CN116478818B - 细胞培养单元、装置、应用以及培养方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开一种细胞培养单元、装置、应用以及培养方法，其中，细胞培养单元包括基体，基体内形成有相连通的培养腔、储液腔以及流道腔，且，培养腔和储液腔于基体的顶部具有敞口，流道腔的两端分别连通培养腔和储液腔，培养腔包括第一腔底壁，第一腔底壁的至少部分凹陷形成有聚集腔，其中，聚集腔至少部分腔面向腔底壁收缩，聚集腔用于聚集注入于培养腔内的细胞群，以培养形成三维细胞球状体。本申请技术方案能够通过聚集腔将细胞群进行聚集使得细胞群收缩形成三维细胞球状体，以提高最终获得的三维细胞球状体状模拟效果更佳，且培养单元的培养成功率也会提高，以达到该三维细胞球状体能够天然地模拟固态组织的多个特性的要求。

Description

细胞培养单元、装置、应用以及培养方法

技术领域

本申请涉及细胞培养技术领域，特别涉及一种细胞培养单元、装置、应用以及培养方法。

背景技术

细胞培养装置的细胞培养单元可以模拟人体内具有一定功能的生物组织，在疾病药物的响应、组织功能的分子机制、信号通路等研究中具有较大优势。与传统的二维细胞培养方法相比，三维肿瘤球等三维细胞球状体可以更好地模拟肿瘤的行为特点，然而，在相关技术中，在进行三维细胞球状体的培养过程时，培养基对培养对象的培养效果较差，导致最终获得的细胞模型模拟效果较差。

发明内容

本申请实施例提供一种细胞培养单元、装置、应用以及培养方法，能够实现得到模拟效果较好的细胞模型且提高培养成功率。

第一方面，本申请实施例提供了一种细胞培养单元，该细胞培养单元包括：

基体，内形成有相连通的培养腔、储液腔以及流道腔，且，所述培养腔和所述储液腔于所述基体的顶部具有敞口，所述流道腔的两端分别连通所述培养腔和所述储液腔；

所述培养腔包括第一腔底壁，所述第一腔底壁的至少部分凹陷形成有聚集腔，其中，所述聚集腔至少部分腔面向聚集腔底壁收缩，所述聚集腔用于聚集注入于所述培养腔内的细胞群，以培养形成三维细胞球状体。

所述聚集腔至少部分腔面向腔底壁收缩，例如腔底壁纵界面形成弧形、V形等，使得细胞空间限位，从而诱导细胞之间的连接，形成整体团聚的球体结构。一般情况下，一个聚集腔中形成一个三维细胞球状体。

基于本申请实施例的细胞培养单元，通过在基体的培养腔的第一腔底壁上的至少部分凹陷形成有聚集腔，使得由培养腔内的敞口处注入的细胞群会被聚集腔进行聚集，并且在聚集腔的聚集下，使得细胞空间限位，诱导细胞间的连接，从而形成整体团聚的球体结构，以培养形成三维细胞球状体，以提高最终获得的三维细胞球状体状模拟效果更佳，且培养单元的培养成功率也会提高，以达到该三维细胞球状体能够天然地模拟固态组织的多个特性的要求。

在其中一些实施例中，所述第一腔底壁于所述聚集腔之外的部分还形成有环绕所述聚集腔外侧的第一导引面，所述第一导引面用于将所述细胞群引导至所述聚集腔内。

在其中一些实施例中，所述培养腔还包括环绕于所述第一导引面外侧的第一腔侧壁，所述第一腔侧壁的至少部分形成有第二导引面，所述第二导引面连接于所述第一导引面，并用于将所述细胞群引导至所述第一导引面上；

所述第一导引面与水平面之间的夹角小于所述第二导引面与水平面之间的夹角。

在其中一些实施例中，所述第一导引面与水平面之间的夹角为β，满足条件：β大于0度且小于90度；

和/或，所述第二导引面与水平面之间的夹角为α，满足条件：α大于0度且小于90度；

和/或，所述第一导引面与所述第二导引面的连接处呈倒角设置。

在其中一些实施例中，所述细胞培养单元还包括分隔膜，所述分隔膜覆盖于至少部分所述第一腔侧壁。

在其中一些实施例中，所述第一导引面和/或所述第二导引面和/或所述聚集腔的内腔壁具有抗粘附性。

在其中一些实施例中，所述流道腔包括第二腔底壁，所述第二腔底壁与所述第二导引面相交形成分界边，所述分界边与所述第二腔底壁共面设置。

在其中一些实施例中，所述储液腔包括第三腔底壁，所述第三腔底壁与所述第二腔底壁共面设置。

在其中一些实施例中，所述聚集腔的横截面的形状为圆形，且直径范围为0.05mm至2.00mm。

在其中一些实施例中，在与所述储液腔至所述培养腔的流动方向上相垂直的水平方向上，所述储液腔的宽度与所述培养腔的宽度相当，且所述流道腔的宽度小于所述储液腔的宽度；

所述流道腔的宽度为0.01mm至4.40mm。

在其中一些实施例中，所述储液腔的数量为两个，所述流道腔的数量为两个，在所述储液腔至所述培养腔的流动方向上，两个所述储液腔呈对称设置，且所述培养腔位于两个所述储液腔之间，两个所述储液腔与两个所述流道腔一一对应。

第二方面，本申请实施例提供了一种细胞培养装置，包括多个如上所述的细胞培养单元，所述多个细胞培养单元呈阵列排布。

第三方面，本申请实施例提供了一种细胞培养方法，应用于如上所述的细胞培养装置，细胞培养方法包括以下步骤：

将生物样本注入至细胞培养单元的培养腔内；

向所述细胞培养单元的储液腔加入培养基，并使得所述培养基浸润所述生物样本；

对细胞培养装置进行摆动调节，以动态培养所述生物样本后获得三维细胞球状体的细胞模型。

第四方面，本申请实施例提供了一种如上所述的细胞培养装置在细胞模型培养及药物分析中的应用。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本申请细胞培养装置一实施例的结构示意图；

图2为图1中细胞培养装置的细胞培养单元一实施例的结构示意图；

图3为图2中细胞培养单元的分解示意图；

图4为图2中细胞培养单元一实施例的剖面图；

图5为图2中细胞培养单元另一实施例的剖面图；

图6为图2中细胞培养单元中基体的培养层的结构示意图；

图7为本申请细胞培养方法一实施例的流程示意图。

附图标号说明：

100、细胞培养单元；10、基体；10a、培养腔；10b、储液腔；10c、流道腔；10d、聚集腔；11、培养层；11a、第一腔底壁；11b、第一导引面；11c、第一腔侧壁；11d、第二导引面；11e、分界边；11f、第二腔底壁；11g、第三腔底壁；111、第一凹槽；113、第二凹槽；115、第三凹槽；13、储液层；13a、第一流道；13b、第二流道；30、分隔膜；300、细胞培养装置；310、外壳；500、细胞模型。

本申请目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下部将结合附图对本申请实施例方式作进一步地详细描述。

下部的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。相反，它们仅是如所附权利要求书中所详述的、本申请的一些方部相一致的装置和方法的例子。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。此外，在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”是指两个或两个以上。“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

请参阅图1至图2，本申请的一方面提出了一种细胞培养装置300，该细胞培养装置300包括外壳310和多个细胞培养单元100，外壳310内形成有容纳腔，多个细胞培养单元100收容在容纳腔内，并呈阵列排布。

其中，多个细胞培养单元100可以呈M列*N行排布，其中，M表示每一行中的细胞培养单元100的数量，N表示每一列中的细胞培养单元100的数量，M≥1，N≥1，M和N为整数且M和N不同时为1。在位于同一行的多个细胞培养单元100中，前一细胞培养单元100的敞口与后一细胞培养单元100的敞口的间距可采用自动化移液器预设通道间距(例如9毫米)，在位于同一列的多个细胞培养单元100中，相邻细胞培养单元100的两个敞口的间距或者两个敞口的间距也可以采用自动化移液器预设通道间距(例如9毫米)。

该细胞培养装置300中细胞培养单元100的数量例如可以是64个、80个、96个、112个或者128个等，以实现高通量要求。作为示例，如图1所示，细胞培养装置300包括128个细胞培养单元100，该128个细胞培养单元100呈16行*8列的方式排布，并且当细胞培养单元100的数量为128个时，能够适配市场上大多的成像设备和液体控制系统，使得细胞培养装置300的通用性更广。成像设备上一般配置有夹具，以适配不同形状的待观察容器，传统标准孔板是常用的细胞培养板，一般的成像设备的夹具与标准孔板的尺寸适配。而本申请的细胞培养单元100外形与传统的标准孔板尺寸大小一致，因此能够适配与之相适应的夹具，也即。其中，液体控制系统可以用于对生物样本进行自动移液处理，例如通过移液枪的自动控制实现移液处理，其中，生物样本可以为含有生物样本的水性介质或者含有生物样本的液态凝胶，水性介质则可以为混合悬液。而为了方便解释，下文中以生物样本为含有生物样本的液态凝胶进行描述。

为了使得最终获得的三维细胞球状细胞模型500的模拟效果较佳以及提高培养成功的效果，本申请着重对细胞培养单元100进行了改进，请参阅图3至图5，在本申请实施例中，该细胞培养单元100包括基体10。

在一实施例中，基体10包括培养层11和储液层13，储液层13盖设于培养层11，也即，培养层11与储液层13可以是以热压、超声波、激光等组装方式完成两者的连接，如此设计能够有效降低基体10的加工难度。或者，基体10的培养层11和储液层13可以是通过3D打印技术一体成型。

请参阅图3至图6，储液层13内形成有分别具有敞口的第一流道13a和第二流道13b，培养层11靠近储液层13的表面凹陷形成有相连通的第一凹槽111、第二凹槽113以及第三凹槽115，第一流道13a与第一凹槽111相连通构成培养腔10a，第二流道13b与第二凹槽113相连通构成储液腔10b，储液层13的下表面与第三凹槽115配合形成流道腔10c。如此，工作人员可以通过第一流道13a的敞口注入生物样本(混合悬液或液态凝胶)，且可以通过第二流道13b的敞口注入培养基、药物或者加入药物的培养基。具体地，混合悬液可以是由细胞悬液与液态凝胶进行混合的液体，而培养基可以是提供营养物质的营养基质，药物可以作用于生物样本。需要说明的是，混合悬液、液态凝胶以及培养基的添加方式可为无泵式重力驱动，也可以使用外置蠕动泵、注射泵等装置驱动液态凝胶以及培养基流动，以提供细胞所需的生长环境。

其中，基体10的储液层13和培养层11的制备材料可以但不仅限于包括玻璃、塑料或者PDMS(polydimethylsiloxane，聚二甲基硅氧烷)等。通过合理地选择基体10的储液层13和培养层11的制备材料，使得该细胞培养单元100能够拥有良好的生物亲和性。这里对基体10的储液层13和培养层11的具体形状不做限定，设计人员可根据实际需要进行合理设计，例如，基体10的储液层13和培养层11可以呈矩形板状结构。

可以理解的，在基体10设置为培养层11和储液层13两部分结构的情况下，具有能够将培养层11和储液层13的其中之任一进行替换配套的优点。当然，本申请的基体10也可以是单独设置为一个整体的板状结构，也即培养层11和储液层13是一个整体形式，这样制造工艺上可以简化。接下来的内容还是以基体10设置为培养层11和储液层13两部分的形式，对本申请能提高最终获得的三维细胞球状的细胞模型500的模拟效果的情况进行进一步阐述。

培养腔10a由第一腔底壁11a和第一腔侧壁11c围设形成，第一腔侧壁11c环绕于第一腔底壁11a外侧，第一凹槽111的底壁形成为第一腔底壁11a，且第一流道13a的侧壁与第一凹槽111的侧壁共同形成为第一腔侧壁11c。流道腔10c包括第二腔底壁11f，第三凹槽115的底壁形成为第二腔底壁11f。储液腔10b包括第三腔底壁11g，第二凹槽113的底壁形成为第三腔底壁11g。并且，培养腔10a在基体10的高度方向所在的横截面的形状可以是方形、圆形或者三角形等等，储液腔10b在基体10的高度方向所在的横截面的形状也可以是方形、圆形或者三角形等等，对此均不作限定，当培养腔10a和储液腔10b的横截面形状为圆形时，可以减少其自身拐角处残留有培养基，以保证培养基的流动性。

储液腔10b的数量为两个，在储液腔10b至培养腔10a的流动方向上，两个储液腔10b呈对称设置，且，培养腔10a位于两个储液腔10b之间。这样设置下，可以对细胞培养装置300进行摆动，此时在摆动下，培养基可以在两个储液腔10b之间进行来回移动，通过产生流体剪切力、机械应力、生化浓度梯度等理化刺激实现动态培养，展现更真实的生理学功能的同时；可以更好地实现培养基与生物样本之间的物质交换，且可以将生物样本的排泄物带走，更能模拟出真实的细胞环境。当然，根据培养的具体需求，储液腔10b的数量还可以是三个、四个或者五个等等，示例性地，当储液腔10b的数量为三个时，可以是通过其中两个储液腔10b以实现培养基在两个储液腔10b之间进行来回移动的形式，而剩余一个储液腔10b可以是通过加入与上述两个储液腔10b内的培养基类型不同的培养基，以满足多种不同类型的培养基内对细胞的生长所需的营养物质的需求。培养腔10a的数量还可以是两个、三个或者四个等等，对此不作限定。

培养腔10a的第一腔底壁11a的至少部分凹陷形成有聚集腔10d，其中，聚集腔10d用于聚集注入于培养腔10a内的细胞群，以培养形成三维细胞球状体，聚集腔10d的敞口面积小于培养腔10a的敞口面积，且聚集腔10d至少部分腔面向腔底壁收缩。其中，细胞群内包括有多个细胞，且多个细胞之间形成有间隙，而当聚集腔10d将细胞群聚集于其内部时，使得细胞空间限位，诱导细胞间的连接，从而形成整体团聚的球体结构。一般一个聚集腔10d中形成一个细胞球状体。细胞球可以是多细胞聚集体形成的微球，或者是类器官聚集形成的微球，该细胞球能够更好地模拟固态组织的多个特性，例如是短程细胞之间的物质相互作用的特性，又例如是细胞与细胞之间力学作用的特性。具体地，培养腔10a的的第一腔底壁11a可以是部分凹陷形成有聚集腔10d，也可以是整体凹陷形成有聚集腔10d，且聚集腔10d。进一步地，聚集腔10d的腔底壁为由储液层13朝向培养层11的方向上外凸的弧形面，如此能够使得聚集腔10d的腔底壁与三维细胞球状体的外形更相适配，且弧形面能够使得细胞群更好地形成三维细胞球状体，当然聚集腔10d的腔底壁也可以是其他收缩形结构，例如V形，对此不作限定。聚集腔10d的横截面的形状为圆形或者方形。而横截面的形状当为圆形时，其直径范围为0.05mm至2.00mm。当聚集腔10d的横截面直径过大时，聚集腔10d无法较好地使得细胞群内的多个细胞进行抱团，也即细胞群无法较好地形成三维细胞球状体。由于细胞群内包括有多个细胞，细胞的数量范围可以大致为100个至5000个之间，细胞群本身便为具有一定体积的物质，当聚集腔10d的横截面直径过小时，无法将细胞群进行容纳。其中，本申请的以上直径可以设置为0.05mm、0.10mm、1.50mm或者2.00mm。

本申请技术方案通过在基体10的培养腔10a的第一腔底壁11a上的至少部分凹陷形成有聚集腔10d，使得由培养腔10a内的敞口处注入的细胞群会被聚集腔10d进行聚集，并且在聚集腔10d的聚集下细胞群内的多个细胞之间发生相互连接，使得细胞群内的细胞会抱团形成三维细胞球状体，以提高最终获得的三维细胞球状体状细胞模型500的模拟效果，且培养单元的培养成功率也会提高，以达到该三维细胞球状体状细胞模型500能够天然地模拟固态组织的多个特性的要求。

在一实施例中，请参阅图6，第一腔底壁11a于聚集腔10d之外的部分还形成有环绕聚集腔10d外侧的第一导引面11b，也即第一腔底壁11a的部分形成有聚集腔10d，而另一部分形成有第一导引面11b。第一腔侧壁11c的至少部分形成有第二导引面11d，第二导引面11d连接于第一导引面11b，同样地，第一腔侧壁11c可以是部分形成有第二导引面11d，或者是整体形成为第二导引面11d。

其中，第一导引面11b用于将细胞群引导至聚集腔10d内，第二导引面11d用于将所述细胞群引导至第一导引面11b上，因此当由培养腔10a的敞口注入混合悬液(细胞群)时，细胞群会先经过第二导引面11d，且在第二导引面11d的引导下经过第一导引面11b，再由第一导引面11b的引导下聚集在聚集腔10d内。具体地，当细胞群抵接于第一导引面11b和第二导引面11d的时候，第一导引面11b和第二导引面11d会给予细胞群一个朝向聚集腔10d方向的分力，以通过该分力驱动下使得细胞群能够聚集在聚集腔10d内，起到导引效果。

进一步地，第一导引面11b与水平面之间的夹角小于第二导引面11d与水平面之间的夹角，可以理解的，由于基体10的培养腔10a的第一凹槽111需要与培养腔10a敞口的尺寸大致相当，使得能够匹配外界的成像设备，而聚集腔10d的尺寸在达到良好的聚集效果下也需要在一个较小稳定范围内，因此在第一导引面11b与第二导引面11d的组合下，第一导引面11b与第二导引面11d相比下第一导引面11b会更为平缓，相较于一个与水平面之间的夹角较大的导引面，本申请能够通过较为平缓的第一导引面11b能够避免基体10的培养层11在高度方向上的厚度过大，而相较于一个与水平面之间的夹角较小的导引面，本申请能够通过第二导引面11d对细胞群起到较大的导引作用的分力，以通过该分力将细胞群导引至聚集腔10d内。当然，根据实际应用过程中的导引需求，除了第一导引面11b和第二导引面11d之外，还可以是在第一腔侧壁11c或者第一腔底壁11a上形成有更多与水平面角度不同的导引面，在此不作限定。此外，当基体10的储液腔10b注入培养基时，培养基在经过第一导引面11b和第二导引面11d时，在第一导引面11b和第二导引面11d的倾斜设置下，能够使得减缓培养基的流速，以避免培养基将液态凝胶进行冲散，保证培养的成功率。并且第一腔侧壁11c的部分能够对液态凝胶和混合悬液起到阻挡作用，避免液态凝胶和混合悬液流向流道腔10c以造成流道腔10c堵塞，从而能够保证培养基更为顺畅地流向培养腔10a的第一凹槽111内，使得培养腔10a中的液态凝胶的细胞能够与培养基更好地进行物质交换，更真实地模拟细胞在体内的生长环境，从而提高三维细胞球状细胞模型500的培养成功率。

在一种结构形式中，为了使得细胞群和液态凝胶由第二导引面11d过渡至第一导引面11b时更为顺畅，第一导引面11b与第二导引面11d的连接处可以呈倒角设置。其中，倒角可以是倒圆角或者是倒斜角，对此不作限定，当细胞群和液态凝胶经过第一导引面11b与第二导引面11d时，倒角设置下能够使得细胞群和液态凝胶通过时更加顺畅，保证注入时的顺畅性。

请参阅图4，第一导引面11b与水平面之间的夹角为图示中的夹角β，其中β大于0度且小于90度。当第一导引面11b与水平面之间的夹角过小时，第一导引面11b对细胞群起到的导引作用的分力的力值过小，使得无法较好地将细胞群导引至聚集腔10d内，而当第一导引面11b与水平面之间的夹角过大时，会导致基体10的培养层11在高度方向上厚度加大。具体地，第一导引面11b与水平面之间的夹角β可以具体设置为10度、20度、50度、70度或者80度，对此不作限定。需要说明的是，第一导引面11b的形式可以是弧面或者倾斜面，对此不作限定。当第一导引面11b为弧面时，此处所指的夹角为第一腔侧壁11c与第二导引面11d相交形成的分界边11e与第一导引面11b与第二导引面11d形成的分界边在竖直切面相交的交点的连接线与水平面之间的夹角。需要说明的是，此处所指的连接线，是指两个分界边位于培养腔10a内的同一侧的位置上与竖直切面所相交的交点，且两者的连线即为上述而言的连接线。而当第一导引面11b为倾斜面时，此处所指的夹角便为第一导引面11b与水平面的夹角。

请继续参阅图4，第二导引面11d与水平面之间的夹角为图示中的夹角α，其中α大于0度且小于90度。当第二导引面11d与水平面之间的夹角过小时，第二导引面11d对细胞群起到的导引作用的分力的力值过小，使得无法较好地将细胞群导引至聚集腔10d内，而当第二导引面11d与水平面之间的夹角过大时，会导致基体10的培养层11在高度方向上厚度加大。具体地，第二导引面11d与水平面之间的夹角α可以具体设置为10度、20度、50度、70度或者80度，对此不作限定。需要说明的是，第二导引面11d的形式可以是弧面或者倾斜面，对此不作限定。当第二导引面11d为弧面时，此处所指的夹角为第一导引面11b与第二导引面11d形成的分界边和聚集腔10d的内腔壁的侧壁与第一导引面11b形成的分界边在竖直切面相交的交点的连接线与水平面之间的夹角。需要说明的是，此处所指的连接线，是指两个分界边位于培养腔10a内的同一侧的位置上与竖直切面所相交的交点，且两者的连线即为上述而言的连接线。而当第二导引面11d为倾斜面时，此处所指的夹角便为第二导引面11d与水平面的夹角。

在一实施例中，细胞培养单元100还包括分隔膜30，分隔膜30覆盖于至少部分第一腔侧壁11c。如此，可以通过分隔膜30将培养腔10a分隔为至少两个子培养腔10a，以通过不同的子培养腔10a以培养不同的三维细胞球状体以得到不同的三维细胞球状细胞模型500，以满足多器官共同培养的要求，示范例地，培养腔10a被分隔为两个子培养腔10a时，可以是一个三维细胞球状体由第一腔底壁11a进行承载，另一个三维细胞球状体由分隔膜30进行承载。进一步地，分隔膜30可以是多孔膜，其中，多孔模上形成有连通储液腔10b的通孔，以借由该通孔使得培养基能够流入由分隔膜30进行承载的三维细胞球状体，和/或由分隔膜30进行承载的液态凝胶中的排出物质能够流入培养基起到物质交换的作用。

第一导引面11b和/或第二导引面11d和/或聚集腔10d的内腔壁具有抗粘附性。由于细胞群本身具有一定的黏性，在经过第一导引面11b和第二导引面11d时容易发生粘附无法顺畅地进入到聚集腔10d内，同时当细胞群位于聚集腔10d内时，聚集腔10d的内腔壁也容易与细胞群发生粘附使得细胞群无法较好地收缩以形成三维细胞球状体。因此本申请这样设置下，当细胞群由培养腔10a的敞口注入时，在经过第一导引面11b和第二导引面11d时，细胞群可以更为顺畅地被导引至聚集腔10d内，且细胞群处于聚集腔10d内时，不会因为与聚集腔10d的内腔壁发生粘附而影响自身收缩。

在图中示例性示出的方案中，第二腔底壁11f与第二导引面11d相交形成分界边11e，该分界边11e与第二腔底壁11f共面设置。这样设置下，相较于分界边11e高于第二腔底壁11f，当培养基由流道腔10c流出时能较为平缓地流下培养腔10a，减少培养基流向培养腔10a内时的阻力，以保证培养基的流动性，以更为真实地模拟出细胞在体内的物质交换环境。

而为了能够进一步地提高培养基的流动性，第三腔底壁11g与第二腔底壁11f共面设置。如此储液腔10b的第三腔底壁11g与流道腔10c的第二腔底壁11f不具有高度差，培养基在储液腔10b和流道腔10c之间流动时，能够始终维持在同一高度上进行流动，从而能够保证培养基的流动顺畅性，使得培养基与液态凝胶可以更好地进行物质交换。

在一实施例中，请参阅图6，在与储液腔10b至培养腔10a的流动方向上相垂直的水平方向上，储液腔10b的宽度与培养腔10a的宽度相当，且流道腔10c的宽度小于储液腔10b的宽度。如此，当储液腔10b的宽度与培养腔10a的宽度相当下，通过减少流道腔10c的宽度，以使得流道腔10c的宽度小于储液腔10b的宽度，当培养基由储液腔10b流向培养腔10a时，能够借由缩小流道腔10c的宽度，使得培养基流经流道腔10c时，能够减少其自身的流速，避免流速过快造成对液态凝胶内细胞的冲击，导致液态凝胶内的细胞被培养基冲散。

进一步地，流道腔10c的宽度为0.01mm至4.40mm。当流道腔10c的宽度过大时，即便培养基流经相较于储液腔10b宽度较小的流道腔10c下，仍无法较好地起到减少培养基流速的效果，仍有可能因为流速过快造成对液体凝胶内细胞的冲击。而当流道腔10c的宽度过小时，虽然可以较好地减少培养基的流速，但会因为宽度过小使得流道腔10c与培养腔10a之间所接壤的区域面积过小，导致培养基无法在周向上起到均匀浸润液态凝胶，无法使得液态凝胶内的细胞与培养基更好地进行物质交换。具体地，流道腔10c的宽度是指在水平方向上流道腔10c相对的两第四腔侧壁之间的间距值，且该宽度值可以具体设置为0.01mm、1.00mm、2.00mm、3.00mm或者4.40mm，对此不作限定。

以上内容，从细胞培养装置300的细胞培养单元100的结构形式方面具体介绍了本申请的细胞培养装置300能够培养出模拟效果较佳的三维细胞球状细胞模型500的优点。在此基础上，请参阅图7，本申请的另一方面提出了一种细胞培养方法，细胞培养装置300的培养方法包括以下步骤：

步骤S10：将生物样本注入至细胞培养单元100的培养腔10a内。其中，在该步骤中，生物样本可以为水性介质，例如混合悬液，也可以为液态凝胶，并且生物样本可以是通过无泵式重力驱动的方式，通过移液枪经第一流道13a的敞口注入生物样本，生物样本受自身重力的影响下，能自上而下由第一流道13a流向培养腔10a，当然也可以是通过使用外置蠕动泵、注射泵等装置驱动生物样本由基体10的储液层13的第一流道13a流向培养腔10a，对此不作限定。

在步骤S10之后，可以是将细胞培养装置300置于预设温度的培养箱内预设时间下，使生物样本可以成型为三维细胞球状体，也即细胞群内的细胞会抱团成型，例如将细胞培养装置300放在37摄氏度下的培养箱内预设时间下进行凝固成型形成三维细胞球状体。并且在成型后可以将多余的生物样本进行吸出。

步骤S20：向细胞培养单元100的储液腔10b加入培养基，并使得培养基浸润生物样本。同样地，在该步骤中，也可以是通过无泵式重力驱动的方式，通过移液枪经第二流道13b的敞口注入培养基，培养基受自身重力的影响下，能自上而下由第二流道13b流向储液腔10b，后续再由储液腔10b流入培养腔10a内以浸润生物样本，当然也可以是通过使用外置蠕动泵、注射泵等装置驱动培养基由基体10的储液层13的第二流道13b流向储液腔10b，对此不作限定。需要说明的是，培养基浸润生物样本可以是在动态培养的状态下浸润生物样本，也可以是在静态培养的状态下浸润生物样本。

步骤S30：对细胞培养装置300进行摆动调节，以动态培养生物样本后获得三维细胞球状体状的细胞模型500。具体地，可以是将细胞培养装置300放于摆动设备上并进行预设角度往复摆动，使得培养基在储液腔10b和培养腔10a之间来回流动。而为了实现培养基对生物样本的动态培养，通过摆动设备带动细胞培养装置300进行预设角度往复摆动，结合图3所示，该实施例下便能够使得培养基能够在两个储液腔10b和培养腔10a之间来回流动，以实现动态培养，更好地模拟出细胞的生长环境，具体地，在摆动过程中，两个储液腔10b之间的会有一者高度较高，另一者高度较低，受重力作用下，较高的储液腔10b内的培养基会流向培养腔10a后再流向较低的储液腔10b，如此在来回摆动下，能够通过培养基在两储液腔10b内的来回流淌实现对生物样本的动态培养。需要说明的是，摆动设备可以是摇床或者具有驱动细胞培养装置300进行摆动的设备，当然也可以通过工作人员手动进行摆动，对此不作限定。

步骤S30包括：对细胞培养装置300进行摆动调节，以动态培养生物样本；周期性更换储液腔10b内的培养基，并最终获得三维细胞球状体状细胞模型500。在该步骤下，由于培养基与细胞进行物质交换下，液态凝胶内的细胞的排泄物带走，因此部分培养基内会有排泄物的存在，因此需要周期性更换储液腔10b内的培养基，使得培养基对液态凝胶的细胞培养效果更好，更好地模拟出细胞的生长环境，从而在最终能够获取所需的三维细胞球状体状细胞模型500。其中，可以是2-3天的时间作为更换储液腔10b内的培养基的一个周期，当然也可以是别的时间周期，对此不作限定。

本申请技术方案通过采用上述的细胞培养方法，能够实现培养基对液态凝胶的动态培养，相较于静态培养，本申请的细胞培养方法能够更好地模拟出细胞的生长环境，以最终获取模拟效果更好的三维细胞球状细胞模型500，同时能够提高培养三维细胞球状细胞模型500的成功率。

本申请的再一方面提出了一种如上所述的细胞培养装置在细胞模型培养及药物分析中的应用。

其中，可以通过向细胞培养装置300内加入药物，例如可以与培养基进行搭配后流向液态凝胶并将固化后的液态凝胶进行浸润。如此，通过本申请的细胞培养系统可以研究药物对三维细胞球状细胞模型500的影响，以在药物分析等药物领域加以利用。

本实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本申请的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

以上仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种细胞培养单元，其特征在于，包括：

基体，内形成有相连通的培养腔、储液腔以及流道腔，且，所述培养腔和所述储液腔于所述基体的顶部具有敞口，所述流道腔的两端分别连通所述培养腔和所述储液腔；

所述培养腔包括第一腔底壁，所述第一腔底壁的至少部分凹陷形成有聚集腔，其中，所述聚集腔至少部分腔面向腔底壁收缩,所述聚集腔用于聚集注入于所述培养腔内的细胞群，以培养形成三维细胞球状体；

所述第一腔底壁于所述聚集腔之外的部分还形成有环绕所述聚集腔外侧的第一导引面，所述第一导引面用于将所述细胞群引导至所述聚集腔内；

所述培养腔还包括环绕于所述第一导引面外侧的第一腔侧壁，所述第一腔侧壁的至少部分形成有第二导引面，所述第二导引面连接于所述第一导引面，并用于将所述细胞群引导至所述第一导引面上；

所述第一导引面与水平面之间的夹角小于所述第二导引面与水平面之间的夹角；

在与所述储液腔至所述培养腔的流动方向上相垂直的水平方向上，所述储液腔的宽度与所述培养腔的宽度相当，且所述流道腔的宽度小于所述储液腔的宽度。

2.如权利要求1所述的细胞培养单元，其特征在于，定义所述第一导引面与水平面之间的夹角为β，满足条件：β大于0度且小于90度；

和/或，所述第二导引面与水平面之间的夹角为α，满足条件：α大于0度且小于90度；

和/或，所述第一导引面与所述第二导引面的连接处呈倒角设置。

3.如权利要求1所述的细胞培养单元，其特征在于，所述细胞培养单元还包括分隔膜，所述分隔膜覆盖于至少部分所述第一腔侧壁。

4.如权利要求1所述的细胞培养单元，其特征在于，所述第一导引面和/或所述第二导引面和/或所述聚集腔的内腔壁具有抗粘附性。

5.如权利要求1所述的细胞培养单元，其特征在于，所述流道腔包括第二腔底壁，所述第二腔底壁与所述第二导引面相交形成分界边，所述分界边与所述第二腔底壁共面设置。

6.如权利要求5所述的细胞培养单元，其特征在于，所述储液腔包括第三腔底壁，所述第三腔底壁与所述第二腔底壁共面设置。

7.如权利要求1所述的细胞培养单元，其特征在于，所述聚集腔的横截面的形状为圆形，且直径范围为0.05mm至2.00mm。

8.如权利要求1至7中任意一项所述的细胞培养单元，其特征在于，所述流道腔的宽度为0.01mm至4.40mm。

9.如权利要求1至7中任意一项所述的细胞培养单元，其特征在于，所述储液腔的数量为两个，所述流道腔的数量为两个，在所述储液腔至所述培养腔的流动方向上，两个所述储液腔呈对称设置，且所述培养腔位于两个所述储液腔之间，两个所述储液腔与两个所述流道腔一一对应。

10.一种细胞培养装置，其特征在于，包括多个如权利要求1至9中任意一项所述的细胞培养单元，所述多个细胞培养单元呈阵列排布。

11.一种细胞培养方法，应用于如权利要求10的细胞培养装置，其特征在于，所述细胞培养方法包括以下步骤：

将生物样本注入至细胞培养单元的培养腔内；

向所述细胞培养单元的储液腔加入培养基，并使得所述培养基浸润所述生物样本；

对细胞培养装置进行摆动调节，以动态培养所述生物样本后获得三维细胞球状体状的细胞模型。

12.一种如权利要求10所述的细胞培养装置在细胞模型培养及药物分析中的应用。