖上盖子小心放回培养箱中培养6h,使细胞贴壁,不要使液体洒至其他部分。取出培养芯片,小心吸出培养基,取下两侧塞子,向两侧培养液池5中加入适量含25mmol/L HEPES的完全培养基连通培养液池5及细胞池6,放置覆盖罩7至合适位置,向培养液池5中继续加入培养基至培养液池5开口下方约5mm处。取出预制盐桥4,按照支撑槽8的位置,将其中一侧末端没过于培养液槽5培养液中,另一侧置于电解液池3内。向电解液池3中加入适量Steinberg溶液至电解液池3开口下方约5mm处。将连接导线的银丝电极置于电极槽2中,导线连接电源。盖上盖子,将芯片移入37℃恒温箱,调节显微镜焦距使细胞清晰成像,放置30min使体系状态稳定。将万用表测量头自培养液池5伸入细胞池6两侧位置,打开电源,调节电源至测量电压为20V,此时电场强度为400mV/mm。取出万用表测量头,设置显微镜拍照模式,开始计时。2h后关闭电源、显微镜,取出芯片,对拍照数据进行处理,观察细胞迁移状况。此外,还可进行细胞免疫荧光染色试验。将覆盖罩取出,吸出培养基弃去,将30mm×25mm×20mm的PDMS塞子放入培养液池5。加入2ml 4%多聚甲醛,室温放置15min以固定细胞。加入适量 PBS洗3次,每次5min。加入2ml 0.1% Triton X-100,孵育5 min进行破膜。PBS洗3次,每次5 min。加入2ml 1%牛血清白蛋白(BSA),37℃孵育30 min后弃液体。按照说明书配制相应抗人抗体工作浓度,加入抗体,在4℃孵育过夜。弃抗体。PBS洗3次,每次5 min。从此步骤开始均需避光。配制并加入1:1000稀释的二抗,37℃孵育1 h。弃抗体。PBS洗3次,每次5 min。加入DAPI,室温染色5min。弃DAPI。PBS洗3次,每次5 min。用智能活化细胞成像分析系统观察并拍照。
可以理解的是,以上关于本发明的具体描述,仅用于说明本发明而并非受限于本发明实施例所描述的技术方案,本领域的普通技术人员应当理解,仍然可以对本发明进行修改或等同替换,以达到相同的技术效果;只要满足使用需要,都在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种细胞培养装置,包括芯片基板(1),其特征在于芯片基板(1)上设置有至少两个电解液槽(3)和至少一个细胞培养液池(5),电解液槽(3)与细胞培养液池(5)的连接方式为盐桥连接。
2.根据权利要求1所述一种细胞培养装置,其特征在于所述芯片基板(1)上设置有可使盐桥(4)与芯片基板(1)拆装连接的盐桥固定部件。
3.根据权利要求1所述一种细胞培养装置,其特征在于所述每对电解液槽(3)和细胞培养液池(5)对应一个盐桥(4)。
4.根据权利要求1所述一种细胞培养装置,其特征在于所述细胞培养液池(5)和细胞池(6)的底部在同一水平面。
5.根据权利要求1所述一种细胞培养装置,其特征在于所述细胞池(6)上覆盖有覆盖罩,覆盖罩下端向下延伸进入细胞池(6),覆盖罩延伸进入细胞池(6)的部分与细胞池(6)的尺寸相对应。
6.根据权利要求5所述一种细胞培养装置,其特征在于所述覆盖罩为T形,T形的大头端下端与芯片基板(1)相接。
7.根据权利要求5所述一种细胞培养装置,其特征在于所述覆盖罩上端面设置有凹陷。
8.根据权利要求1所述一种细胞培养装置,其特征在于一对电解液槽(3)和细胞培养液池(5)中的电解液槽(3)通过第一循环泵(10)连接外接电解液池(9),另一对电解液槽(3)和细胞培养液池(5)中的细胞培养液池(5)通过第二循环泵连接外接培养液池。
9.一种细胞培养方法,其特征在于包括以下步骤:
将对数生长期细胞使用EDTA-胰蛋白酶消化后,中和、离心、培养基重悬、稀释;向两个培养液池(5)加入PDMS塞以阻止液体外渗,取细胞悬液加入细胞池(6),放入培养箱;细胞贴壁后,将培养基吸出,取下PDMS塞,向两个培养液池(5)中加入适量含HEPES的培养基;放置盐桥(4);加入适量电解液至电解液池(3),将电极放入电极电解液池(3),使其下端没于电解液中,上端通过导线连接电源;放入培养箱中静置使培养液、电解液和细胞状态稳定,此时可打开电源,调节放入电解液中电极的电压;使用万用表经两侧培养液池(5)测量细胞池(6)电压,并计算电场强度,调节电压至目的电场强度,使细胞接受电场刺激;电场处理结束后,关闭电源,可于一定时间点收取细胞进行试验。
10.根据权利要求9所述一种细胞培养方法,其特征在于将对数生长期细胞使用0.25%EDTA-胰蛋白酶消化后,中和、离心、培养基重悬、稀释;向两个培养液池5加入30mm×25mm×20mm的PDMS塞以阻止液体外渗,取300μl细胞悬液加入细胞池6,盖上覆盖罩,放入培养箱至少6h使细胞贴壁;细胞贴壁后,将培养基吸出,取下PDMS塞,缓慢向两个培养液池5中加入适量含25mmol/L HEPES的培养基,并将覆盖罩7装上,避免出现气泡;取出预制盐桥4放置于合适位置,横跨盐桥支撑座8,并使盐桥上的锁定扣19与盐桥支撑座8内的凹槽相匹配,以固定盐桥,防止其滑动及滚动;加入适量电解液至电解液池3以及外接电解液池,通过无菌软橡胶管连通外接池和循环泵;于双侧电极槽2内放入电极,使其下端没于电解液中,上端通过导线连接电源;盖上整体罩12,放入培养箱中静置至少30min使培养液、电解液和细胞状态稳定,此时可打开电源,调节电压;使用万用表经两侧培养液池5测量细胞池6电压,并计算电场强度,调节电压至目的电场强度,使细胞接受电场刺激;电场处理结束后,关闭电源,可于合适时间点收取细胞进行试验。
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