CN112300930A - 一种微流控实验板及双面细胞培养方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种微流控实验板及双面细胞培养方法，该微流控实验板包括本体、至少一培养基注入孔、至少一培养室、至少一细胞培养杯、至少一废液排出孔、流道及密封膜，其中，培养基注入孔、培养室、废液排出孔均贯穿本体，细胞培养杯装设于培养室中，且所述细胞培养杯的底部开口通过半透膜封闭，流道连通培养基注入孔、培养室及废液排出孔，以将培养基输送至培养室，并将废液输送至废液排出孔排出，密封膜设置于本体背面，并覆盖培养基注入孔、流道、培养室及废液排出孔。本发明的微流控实验板将微流控的供液控制与细胞培养整合并标准化，解决了这一整合中所遇到的所有结构和加工问题，可实现多种细胞的共培养，并整合剪切力刺激功能。
Description
技术领域
本发明属于微流控和生物医药领域，涉及一种微流控实验板及双面细胞培养方法。
背景技术
细胞培养广泛应用于医疗实时检测和高等院校的生物学以及药学的研究中。目前大多数细胞培养都局限于单一细胞的单层培养，然而越来越多的数据表明，单层培养的单一细胞和细胞在动物组织的生物学表现并不相同。使细胞更为接近在动物体内的培养方式是多种细胞共培养，甚至构建多层细胞的三维结构。当前学术界将使用较为复杂的结构模拟器官微环境称之为器官芯片。而且学术界的器官芯片多是按照特定器官研究需要临时设计加工的，并不具备通用性和稳定性。实则，药物研发生产对这种多细胞共培养的工具是有实际需求的。
因此，如何提供一种通用的细胞共培养工具，将微流控的供液控制与细胞培养整合并标准化，成为本领域技术人员亟待解决的一个重要技术问题。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种微流控实验板及双面细胞培养方法，用于解决现有技术中缺少标准化的多细胞共培养工具的问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种微流控实验板，包括：
本体；
至少一培养基注入孔，贯穿所述本体的正面与背面；
至少一培养室，贯穿所述本体的正面与背面；
至少一细胞培养杯，装设于所述培养室中，所述细胞培养杯的顶部及底部均开口，且所述细胞培养杯的底部开口通过半透膜封闭；
至少一废液排出孔，贯穿所述本体的正面与背面；
流道，自所述本体背面开口，并往所述本体正面方向延伸，但未贯穿所述本体正面，所述流道连通所述培养基注入孔、所述培养室及所述废液排出孔，以将来自所述培养基注入孔的培养基输送至所述培养室，并将废液输送至所述废液排出孔排出；
密封膜，设置于所述本体背面，并覆盖所述培养基注入孔、所述流道、所述培养室及所述废液排出孔。
可选地，所述培养室的内壁与所述细胞培养杯的外壁之间设有密封圈，所述细胞培养杯的外壁设有密封圈固定槽，所述密封圈套设于所述密封圈固定槽中。
可选地，所述培养基注入孔的入口凸设于所述本体正面，所述废液排出孔的出口凸设于所述本体正面。
可选地，所述培养基注入孔的数量为至少两个，所述流道包括N级子流道，N为大于1的整数，其中，第一级流道至第N级流道依次连接，且第一级流道包括至少两个分支，后一级流道的分支数量大于前一级流道的分支数量，第一级流道的首端连接于所述培养基注入孔，第N级流道横穿所述培养室，且第N级流道的末端连接于所述废液排出孔。
可选地，第一级子流道的分支数量等于所述培养基注入孔的数量，且每一分支的首端分别与一个所述培养基注入孔连接；第N级流道的分支数量等于所述废液排出孔的数量，且每一分支的末端分别与一个所述废液排出孔连接。
本发明还提供一种双面细胞培养方法，包括以下步骤：
提供如上任意一项所述的微流控实验板，分别在所述半透膜的两面接种细胞；
经由所述培养基注入孔及所述流道供应培养基至所述培养室，进行所述半透膜两面细胞的培养。
可选地，所述半透膜的外表面接种的细胞种类至少为一种，所述半透膜的内表面接种的细胞种类至少为一种，且所述半透膜的外表面与内表面接种的细胞至少有一部分种类不同。
可选地，在所述半透膜的外表面接种细胞的方法包括：在所述细胞培养杯装设于所述培养室中之前，施加细胞悬浮液于所述半透膜的外表面，并保持所述半透膜的外表面朝上静置预设时间。
可选地，在所述半透膜的外表面接种细胞的方法包括：将所述细胞培养杯装设于所述培养室中之后，通过所述培养基注入孔及所述流道引入细胞悬浮液至所述培养室，使细胞接种到所述半透膜的外表面，并保持所述半透膜的外表面朝上静置预设时间。
可选地，在所述半透膜的内表面接种细胞的方法包括：正置组装好的所述微流控实验板，经由所述细胞培养杯的顶部开口施加细胞悬浮液于所述细胞培养杯中，使细胞接种到所述半透膜的内表面，并保持所述半透膜的内表面朝上静置预设时间。
可选地，所述双面细胞培养方法用于细胞的药物刺激实验。
可选地，所述微流控实验板包括两个所述培养基注入孔，往其中一个所述培养基注入孔通入包含待测药液的含药培养基，往另外一个所述培养基注入孔通入不包含待测药液的空白培养基，所述含药培养基与所述空白培养基通过所述流道混合后形成药物梯度，完成对细胞进行不同浓度药物的刺激。
可选地，所述双面细胞培养方法用于测试细胞对剪切力刺激的反应。
可选地，通过调节所述培养基注入孔的培养基通入速度来调节所述半透膜两面细胞受到的剪切力。
如上所述，本发明的微流控实验板将微流控的供液控制与细胞培养整合并标准化，解决了这一整合中所遇到的所有结构和加工问题。利用本发明的微流控实验板可实现多种细胞的共培养，并实现剪切力刺激功能在这一细胞共培养工具上的整合。利用本发明的微流控实验板可实现共培养细胞在半透膜两侧的培养，从而模拟不同细胞之间的细胞间质带，研究通过半透膜的细胞相互作用。在双侧细胞培养时，可实现对其中一侧的细胞进行剪切力刺激。
附图说明
图1显示为本发明的微流控实验板的结构正视图。
图2显示为本发明的微流控实验板的结构背视图。
图3显示为本发明的微流控实验板的结构侧视图。
图4显示为本发明的微流控实验板中细胞培养杯的立体结构图。
图5显示为本发明的微流控实验板中细胞培养杯近乎倒置时的分解结构示意图。
图6显示为本发明的微流控实验板中细胞培养杯的侧视图。
元件标号说明
1 本体
2 培养基注入孔
3 培养室
4 细胞培养杯
5 废液排出孔
6 流道
7 半透膜
8 密封圈
9 密封圈固定槽
10 顶部开口
11 底部开口
12 凸缘
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
请参阅图1至图6。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
实施例一
本实施例中提供一种微流控实验板，请参阅图1至图3，分别显示为该微流控实验板的正视图、背视图及侧视图，该微流控实验板包括本体1、至少一培养基注入孔2、至少一培养室3、至少一细胞培养杯4、至少一废液排出孔5、流道6及密封膜(未图示)，其中，所述培养基注入孔2、所述培养室3及所述废液排出孔5均贯穿所述本体1的正面与背面，所述细胞培养杯4装设于所述培养室3中，所述流道6自所述本体1背面开口，并往所述本体1正面方向延伸，但未贯穿所述本体1正面，所述流道6连通所述培养基注入孔2、所述培养室3及所述废液排出孔5，以将来自所述培养基注入孔2的培养基输送至所述培养3室，并将废液输送至所述废液排出孔5排出，所述密封膜设置于所述本体1背面，并覆盖所述培养基注入孔2、所述流道6、所述培养室3及所述废液排出孔5。
作为示例，所述密封膜选自压力膜、不干胶膜及热压键合封口膜中的任意一种，所述密封膜从所述本体1背面封闭所述培养基注入孔2、所述流道6、所述培养室3及所述废液排出孔5，使得培养基由所述本体1正面注入和排出。
作为示例，如图3所示，所述培养基注入孔2的入口凸设于所述本体1正面，以方便培养基的输入，例如，可通过在所述培养基注入孔2的入口处接入软管以供应培养基。同样，所述废液排出孔5的出口也凸设于所述本体1正面，以方便废液导出，例如，可通过在所述废液排出孔5的出口处接入软管以导出废液。
作为示例，所述培养基注入孔2的数量为至少两个，例如2-10个，以便通过不同的培养基注入孔2输入含不同药物浓度的培养基。本实施例中，所述培养基注入孔2的数量以2个为例。
作为示例，所述流道6包括N级子流道，N为大于1的整数，其中，第一级流道至第N级流道依次连接，且第一级流道包括至少两个分支，后一级流道的分支数量大于前一级流道的分支数量，第一级流道的首端连接于所述培养基注入孔2，第N级流道横穿所述培养室3，且第N级流道的末端连接于所述废液排出孔5。这种流道设计可有利于将培养基均匀分配至多个培养室3。
本实施例中，第一级子流道的分支数量等于所述培养基注入孔2的数量，且每一分支的首端分别与一个所述培养基注入孔2连接；第N级流道的分支数量等于所述废液排出孔5的数量，且每一分支的末端分别与一个所述废液排出孔5连接。
作为示例，第N级流道的一个分支至少经过两个所述培养室3。图2中显示的为第N级流道的一个分支至少经过三个培养室的情形。
请参阅图4至图6，其中，图4显示为所述细胞培养杯4的立体结构图，图5显示为所述细胞培养杯4的近乎倒置时的分解结构示意图，图6显示为所述细胞培养杯4的侧视图。其中，所述细胞培养杯4的顶部及底部均开口，且所述细胞培养杯4的底部开口11通过半透膜7封闭。
具体的，所述半透膜7是采用双面胶、胶水、化学键合及热压键合中的任意一种封装到所述细胞培养杯4的底面。所述半透膜7的内表面(位于所述细胞培养杯4内的一面)与所述半透膜7的外表面(位于细胞培养杯4外的一面)均作为细胞贴壁生长的表面，半透膜7的材料内部网络是两侧细胞通过细胞分泌物相互刺激的通道。
作为示例，所述培养室3中设有卡槽或卡点，所述细胞培养杯4通过卡固方式装设于所述培养室3中。在其它实施例中，所述细胞培养杯4也可通过紧固方式装设于所述培养室3中，例如，所述培养室3的内壁与所述细胞培养杯4的外壁设有相配合的螺纹。
作为示例，所述培养室3的内壁与所述细胞培养杯4的外壁之间设有密封圈8，所述密封圈8可以是橡胶圈或其它材质，用以防止液体由所述主体与所述细胞培养杯4之间的间隙渗出。
作为示例，所述细胞培养杯4的外壁设有密封圈固定槽9，所述密封圈8套设于所述密封圈固定槽9中。
作为示例，如图3所示，所述细胞培养杯4装设于所述培养室3中之后，所述细胞培养杯的顶面高于所述本体1的正面，从而方便所述细胞培养杯4的安放。本实施例中，所述细胞培养杯4的顶部开口10处还设有凸缘12，进一步方便所述细胞培养杯4的拿取。
本实施例的微流控实验板将微流控的供液控制与细胞培养整合并标准化，解决了这一整合中所遇到的所有结构和加工问题。
实施例二
本实施例提供一种采用实施例一中所述的微流控实验板进行双面细胞培养的方法，包括以下步骤：
S1：分别在所述半透膜7的两面接种细胞；
S2：经由所述培养基注入孔2及所述流道6供应培养基至所述培养室3，进行所述半透膜7两面细胞的培养。
具体的，所述半透膜7的两面接种的细胞种类可以相同，也可以不同。本实施例中，所述半透膜7的外表面接种的细胞种类至少为一种，所述半透膜7的内表面接种的细胞种类也至少为一种，且所述半透膜7的外表面与内表面接种的细胞至少有一部分种类不同，从而实现多种细胞共培养。利用所述微流控实验板进行共培养细胞在半透膜7两侧的培养，可以模拟不同细胞之间的细胞间质带，研究通过半透膜7的细胞相互作用。
作为示例，所述半透膜7其中一面接种的细胞包括肝细胞，另一面接种的细胞包括肝窦内皮细胞，以部分模拟体内肝脏环境，有利于肝细胞功能。在双面细胞培养时，可以通过缺氧激活肝窦内皮细胞，其促进肝细胞功能的能力增强，且不需使用外源的内皮细胞激活剂，减少外源物质的引入，有利于后续的细胞应用。
作为示例，在所述半透膜7的外表面接种细胞可采用如下方式：在所述细胞培养杯4装设于所述培养室3中之前，施加细胞悬浮液于所述半透膜7的外表面，并保持所述半透膜7的外表面朝上静置预设时间，以保证细胞贴附在半透膜7表面。例如，滴加细胞悬浮液于所述半透膜7的外表面，并保持所述半透膜7的外表面朝上静置一小时以上。
在另一实施例中，在所述半透膜7的外表面接种细胞也可采用另一方式：将所述细胞培养杯4装设于所述培养室3中之后，通过所述培养基注入孔2及所述流道6引入细胞悬浮液至所述培养室3，使细胞接种到所述半透膜7的外表面，并保持所述半透膜7的外表面朝上静置预设时间。
作为示例，在所述半透膜7的内表面接种细胞的方法包括：待第一轮接种的细胞充分贴附在半透膜7外表面，正置组装好的所述微流控实验板，经由所述细胞培养杯4的顶部开口10施加细胞悬浮液于所述细胞培养杯4中，使细胞接种到所述半透膜7的内表面，并保持所述半透膜7的内表面朝上静置预设时间。
作为示例，待第二轮接种的细胞充分贴附于半透膜7的内表面之后，将所述培养基注入孔2的入口处和所述废液排出孔5的出口处连接软管，并开始通入培养基以培养细胞。本实施例中，细胞培养过程中，培养基连续供应，废液通过所述废液排出孔5排出。
作为示例，所述双面细胞培养方法用于细胞的药物刺激实验。例如，所述微流控实验板包括两个所述培养基注入孔2，往其中一个所述培养基注入孔2通入包含待测药液的含药培养基(例如含有所需最高浓度待测药液的培养基)，往另外一个所述培养基注入孔2通入不包含待测药液的空白培养基，所述含药培养基与所述空白培养基通过所述流道6下游的分支结构混合后将形成药物梯度，完成对细胞进行不同浓度药物的刺激。
作为示例，所述双面细胞培养方法还可用于测试细胞对剪切力刺激的反应。在双侧细胞培养时，可实现对其中一侧的细胞进行剪切力刺激。例如，在利用所述微流控实验板标准化的进行肝细胞与肝窦内皮细胞两种细胞的共培养的同时，还可以完成内皮细胞对流体剪切力的刺激研究。
具体的，在剪切力刺激实验时，可通过调节所述培养基注入孔2的培养基通入速度来调节所述半透膜7两面细胞受到的剪切力。
综上所述，本发明的微流控实验板将微流控的供液控制与细胞培养整合并标准化，解决了这一整合中所遇到的所有结构和加工问题。利用本发明的微流控实验板可实现多种细胞的共培养，并实现剪切力刺激功能在这一细胞共培养工具上的整合。利用本发明的微流控实验板可实现共培养细胞在半透膜两侧的培养，从而模拟不同细胞之间的细胞间质带，研究通过半透膜的细胞相互作用。在双侧细胞培养时，可实现对其中一侧的细胞进行剪切力刺激。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
Claims (14)
1.一种微流控实验板，其特征在于，包括：
本体；
至少一培养基注入孔，贯穿所述本体的正面与背面；
至少一培养室，贯穿所述本体的正面与背面；
至少一细胞培养杯，装设于所述培养室中，所述细胞培养杯的顶部及底部均开口，且所述细胞培养杯的底部开口通过半透膜封闭；
至少一废液排出孔，贯穿所述本体的正面与背面；
流道，自所述本体背面开口，并往所述本体正面方向延伸，但未贯穿所述本体正面，所述流道连通所述培养基注入孔、所述培养室及所述废液排出孔，以将来自所述培养基注入孔的培养基输送至所述培养室，并将废液输送至所述废液排出孔排出；
密封膜，设置于所述本体背面，并覆盖所述培养基注入孔、所述流道、所述培养室及所述废液排出孔。
2.根据权利要求1所述的微流控实验板，其特征在于：所述培养室的内壁与所述细胞培养杯的外壁之间设有密封圈，所述细胞培养杯的外壁设有密封圈固定槽，所述密封圈套设于所述密封圈固定槽中。
3.根据权利要求1所述的微流控实验板，其特征在于：所述培养基注入孔的入口凸设于所述本体正面，所述废液排出孔的出口凸设于所述本体正面。
4.根据权利要求1所述的微流控实验板，其特征在于：所述培养基注入孔的数量为至少两个，所述流道包括N级子流道，N为大于1的整数，其中，第一级流道至第N级流道依次连接，且第一级流道包括至少两个分支，后一级流道的分支数量大于前一级流道的分支数量，第一级流道的首端连接于所述培养基注入孔，第N级流道横穿所述培养室，且第N级流道的末端连接于所述废液排出孔。
5.根据权利要求4所述的微流控实验板，其特征在于：第一级子流道的分支数量等于所述培养基注入孔的数量，且每一分支的首端分别与一个所述培养基注入孔连接；第N级流道的分支数量等于所述废液排出孔的数量，且每一分支的末端分别与一个所述废液排出孔连接。
6.一种双面细胞培养方法，其特征在于，包括以下步骤：
提供如权利要求1-5任意一项所述的微流控实验板，分别在所述半透膜的两面接种细胞；
经由所述培养基注入孔及所述流道供应培养基至所述培养室，进行所述半透膜两面细胞的培养。
7.根据权利要求6所述的双面细胞培养方法，其特征在于：所述半透膜的外表面接种的细胞种类至少为一种，所述半透膜的内表面接种的细胞种类至少为一种，且所述半透膜的外表面与内表面接种的细胞至少有一部分种类不同。
8.根据权利要求6所述的双面细胞培养方法，其特征在于：在所述半透膜的外表面接种细胞的方法包括：在所述细胞培养杯装设于所述培养室中之前，施加细胞悬浮液于所述半透膜的外表面，并保持所述半透膜的外表面朝上静置预设时间。
9.根据权利要求6所述的双面细胞培养方法，其特征在于：在所述半透膜的外表面接种细胞的方法包括：将所述细胞培养杯装设于所述培养室中之后，通过所述培养基注入孔及所述流道引入细胞悬浮液至所述培养室，使细胞接种到所述半透膜的外表面，并保持所述半透膜的外表面朝上静置预设时间。
10.根据权利要求6所述的双面细胞培养方法，其特征在于：在所述半透膜的内表面接种细胞的方法包括：正置组装好的所述微流控实验板，经由所述细胞培养杯的顶部开口施加细胞悬浮液于所述细胞培养杯中，使细胞接种到所述半透膜的内表面，并保持所述半透膜的内表面朝上静置预设时间。
11.根据权利要求6所述的双面细胞培养方法，其特征在于：所述双面细胞培养方法用于细胞的药物刺激实验。
12.根据权利要求11所述的双面细胞培养方法，其特征在于：所述微流控实验板包括两个所述培养基注入孔，往其中一个所述培养基注入孔通入包含待测药液的含药培养基，往另外一个所述培养基注入孔通入不包含待测药液的空白培养基，所述含药培养基与所述空白培养基通过所述流道混合后形成药物梯度，完成对细胞进行不同浓度药物的刺激。
13.根据权利要求11所述的双面细胞培养方法，其特征在于：所述双面细胞培养方法用于测试细胞对剪切力刺激的反应。
14.根据权利要求13所述的双面细胞培养方法，其特征在于：通过调节所述培养基注入孔的培养基通入速度来调节所述半透膜两面细胞受到的剪切力。
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