CN117642494A - 培养结构、培养方法及培养芯片 - Google Patents
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Abstract
一种培养结构、培养方法及培养芯片。培养结构包括培养板和振动结构，振动结构设置于培养板上；培养板包括多个容纳培养液的容纳结构，容纳结构设置为容纳培养液；振动结构包括振动信号产生结构和多个振动部件；振动信号产生结构，设置为产生振动信号；多个振动部件与振动信号产生结构连接，设置为根据振动信号带动多个容纳结构中的培养液运动。
Description
本公开实施例涉及但不限于生物技术领域，具体涉及一种培养结构、培养方法及培养芯片。
近年来，随着细胞生物学和组织工程学的发展，三维细胞模型正逐渐取代传统二维细胞模型。类器官作为一种新型的三维体外研究模型，是由干细胞在体外自组装，并生长发育成为与人体组织或器官结构和功能相似的三维聚集体，例如：大脑类器官、血管类器官、肝脏类器官、肾脏类器官和肿瘤类器官等。
发明内容
以下是对本文详细描述的主题的概述。本概述并非是为了限制权利要求的保护范围。
第一方面，本公开提供了一种培养结构，包括培养板和振动结构，所述振动结构设置于所述培养板上；
所述培养板包括：多个容纳结构，所述容纳结构设置为容纳培养液；
所述振动结构包括振动信号产生结构和多个振动部件；
所述振动信号产生结构，设置为产生振动信号；
所述多个振动部件，与所述振动信号产生结构连接，设置为根据所述振动信号带动所述多个容纳结构中的培养液运动。
在示例性实施方式中，所述振动结构还包括盖板；
所述容纳结构包括开口，所述容纳结构的开口设置为朝向所述盖板的一侧；
所述盖板设置于所述培养板位于所述容纳结构的开口的一侧；
所述多个振动部件设置于所述盖板朝向所述培养板的一侧，任意一个振动部件与其中一个容纳结构对应设置；所述振动部件包括相对设置的第一端和第二端，所述振动部件的第一端与所述盖板连接，所述振动部件的第二端远离所述盖板延伸至对应的容纳结构的培养液中；
所述振动信号产生结构设置于所述盖板上，通过所述盖板与所述多个振动部件连接，并将所述振动信号通过所述盖板作用于所述振动部件。
在示例性实施方式中，所述振动信号产生结构包括至少两个压电换能器，所述至少两个压电换能器设置于所述盖板的边缘，且所述至少两个压电换能器产生的振动信号的传播方向在所述盖板所在平面内相交。
在示例性实施方式中，所述振动信号产生结构包括两个压电换能器，在所述盖板所在平面内，两个所述压电换能器产生的振动信号的传播方向所成的夹角为80°至100°。
在示例性实施方式中，所述盖板为矩形结构，所述两个压电换能器设置于所述盖板相互垂直的两个侧边，两个所述压电换能器产生的振动信号的传播方向在所述盖板所在平面内正交。
在示例性实施方式中，所述振动信号产生结构包括多个压电换能器，所述多个压电换能器分别与所述多个振动部件对应，每个压电换能器产生的振动信号作用于对应的振动部件上。
在示例性实施方式中，所述培养液深度为1毫米至4毫米，所述振动部件延伸至对应的容纳结构的培养液的深度为0.5毫米至3毫米，所述振动部件与所述容纳结构底部之间的距离为0.5毫米至1.5毫米。
在示例性实施方式中，所述多个振动部件在所述培养板上的正投影位于所述多个容纳结构在所述培养板上的正投影的范围之内。
在示例性实施方式中，所述振动部件在所述培养板上正投影的面积为所述振动部件所对应的容纳结构在所述培养板上正投影面积的30％至70％。
在示例性实施方式中，所述振动部件为椎体结构，所述振动部件的第一端在所述盖板上的正投影面积大于所述振动部件第二端在所述盖板上的正投影的面积。
在示例性实施方式中，所述振动部件第一端和第二端的端面均为圆形，所述振动部件第一端端面的直径为0.4毫米至0.8毫米，所述振动部件第二端端面的直径为0.1毫米至0.3毫米，所述容纳结构为空心圆柱结构，所述空心圆柱结构的内直径为14毫米至18毫米。
在示例性实施方式中，所述振动部件为柱体结构，所述柱体结构第一端和第二端的端面均为圆形。
在示例性实施方式中，所述柱体结构第一端和第二端端面的直径为0.1毫米至6毫米，所述容纳结构为空心圆柱结构或空心长方体结构，所述空心圆柱结构的内直径为0.5毫米至26毫米，所述空心长方体结构的容纳结构的开口位置为正方形，所述正方形开口位置的边长为0.5毫米至26毫米，所述开口位置所在平面与所述盖板所在平面平行；
所述柱体结构在所述盖板上的正投影落入所述容纳结构在所述盖板上的正投影范围。
在示例性实施方式中，所述柱体结构第一端和第二端端面的直径为0.1毫米至0.4毫米；
所述空心圆柱结构的内直径为0.5毫米至1.5毫米，所述正方形开口位置的边长为0.5毫米至1.5毫米。
在示例性实施方式中，所述柱体结构第一端和第二端端面的直径为1毫米至6毫米；
所述空心圆柱的内直径为10毫米至26毫米，所述正方形开口位置的边长为10毫米至26毫米。
在示例性实施方式中，所述压电换能器输入电压信号为0.3V至0.8V，输入电压信号的频率为25kHz至35kHz，两个压电换能器产生的振动信号的相位差为-10°至10°。
在示例性实施方式中，所述振动部件为长方体结构，所述容纳结构为空心长方体结构，所述容纳结构在所述盖板上的正投影覆盖所述振动部件在所述盖板上的正投影。
在示例性实施方式中，所述长方体结构第一端和第二端的端面均为正方 形，所述正方形边长为4毫米至12毫米；
所述容纳结构的开口位置为正方形，所述正方形开口位置的边长为14毫米至22毫米，所述开口位置所在平面与所述盖板所在平面平行。
在示例性实施方式中，所述振动部件为柱体结构，所述柱体结构第一端和第二端的端面为圆形，任意一个所述容纳结构对应有两个所述柱体结构，两个所述柱体结构在所述盖板上的正投影位于对应的容纳结构在所述盖板上的正投影的范围内。
在示例性实施方式中，所述柱体结构第一端和第二端端面的直径为0.1毫米至0.4毫米；与同一个容纳结构对应的两个振动部件之间的间距为0.1毫米至0.3毫米；所述容纳结构为空心结构的圆柱结构，所述空心圆柱结构的内直径为1.1毫米至3.2毫米；或者所述容纳结构为空心长方体结构，所述容纳结构的开口位置为正方形，所述正方形开口位置的边长为1.1毫米至3.2毫米，所述开口位置所在平面与所述盖板所在平面平行。
在示例性实施方式中，多个所述振动部件第一端和第二端端面的直径，自靠近所述压电换能器至远离所述压电换能器逐渐减小。
在示例性实施方式中，多个所述振动部件第一端和第二端端面的边长，自靠近所述压电换能器至远离所述压电换能器逐渐减小。
在示例性实施方式中，所述振动信号产生结构包括多个压电换能器，所述振动部件为所述培养板底部分别与所述多个容纳结构对应的位置，所述多个压电换能器分别与所述多个振动部件对应，每个压电换能器产生的振动信号作用于对应的振动部件上。
在示例性实施方式中，所述压电换能器为环形压电换能器；
所述压电换能器在所述盖板上的正投影与其对应的振动部件在所述盖板上的正投影至少部分重叠。
在示例性实施方式中，所述压电换能器输入电压信号为0.3V至0.8V，输入电压信号的频率为20kHz至40kHz，两个压电换能器产生的振动信号的相位差为80°至100°。
在示例性实施方式中，所述培养板的厚度为15毫米至21毫米，所述振 动部件的高度为14毫米至20毫米。
第二方面，本公开实施例还提供了一种培养方法，应用上述任一实施例所述的培养结构培养类器官，所述培养结构包括培养板和振动结构，所述培养板包括多个容纳结构，所述容纳结构设置为容纳培养液；所述振动结构包括振动信号产生结构和多个振动部件，所述方法包括：
产生振动信号；
所述振动结构根据所述振动信号带动所述容纳结构中的培养液运动。
在示例性实施方式中，所述振动结构还包括盖板，所述容纳结构包括开口，所述开口设置为朝向所述盖板的一侧，所述盖板设置于所述培养板位于所述容纳结构开口的一侧，所述多个振动部件设置于所述盖板朝向所述培养板的一侧，任意一个振动部件与其中一个容纳结构对应设置；所述振动部件包括相对设置的第一端和第二端，所述振动部件的第一端与所述盖板连接，所述振动部件的第二端远离所述盖板延伸至对应的容纳结构的培养液中；所述振动信号产生结构设置于所述盖板上；
所述产生振动信号，包括：对所述振动信号产生结构施加电压信号，所述振动信号产生结构根据所述电压信号产生所述振动信号；
所述振动结构根据所述振动信号带动所述容纳结构中的培养液运动，包括：将所述振动信号通过所述盖板作用于所述振动部件，所述振动部件带动对应的容纳结构中的培养液运动。
第三方面，本公开实施例还提供了一种培养芯片，包括上述任一实施例所述的培养结构。
当然，实施本公开的任一产品或方法并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。本公开的其它特征和优点将在随后的说明书实施例中阐述，并且，部分地从说明书实施例中变得显而易见，或者通过实施本公开实施例而了解。本公开实施例的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
在阅读并理解了附图和详细描述后，可以明白其他方面。
附图用来提供对本公开技术方案的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本公开的实施例一起用于解释本公开的技术方案，并不构成对本公开技术方案的限制。附图中部件的形状和大小不反映真实比例，目的只是示意说明本公开内容。
图1所示为本公开实施例提供的一种培养结构的立体结构示意图；
图2a所示为本公开示例性实施例提供的一种培养结构的平面结构示意图；
图2b所示为图2a所示培养结构去除盖板的平面结构示意图；
图2c所示为图2a中L1-L1位置的剖面结构示意图；
图2d所示为图2a所示培养结构中培养板的剖面结构示意图；
图3所示为本公开示例性实施例提供的培养结构中一个容纳结构中的颗粒的移动轨迹示意图；
图4a所示为本公开示例性实施例提供的培养结构一种声压场的仿真结果示意图；
图4b所示为本公开示例性实施例提供的培养结构声流场的仿真结果示意图；
图5a所示为本公开实施例提供的一种培养结构的平面结构示意图；
图5b为图5a所示培养结构去除盖板的平面结构示意图；
图5c所示为图5a中L2-L2位置的剖面结构示意图；
图6a所示为本公开示例性实施例提供的一种培养结构声压场的仿真结果示意图；
图6b所示为本公开示例性实施例提供的一种培养结构的声流场的仿真结果示意图；
图6c所示为本公开示例性实施例提供的一种培养结构的声流场中粒子追踪轨迹的仿真结果示意图；
图7a所示为本公开示例性实施例提供的一种培养结构的平面结构示意 图；
图7b所示为图7a中培养结构去除盖板的平面结构示意图；
图7c所示为图7a中L3-L3位置的剖面结构示意图；
图8a所示为本公开示例性实施例提供的一种培养结构声压场的仿真结果示意图；
图8b所示为本公开示例性实施例提供的一种培养结构声流场的仿真结果示意图；
图8c本公开示例性实施例提供的一种培养结构中声流场中的粒子追踪轨迹的仿真结果示意图；
图9a所示为本公开示例性实施例提供的一种培养结构的平面结构示意图
图9b所示为图9a所示培养结构去除盖板的平面结构示意图；
图9c所示为图9a所示培养结构中沿L4-L4位置的剖面结构示意图；
图10a所示为本公开示例性实施例提供的一种培养结构声压场的仿真结果示意图；
图10b本公开示例性实施例提供的一种培养结构声流场的仿真结果结果示意图；
图10c本公开示例性实施例提供的一种培养结构的声流场中的粒子追踪轨迹的仿真结果示意图；
图11a所示为本公开示例性实施例提供的一种培养结构的平面结构示意图
图11b为图11a所示培养结构去除盖板的平面结构示意图；
图11c为图11a中L5-L5位置的剖面结构示意图；
图12a所示为本公开示例性实施例提供的一种培养结构声压场的仿真结果示意图；
图12b所示为本公开示例性实施例提供的一种培养结构声流场的仿真结果示意图；
图12c所示为本公开示例性实施例提供的一种培养结构中声流场中的粒子追踪轨迹的仿真结果示意图。
以下实施例用于说明本公开，但不用来限制本公开的范围。需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。
本公开实施例提供的培养结构中，涉及的‘厚度’、‘高度’、‘深度’，即是指沿垂直于培养板平面(或盖板平面)方向的尺寸。
类器官是指使用3D培养技术在体外培养出具有相对稳定的表型及遗传学特征的类似器官样的组织结构，在生长发育、生理病理、药物影响等的研究中具有重要意义。然而，培养类器官过程中，经常出现类器官生长发育的不均匀，以及类器官生长过程中容易出现中心缺氧气或缺乏养分导致发育不完全，甚至出现类器官细胞死亡的现象。
为此，本公开实施例提供一种培养结构，如图1、图2、图5、图7、图9、图11所示，培养结构可以包括培养板1和振动结构2，振动结构2设置于培养板1上；
培养板1可以包括：多个容纳结构11，容纳结构11设置为容纳培养液3；
振动结构2可以包括振动信号产生结构23和多个振动部件21；
振动信号产生结构23，设置为产生振动信号；
多个振动部件21，与振动信号产生结构23连接，设置为根据振动信号带动多个容纳结构11中的培养液3运动。
本公开实施例提供的培养结构，包括培养板和振动结构，培养板包括多个容纳培养液的容纳结构，振动结构包括振动信号产生结构和多个振动部件，多个振动部件根据振动信号产生结构产生的振动信号带动多个容纳结构中的培养液运动。
在本公开实施例中，培养结构可以用于培养类器官或培养细胞。
本公开实施例提供的培养结构，多个振动部件根据振动信号产生结构产 生的振动信号带动多个容纳结构中的培养液运动，在类器官生长过程中可以向类器官提供充足的氧气，并使培养液中的氧气和养分均衡，使得在培养液中培养的类器官发育完全，解决了类器官生长过程中因中心缺少氧气或养分导致类器官细胞死亡的技术问题。
在示例性实施方式中，多个振动部件21根据振动信号带动多个容纳结构11中的培养液3运动，可以为振动部件21根据振动信号带动容纳结构11中的培养液中颗粒围绕振动部件21做旋转运动，或者振动部件21根据振动信号带动容纳结构中11的培养液中的颗粒振动。
本公开实施例提供的培养结构中的振动部件31可以根据实际需求调整其相应的尺寸，从而匹配各种类型的应用场景。本公开实施例的培养结构的整体结构简单，制备成本低廉，可使用加工工艺批量制备，利于大规模推广应用。
在示例性实施方式中，如图1、图2、图5、图7、图9、图11所示，振动结构2还可以包括盖板22；容纳结构11包括开口110，容纳结构11的开口110设置为朝向盖板22的一侧；盖板22设置于培养板1位于容纳结构11的开口110的一侧；多个振动部件21设置于盖板22朝向培养板1的一侧，任意一个振动部件21与其中一个容纳结构11对应设置；振动部件21包括相对设置的第一端211和第二端212，振动部件21的第一端211与盖板22连接，振动部件21的第二端212远离盖板22延伸至对应的容纳结构11的培养液3中，且未与容纳结构和培养板接触；振动信号产生结构23设置于盖板22上，通过盖板22与多个振动部件21连接，用于产生振动信号，并将振动信号通过盖板22作用于多个振动部件21，使多个振动部件21产生振动，从而带动多个容纳结构11中的培养液3运动，提高培养液3中的氧气，使得培养液3中的氧气和养分均衡。
在本公开实施例中，振动信号产生结构23产生的振动信号可以是体声波。
在示例性实施方式中，如图1、图2、图5、图7、图9、图11所示，振动信号产生结构23可以包括至少两个压电换能器231，至少两个压电换能器231设置于盖板22的边缘，且至少两个压电换能器231产生的振动信号的传播方向在盖板22所在平面内相交。
在示例性实施方式中，如图1、图2、图5、图7、图9、图11所示，振动信号产生结构23可以包括两个压电换能器231，在盖板22所在平面内，两个压电换能器231产生的振动信号的传播方向所成的夹角为80°至100°。例如，两个压电换能器231产生的振动信号的传播方向所成的夹角为90°，即两个压电换能器231产生的振动信号的传播方向在盖板22所在平面内正交。
在本公开实施例中，经由两个压电换能器231激发产生的体声波振动信号耦合盖板22振动，盖板22的振动使得耦合于其下表面的振动部件21发生受迫振动，培养液3在声波作用下沿着垂直于振动部件21方向的速度梯度运动。
在示例性实施方式中，如图2、图5、图7、图9、图11所示，盖板22为矩形结构，两个压电换能器231设置于盖板22相互垂直的两个侧边，两个压电换能器231产生的振动信号的传播方向在盖板22所在平面内正交。
在示例性实施方式中，压电换能器输入电压信号为0.3V至0.8V，输入电压信号的频率为20kHz至40kHz，两个压电换能器产生的振动信号的相位差为80°至100°。例如，图2、图5、图9、图11所示培养结构中，压电换能器输入电压信号为0.5V，输入电压信号的频率为30kHz，设置两个正交压电环能器的相位差为90度。在示例性实施方式中，在图7所示培养结构中，压电换能器231输入电压信号为0.3V至0.8V，输入电压信号的频率为25kHz至35kHz，两个压电换能器产生的振动信号的相位差为-10°至10°。例如，图7所示的培养结构中两个压电换能器正交，两个压电换能器231产生的振动信号的相位差为0度，压电换能器231输入电压信号为0.5V，输入电压信号的频率为30kHz。
在本公开实施例中，在两个相互正交的压电换能器231输入相同信号(相位相同)的情况下对同一振动部件21进行激励，会在振动部件21周围会产生相对称的两个或两个以上的环形声流场；在两个相互正交的压电换能器231输入信号周期的相位差为半个周期的情况下对同一振动部件21进行激励的，在振动部件21周围会产生一个或多个圆形的声流场。该声流场使得类器官可以沿着该振动部件旋转，一方面可以实现类器官的主动式的周期运动从而解决其缺氧带来的死亡问题，另一方面可以使得培养液中的营养均衡，避 免中心缺氧。
本公开实施例中，将多个振动部件作为振动信号的传递介质，通过调控压电换能器输入振动信号相位实现培养板的容纳结构中的培养液的回旋流场构建，使得培养液中的颗粒发生均匀旋转，不停旋转的流体保证了养分和氧气均匀分布，向类器官提供充足供给，提高了类器官的存活率，从而解决培养板上培养液中类器官的缺氧等问题。在本公开实施例中，由于所选声波频率在100kHz以下，其在器件中对应声波长为厘米量级，产生体声波在数个周期以内，没有明显附加效应，所选换能器尺寸和形状对结果不产生决定性影响，其正交位置直接决定了流动结果。
在本公开实施例中，在培养板1上设置多个容纳培养液的容纳结构11，所述振动结构2包括多个振动部件21，所述振动部件21与所述多个容纳结构11相对应，每个类器官可以在一个容纳结构11的培养液中单独培养，避免了多个类器官相互融合，形成的类器官大小形状较为均匀，从而该培养结构可以批量产生同等尺寸的类器官实现了标准化的类器官培养。
在示例性实施方式中，振动信号产生结构23可以包括多个压电换能器，多个压电换能器分别与多个振动部件21对应，每个压电换能器产生的振动信号作用于对应的振动部件21上。例如，可以在盖板22上设置多个相同的压电换能器，或者在每个振动部件21上设置压电换能器，可以对多个压电换能器施加相同的信号，每个压电换能器产生的振动信号作用于与该压电换能器相对应的振动部件上。本公开实施例中，压电换能器可以为环形压电换能器，多个环形压电换能器分别与多个振动部件21对应，且环形压电换能器在盖板上的正投影与振动部件21在改变上的正投影至少部分重叠。
在本公开实施例中，通过振动信号产生结构23产生的振动信号，振动部件21根据振动信号带动培养液运动，由于多个振动部件21接受的振动信号比较一致，由多个振动部件21带动的多个容纳结构11中的培养液的运动相似，可以使得具有相同运动轨迹、受到相似力作用的多个同时培养的阵列化类器官间运动差异性减小，有助于实现类器官的标准化培养。
在示例性实施方式中，如图2c所示，培养液3的深度H可以为1毫米至4毫米，振动部件21延伸至对对应的容纳结构11的培养液3的深度h为 0.5毫米至3毫米，振动部件21与容纳结构底11部之间的距离D为0.5毫米至1.5毫米。例如，培养液深度H为2毫米至3毫米，振动部件21延伸至对对应的容纳结构11的培养液3的深度h为1毫米至2毫米，振动部件21与容纳结构11底部之间的距离D为1毫米。
在示例性实施方式中，如图2、图5、图7、图9、图11所示，多个振动部件21在培养板1上的正投影位于多个容纳结构11在培养板上的正投影的范围之内。
在示例性实施方式中，在图2、图5、图7、图9、图11所示结构中，振动部件21在培养板1上正投影的面积为振动部件21所对应的容纳结构11在培养板上正投影面积的30％至70％。在本公开实施例中，设计振动部件21在培养板上正投影的面积与容纳结构在培养板上正投影面积之间的关系，一方面需要考虑振动部件21在培养板1上正投影的面积占据容纳结构11在培养板1上正投影面积较小的情况下，振动部件21与盖板之间的结合稳定性低；另一方面要考虑振动部件21在培养板1上正投影的面积占据容纳结构11在培养板1上正投影面积较大的情况下，由于振动部件21质量的增加带来的振动阻力从而降低培养结构的作用效果，本公开实施例中振动部件21在培养板1上正投影的面积为振动部件21所对应的容纳结构11在培养板上正投影面积的30％至70％，一方面可以使得振动部件21与盖板22之间的接合比较稳定，另一方面振动部件21的质量适当，振动阻力不会影响到培养结构的作用效果。
在示例性实施方式中，如图2所示，振动部件21可以为椎体结构，振动部件21的第一端211在盖板22上的正投影面积大于振动部件21第二端212在盖板22上的正投影的面积。在本公开实施例中，将培养结构中的振动部件21设置为椎体结构，可以配合大尺寸培养板1进行颗粒的旋转运动。在其他实施例中，该振动部件21可以是柱体结构、长方体结构等，例如图5和图7所示实施例中振动部件21是圆柱结构，图9和图11所示实施例中的振动部件21是长方体结构。
在示例性实施方式中，如图2所示，振动部件21第一端211和第二端212的端面均为圆形，振动部件21第一端211端面的直径为0.4毫米至0.8 毫米，振动部件21第二端212端面的直径为0.1毫米至0.3毫米，容纳结构11为空心圆柱结构，空心圆柱结构的内直径为14毫米至18毫米。例如，如图2所示的培养结构中，振动部件21的第一端211的端面直径为0.6mm，第二端212的端面直径为0.2mm，空心圆柱结构的容纳结构11的内直径为16mm，向图2所示培养结构的两个正交的压电换能器231施加频率为34kHz的0.5V电压信号，两个正交压电换能器的相位差设置为90°，容纳结构11中培养液3快速流动，直径为3mm的颗粒在振动部件21附近快速自转或绕振动部件21旋转，图3所示为3mm直径的颗粒绕振动部件21运动轨迹的示意图(m为一个3毫米的颗粒，图3a至图3d分别为在0毫秒、36毫秒、102毫秒、168毫秒时间节点颗粒m的位置)；图4a为一个容纳结构的声场的仿真效果图，单位为Mpa，如图4a所示，距离振动部件21越近的区域声场越强并且在振动部件21的表面达到最大声场强度，图4b为一个容纳结构中声流场的仿真效果图，单位为mm/S，距离振动部件21越近的区域声流越强并且在振动部件的外表面达到最大声流。由图3和图4可以看出，直径为3mm的颗粒最后在振动部件21附近快速自转或绕柱旋转，培养液中颗粒可以实现主动式周期运动，从而解决其缺氧带来的死亡问题。
在示例性实施方式中，图2所示培养结构中，多个振动部件21第一端211和第二端212端面的直径，可以设置为自靠近压电换能器231至远离压电换能器231逐渐减小。例如，图2中离压电换能器231最近的振动部件21第一端211端面直径可以设置为0.6毫米，第二端212端面直径可以设置为0.3毫米；离压电换能器231最远的振动部件21第一端211端面直径可以设置为0.4毫米，第二端212端面直径可以设置为0.1毫米。压电换能器231产生的振动信号通常随着距离的增加在传播过程中有所损耗，离压电换能器231较远的振动部件21端面的直径比较小(振动阻力相对小一些)，离压电换能器231较近的振动部件21端面的直径相对较大(振动阻力相对大一些)，可以尽量弥补振动信号损耗导致不同距离振动部件21带动培养液运动的差异，使得多个振动部件21根据振动信号带动容纳结构11中的培养液尽量产生相同的运动。
在示例性实施方式中，如图5和图7所示，振动部件21为柱体结构，柱 体结构第一端211和第二端212的端面均为圆形。
在示例性实施方式中，如图5所示结构中，柱体结构第一端211和第二端212端面的直径为0.1毫米至6毫米，容纳结构11为空心圆柱结构，空心圆柱结构的内直径为0.5毫米至26毫米；柱体结构的振动部件21在盖板22上的正投影落入容纳结构11在盖板22上的正投影范围。
在示例性实施方式中，如图5所示，柱体结构的振动部件21第一端211和第二端212端面的直径为0.1毫米至0.4毫米；空心圆柱结构的容纳结构11的内直径为0.5毫米至1.5毫米。
例如，如图5所示的实施例中，设置振动部件21为圆柱形的柱体结构，该柱体结构的第一端211的端面直径为0.2mm，将容纳结构11设置为直径为1mm的空心圆柱结构。向图5所示培养结构的两个正交压电换能器231施加频率为30kHz的0.5V电压信号，设置两个正交压电换能器231的相位差为90°，对图5所示结构进行仿真，如图6a所示是一个容纳结构的声场的仿真效果图，单位为Mpa，如图6a所示距离柱体结构的振动部件21越近的区域声场越强并且在振动部件的外表面达到最大声场强度，图6b为一个容纳结构中声流场的仿真效果图，单位为mm/S，距离柱体结构的振动部件21越近的区域声流越强并且在振动部件的外表面达到最大声流，图6c为一个容纳结构中500μm的颗粒的粒子追踪轨迹的仿真结果示意图，单位是μm/S。根据图6仿真效果可以看出，直径为500μm的颗粒可以在300s内旋转至容纳结构11的区域中心(振动部件21的周边)贴附振动部件21随后不再运动(颗粒可以贴附在振动部件21周边振动)。
在图5所示的培养结构中，将振动部件21设置为柱体结构，可以在小范围内对小尺寸微粒进行快速吸附，实现微粒的汇聚，相比图2所示培养结构中将振动部件21设置为椎体结构，实现了不同的技术效果。
在示例性实施方式中，图5所示培养结构中，多个振动部件21第一端211和第二端212端面的直径，可以设置为自靠近压电换能器231至远离压电换能器231逐渐减小。例如，图5中离压电换能器231最近的振动部件21第一端211和第二端212端面直径可以设置为0.4毫米；离压电换能器231最远的振动部件21第一端211和第二端212端面直径可以设置为0.1毫米。 压电换能器231产生的振动信号通常随着距离的增加在传播过程中有所损耗，离压电换能器231较远的振动部件21端面的直径比较小(振动阻力相对小一些)，离压电换能器231较近的振动部件21端面的直径相对较大(振动阻力相对大一些)，可以尽量弥补振动信号损耗导致不同距离振动部件21带动培养液运动的差异，使得多个振动部件21根据振动信号带动容纳结构11中的培养液尽量产生相同的运动。
在另一种示例性实施方式中，图5所示培养结构中，容纳结构11可以设置为空心长方体结构，空心长方体结构的容纳结构11的开口110位置为正方形，正方形开口110位置的边长可以设置为0.5毫米至1.5毫米，柱体结构的振动部件21第一端211和第二端212端面的直径可以设置为0.1毫米至0.4毫米。
在示例性实施方式中，如图7所示，柱体结构第一端211和第二端212端面的直径为0.1毫米至6毫米，容纳结构11为空心长方体结构，空心长方体结构的容纳结构11的开口110位置为正方形，正方形开口110位置的边长为0.5毫米至26毫米，开口110位置所在平面与盖板22所在平面平行；柱体结构的振动部件21在盖板22上的正投影落入容纳结构11在盖板22上的正投影范围。
在示例性实施方式中，如图7所示，柱体结构的振动部件21第一端211和第二端212端面的直径为0.1毫米至0.4毫米；正方形开口位置的边长为0.5毫米至1.5毫米。例如，图7所示的实施例中的容纳结构11设置为空心长方体结构，容纳结构11的正方形开口110位置的边长为0.5毫米至1.5毫米之间的数值。在示例性实施方式中，图7所示培养结构中，多个振动部件21第一端211和第二端212端面的直径，可以设置为自靠近压电换能器231至远离压电换能器231逐渐减小。例如，图7中离压电换能器231最近的振动部件21第一端211和第二端212端面直径可以设置为0.4毫米；离压电换能器231最远的振动部件21第一端211和第二端212端面直径可以设置为0.1毫米。压电换能器231产生的振动信号通常随着距离的增加在传播过程中有所损耗，离压电换能器231较远的振动部件21端面的直径比较小(振动阻力相对小一些)，离压电换能器231较近的振动部件21端面的直径相对较大 (振动阻力相对大一些)，可以尽量弥补振动信号损耗导致不同距离振动部件21带动培养液运动的差异，使得多个振动部件21根据振动信号带动容纳结构11中的培养液尽量产生相同的运动。
在另一种示例性实施方式中，如图7所示，柱体结构的振动部件21第一端211和第二端212端面的直径可以为1毫米至6毫米；正方形开口位置的边长为10毫米至26毫米。在示例性实施方式中，图7所示培养结构中，多个振动部件21第一端211和第二端212端面的直径，可以设置为自靠近压电换能器231至远离压电换能器231逐渐减小。例如，图7中离压电换能器231最近的振动部件21第一端211和第二端212端面直径可以设置为6毫米；离压电换能器231最远的振动部件21第一端211和第二端212端面直径可以设置为1毫米。压电换能器231产生的振动信号通常随着距离的增加在传播过程中有所损耗，离压电换能器231较远的振动部件21端面的直径比较小(振动阻力相对小一些)，离压电换能器231较近的振动部件21端面的直径相对较大(振动阻力相对大一些)，可以尽量弥补振动信号损耗导致不同距离振动部件21带动培养液运动的差异，使得多个振动部件21根据振动信号带动容纳结构11中的培养液尽量产生相同的运动。
例如，如图7所示的实施例中，设置振动部件21为圆柱形的柱体结构，该柱体结构的第一端211和第二端212的端面直径为3mm，将容纳结构11设置为空心长方体结构，该空心长方体结构的正方形开口110位置的边长为18mm。
在另一种示例性实施方式中，图7所示的实施例中的容纳结构11可以设置成空心圆柱结构，设置该空心圆柱的端面直径可以设置为10毫米至26毫米之间的数值。
在示例性实施方式中，在图7所示培养结构中，压电换能器231输入电压信号为0.3V至0.8V，输入电压信号的频率为25kHz至35kHz，两个压电换能器产生的振动信号的相位差为-10°至10°。例如，图7所示的培养结构中两个压电换能器正交，两个压电换能器231产生的振动信号的相位差为0度，压电换能器231输入电压信号为0.5V，输入电压信号的频率为30kHz。如图8所示，为图7所述培养结构的仿真结果示意图，图8所示仿真结果对 应图7培养结构参数如下：柱体结构的振动部件21第一端211和第二端212的端面直径为3mm，容纳结构11为空心长方体结构，空心长方体结构的正方形开口110位置的边长为18mm，培养结构中两个压电换能器正交，两个压电换能器231产生的振动信号的相位差为0度，压电换能器231输入电压信号为0.5V，输入电压信号的频率为30kHz，培养液中颗粒直径为4毫米。图8所示为仿真结果示意图，4毫米左右的颗粒可以在300秒左右的时间富集至振动部件21延伸至培养液3部分的圆柱结构在周向方向的两端(即颗粒富集的两个位置位于延伸至培养液部分柱体结构的表面，且颗粒富集的位置相对于振动部件21的中心线对称)，随后不再做相对运动(颗粒可以在振动部件21的带动下振动)。图8a所示为声压场的仿真效果示意图，单位为MPa；图8b所示为声流的仿真效果示意图，单位为毫米/秒；图8c所示为粒子追踪轨迹示意图，单位为微米/秒。根据图8仿真结果，可以看出，图7所示的培养结构可以实现对大面积培养液区域散布的颗粒进行富集。
在示例性实施方式中，如图9所示，振动部件21可以为长方体结构，容纳结构11可以为空心长方体结构，容纳结构11在盖板22上的正投影覆盖振动部件21在盖板22上的正投影。
在示例性实施方式中，如图9所示，长方体结构的振动部件21第一端211和第二端212的端面均为正方形，正方形边长为4毫米至12毫米；容纳结构11的开口位置为正方形，正方形开口位置的边长为14毫米至22毫米，开口位置所在平面与盖板所在平面平行。在图9所示结构中，第一端211和第二端212端面的四条边分别与容纳结构11开口位置的四条边平行。
例如，如图9所示的实施例中，设置振动部件21为长方体结构，该长方体结构的第一端211和第二端212的端面均为正方形，该正方形边长为8mm，设置容纳结构11为空心长方体结构，该空心长方体结构的开口位置为正方形，该正方形开口位置的边长为18mm。图9所示的培养结构可以用于液体样品中颗粒的提取并将培养液中的颗粒四等份均分。向图9所示培养结构的两个正交压电换能器231施加频率为30kHz的0.5V电压信号，设置两个正交压电换能器231的相位差为90度，培养液颗粒为2毫米，图10为对图9中一个容纳结构进行仿真的结果示意图，根据仿真结果可以看出，直径为2mm 的颗粒可以在40s内快速均匀运动到振动部件21的四个外侧壁表面，实现对液体中颗粒的吸附，可以用于液体样品中颗粒的提取并四等份均分，或者可以起到细胞计数板的作用。
在示例性实施方式中，在图9所示结构中，多个振动部件21第一端和第二端端面的边长，自靠近压电换能器231至远离压电换能器231逐渐减小。例如，图9中离压电换能器231最近的振动部件21第一端211和第二端212端面边长可以设置为10毫米；离压电换能器231最远的振动部件21第一端211和第二端212端面边长可以设置为5毫米。压电换能器231产生的振动信号通常随着距离的增加在传播过程中有所损耗，离压电换能器231较远的振动部件21端面的边长比较小(振动阻力相对小一些)，离压电换能器231较近的振动部件21端面的边长相对较大(振动阻力相对大一些)，可以尽量弥补振动信号损耗导致不同距离振动部件21带动培养液运动的差异，使得多个振动部件21根据振动信号带动容纳结构11中的培养液尽量产生相同的运动。
在示例性实施方式中，如图11所示，振动部件21可以为柱体结构，柱体结构第一端211和第二端212的端面为圆形，任意一个容纳结构11对应有两个柱体结构，两个柱体结构在盖板22上的正投影位于对应的容纳结构11在盖板22上的正投影的范围内
在示例性实施方式中，在图11所示培养结构中，柱体结构的振动部件21的第一端211和第二端212端面的直径为0.1毫米至0.4毫米；与同一个容纳结构11对应的两个振动部件21之间的间距R为0.1毫米至0.3毫米。容纳结构11可以为空心结构的圆柱体结构，空心圆柱结构的内直径可以为1.1毫米至3.2毫米；或者容纳结构11可以为空心长方体结构，容纳结构11的开口位置为正方形，正方形开口位置的边长为1.1毫米至3.2毫米，开口位置所在平面与盖板22所在平面平行。
例如，如图11所示的培养结构的容纳结构11为空心的长方体结构，该空心的长方体结构的开口位置为正方形，该正方形开口位置的边长为2mm，开口位置所在平面与盖板22所在平面平行，该容纳结构11对应有两个圆柱形柱体结构的振动部件21，每个振动部件21的端面直径是0.2mm，同一个 容纳结构11对应的两个振动部件21之间的间距为0.2mm。对图11所示类器官结构的两个正交压电换能器231施加频率为30kHz的0.5V电压信号，设置两个正交压电换能器231的相位差为90°，培养液中颗粒约为1毫米左右，仿真结果如图12所示，直径为1mm的颗粒在2000s内旋转经过整个流体区域并最终富集于两个柱体结构的振动部件21上，在振动部件21的作用下其经过在整个包被液体中充分移动搅拌并最终在振动部件21上得以直接取出。
在示例性实施方式中，图11所示培养结构中，多个振动部件21第一端211和第二端212端面的直径，可以设置为自靠近压电换能器231至远离压电换能器231逐渐减小。例如，图11中离压电换能器231最近的振动部件21第一端211和第二端212端面直径可以设置为0.2毫米；离压电换能器231最远的振动部件21第一端211和第二端212端面直径可以设置为0.1毫米。压电换能器231产生的振动信号通常随着距离的增加在传播过程中有所损耗，离压电换能器231较远的振动部件21端面的直径比较小(振动阻力相对小一些)，离压电换能器231较近的振动部件21端面的直径相对较大(振动阻力相对大一些)，可以尽量弥补振动信号损耗导致不同距离振动部件21带动培养液运动的差异，使得多个振动部件21根据振动信号带动容纳结构11中的培养液尽量产生相同的运动。
在示例性实施方式中，振动信号产生结构23可以包括多个压电换能器，振动部件21可以为培养板1底部分别与多个容纳结构11对应的位置，多个压电换能器分别与多个振动部件对应，每个压电换能器产生的振动信号作用于对应的振动部件上。在示例性实施方式中，压电换能器可以为环形压电换能器；压电换能器在盖板21上的正投影与其对应的振动部件21在盖板22上的正投影至少部分重叠。
在示例性实施方式中，在图2、图5、图7、图9、图11所示结构中，培养板1的厚度可以为15毫米至21毫米，振动部件21的高度可以为14毫米至20毫米。例如，培养板1的厚度可以为18毫米，振动部件21的高度可以为17mm。
下面结合附图对本公开实施例提供的多种类培养结构分别进行说明：
图1为本公开实施例一种培养结构的立体结构示意图，图2a所示为培养结构在位于盖板一侧观测的平面结构示意图，图2b是图2a所示培养结构去除盖板之后的平面结构示意图，图2c是图2a所示培养结构沿L1-L1位置的剖面结构示意图,图2d是培养板1的剖面结构示意图。
如图1和图2a-2c所示，培养结构包括培养板1和振动结构2，振动结构2设置在培养板1的上方，培养板1上设有多个容纳结构11，多个容纳结构11内部容纳培养液3，振动结构2包括振动部件21、盖板22和振动信号产生结构23，多个振动结构21与多个容纳结构11对应设置。在图2a-2d所示的培养结构中，振动部件21是椎体结构，容纳结构11可以为空心圆柱结构，多个空心圆柱结构的容纳结构11与多个椎体结构的振动部件21对应设置。
图2所示实施例中振动信号产生结构23设为两个压电换能器231，两个压电换能器231设置在盖板22的相邻的两个边缘，设置图2所示盖板为矩形，使得两个压电换能器产生的振动信号的传播方向在盖板22所在平面内正交。由于本公开实施例所选声波频率在100kHz以下，其在器件中对应声波长为厘米量级，产生体声波在数个周期以内，没有明显附加效应，所选换能器尺寸和形状对结果不产生决定性影响，其正交位置直接决定了流动结果。
图2c所示椎体结构的振动部件21包括相对设置的第一端211和第二端212，振动部件21的第一端211与盖板22连接，振动部件21的第二端212远离盖板22延伸至对应的容纳结构11的培养液3中，且未与容纳结构11和培养板1接触。所选振动部件21的高度主要受到声流场驱动液体深度制约，考虑到振动部件21的尺寸，在声流场作用下发生明显流动的液体深度在毫米量级，因此所选振动部件21的高度均为贴近容纳结构11底部附近的高度，但是振动部件21的第二端212未与容纳结构11和培养板1接触。在示例性实施方式中，培养液3深度H可以为1毫米至4毫米，振动部件21延伸至对应的容纳结构11的培养液3的深度h可以为0.5毫米至3毫米，振动部件21与所述容纳结构11底部之间的距离D可以为0.5毫米至1.5毫米。
本公开实施例的压电换能器231与盖板22、盖板22与振动部件21的连接可以通过固体硬质玻璃胶、硅油、矿物油、超声耦合剂、固体胶中的至少一种实现，一方面实现两两之间的固定，另一方面硬质玻璃胶可以在传输过 程中减少声损耗，最大程度实现功能。由此，图2c中所示培养结构中，两个正交的压电换能器231产生的体声波带动其耦合的盖板22振动，盖板22的振动使得耦合其下表面的椎体结构213发生受迫振动，当使用两个相互正交的压电换能器在相同输入信号进行激励时，在椎体结构的振动部件21周围会产生相对称的两个环形声流场，当使用两个相互正交的压电换能器在输入信号周期的相位差为半个周期进行激励的情况下，在振动部件21周围会产生一个圆形的声流场。这个声流场使得类器官可以沿着振动部件21旋转实现主动式周期运动，从而解决其缺氧带来的死亡问题。
在图2所示实施例中，设置所选锥体结构的振动部件21的第一端211端面直径为0.6mm，设置第二端212端面直径为0.2mm，设置椎体结构高为17mm，将容纳结构11设置为直径为16mm的空心圆柱结构。向该培养结构的两个正交的压电换能器231施加信号，所加信号频率为34kHz，设置两个正交压电换能器的相位差为90°，输入信号为0.5V，放大倍数47dB，启动两个压电换能器231开始工作，容纳结构11中培养液3快速流动，直径为3mm的颗粒在振动部件21附近快速自转或绕柱旋转。图3是该实施例的实验实物图，从图3中可以看出3mm直径的颗粒绕振动部件21旋转。图4a是该实施例中一个容纳结构的声场的仿真效果图，单位为Mpa，可见距离振动部件21越近的区域声场越强并且在振动部件21的表面达到最大声场强度，图4b为该实施例中一个容纳结构中声流场的仿真效果图，单位为mm/S，距离振动部件21越近的区域声流越强并且在振动部件的外表面达到最大声流。因此，直径为3mm的颗粒最后在振动部件21附近快速自转或绕柱旋转，培养液中的颗粒可以实现主动式周期运动，从而解决缺氧带来的死亡问题。
图5a-5c是本公开实施例另一种培养结构的结构示意图。图5a培养结构位于盖板一侧的平面结构示意图，图5b图5a中培养结构去除盖板的平面结构示意图，图5c是图5a中L2-L2位置的剖面结构示意图。
图5a-5c所示实施例的培养结构与图2a-2d所示培养结构的基本连接结构和部件类似，但是结构形状和尺寸不同。如图5a-5c所示，振动部件21是单个圆柱形柱体结构。所选柱体结构的直径可以为0.2mm，所选容纳结构11可以为内直径1mm的空心圆柱结构，向该实施例所述培养结构的两个正交 压电换能器231施加0.5V的电压信号，所加电压信号频率为30kHz，设置两个正交压电换能器231的相位差为90°，实验表明直径为500μm的颗粒在300s内旋转至容纳结构11的区域中心贴附振动部件21随后不再运动。图6a为该实施例中一个容纳结构的声场的仿真效果图，单位为Mpa，可见距离振动部件21越近的区域声场越强并且在振动部件的外表面达到最大声场强度，图6b为该实施例的一个容纳结构中声流场的仿真效果图，单位为mm/S，距离柱体结构的振动部件21越近的区域声流越强并且在振动部件的外表面达到最大声流。图6c为该实施例的一个容纳结构中500μm的颗粒的粒子追踪轨迹的仿真结果示意图，单位是μm/S。
图2a至图2d所示的培养结构，锥体结构的振动部件21可以配合大尺寸培养板1进行颗粒的旋转运动。相比于图2a至图2d所示的培养结构，图5所示实施例中设置振动部件21为柱体结构，柱体结构则可以在小范围内对小尺寸微粒进行快速吸附，实现微粒的汇聚，两个实施例具有不同的技术效果。由于器官组织需要在一起生长，实现微粒的汇聚具有重要的意义。
图7a-7c所示实施例的培养结构与上述两个实施例所示培养结构的基本连接结构和部件类似，但是结构和尺寸不同。如图7a-7c所示，振动部件21是单个柱体结构。所选柱体结构的振动部件21的直径为3mm，将容纳结构11设置为长方体结构，长方体结构的容纳结构11的开口为正方形，正方形开口位置的边长为18mm，向该实施例所述培养结构的两个正交压电换能器231施加0.5V的电压信号，所加电压信号的频率为30kHz，设置两个正交压电换能器231的相位差为0°，实验表明直径为4mm的颗粒在300s富集至柱体结构的振动部件21的两端区域中心贴附柱体结构214随后不再做相对运动。
图8a所示为图7所示培养结构中一个容纳结构11的声场的仿真效果图，单位为Mpa，图8b为图7所示培养结构中一个容纳结构中声流场的仿真效果图，单位为mm/S。图8c为图7所示培养结构中一个容纳结构中4mm的颗粒的粒子追踪轨迹的仿真结果示意图，单位是μm/S。
相比图5a-5c所示的培养结构能够实现颗粒旋转富集效果，图7a-7c所示培养结构中所选容纳结构11在培养板1上所占区域为大面积正方形区域，并 且两个正交压电换能器的输入信号无相位差，其声流场作用效果为两极捕获富集，可以实现对大面积的容纳结构的培养液区域中的散布颗粒进行富集。
图9a-9c所示实施例的培养结构与上述实施例所示培养结构的基本连接结构和部件类似，但是结构和尺寸不同。如图9b-9c所示，振动部件21是长方体结构。所选长方体结构的振动部件21的两个端面边长为8mm，所选容纳结构11为空心长方体结构，容纳结构11开口位置为正方形，正方形的边长为18mm的，向该实施例所述培养结构的两个正交压电换能器231施加信号，所加信号强度为30kHz，设置两个正交压电换能器231的相位差为90度，实验表明直径为2mm的颗粒在40s内快速均匀运动到振动部件21的四个壁表面，实现对液体中物体的吸附，可以用于液体样品中颗粒的提取并四等份均分，或者可以起到细胞计数板的作用。
对图9所示培养结构进行仿真，如图10a是图9所示培养结构中一个容纳结构的声场的仿真效果图，单位为Mpa，图10b为图9所示培养结构中一个容纳结构中声流场的仿真效果图，单位为mm/S。图10c为图9所示培养结构中一个容纳结构中2mm的颗粒的粒子追踪轨迹的仿真结果示意图，单位是μm/S。根据仿真结果可以看出，图9a-9c所示实施例的培养结构，对颗粒样本进行四等分可以实现具备可重复性的样本计数功能，如细胞计数板需要通过毛细作用将固定体积液体吸附至四个平面实现。本实施例可以对更大尺寸颗粒实现快速有效均分吸附，实现样本的计数和粒子密度测算，具备更加广泛的使用范围。
图11a-11c所示实施例的培养结构与上述实施例所示培养结构的基本连接结构和部件类似，但是结构和尺寸不同。如图11b-11c所示，振动部件21是柱体结构，任意一个所述容纳结构11对应有两个柱体结构的振动部件21，将柱体结构的振动部件21的直径设置为0.2mm，两个柱体结构的振动部件21的间隔R为0.2mm，将容纳结构11设置为空心长方体结构，容纳结构11的开口为正方形，正方形开口的边长为2mm，向该实施例所述培养结构的两个正交压电换能器231施加0.5V的电压信号，所加电压信号强度(频率)为30kHz，设置两个正交压电换能器231的相位差为90°，实验表明直径为1mm的颗粒在2000s内旋转经过整个流体区域并最终富集于两个柱体结构的振动 部件21上。其中流体域为对颗粒进行包被的液体，在振动部件的作用下经过在整个包被液体中充分移动搅拌并最终在振动部件21上得以直接取出。
对图11所示结构进行仿真，如图12a所示为图11所示培养结构中一个容纳结构的声场的仿真效果图，单位为Mpa，图12b所示为图11所示培养结构中一个容纳结构中声流场的仿真效果图，单位为mm/S。图12c所示为图11所示培养结构中一个容纳结构中1mm直径的颗粒的粒子追踪轨迹的仿真结果示意图，单位是μm/S。
图11a-11c所示培养结构，对应一个容纳结构11中设有两个振动部件21，2个柱体结构共同组成的成对柱体结构，选择柱体结构两个端面的直径为0.2mm是与图5a-5c所示实施例进行直接对比，所选成对柱体结构的振动部件具备单个柱体结构的振动部件完全不具备的成对柱体结构间的低压区域，结合5a-5c中单个柱体结构的旋转效果使得声流场变为椭圆形，图11a-11c的双主体结构的振动部件21的作用效果可以实现整个容纳结构区域内的快速搅拌均匀。对于需要进行表面修饰包被的颗粒而言，大范围的椭圆形绕转轨迹加之流动搅拌作用可以使颗粒表面得到充分的修饰，具备特殊的技术效果。
在本公开实施例中，可以将固定的两个正交的压电换能器换为多个固定于培养板底部的环形压电换能器，多个振动部件21可以为培养板1底部与多个容纳结构对应的位置，使用TFT对压电换能器进行独立控制，可以实现单个容纳结构中每个类器官的单独控制，可以实现更高的调制深度和调控精度。
本公开实施例还提供了一种培养方法，应用上述任一实施例的培养结构，培养结构包括培养板和振动结构，培养板包括多个容纳结构，容纳结构设置为容纳培养液；振动结构包括振动信号产生结构和多个振动部件，培养方法可以包括：
产生振动信号；
振动结构根据振动信号带动容纳结构中的培养液运动。
在示例性实施方式中，振动结构还可以包括盖板，容纳结构包括开口，开口设置为朝向盖板的一侧，盖板设置于培养板位于容纳结构开口的一侧，多个振动部件设置于盖板朝向培养板的一侧，任意一个振动部件与其中一个 容纳结构对应设置；振动部件包括相对设置的第一端和第二端，振动部件的第一端与盖板连接，振动部件的第二端远离盖板延伸至对应的容纳结构的培养液中；振动信号产生结构设置于盖板上；
产生振动信号，包括：对振动信号产生结构施加电压信号，振动信号产生结构根据电压信号产生振动信号；
振动结构根据振动信号带动容纳结构中的培养液运动，包括：将振动信号通过盖板作用于振动部件，振动部件带动对应的容纳结构中的培养液运动。
本公开实施例还提供了一种培养芯片，包括根据上述任一实施例的培养结构。因此，该培养芯片具有上述示例性实施方式任一项的培养结构的有益效果。
本公开实施例提供了一种培养结构、培养方法、培养芯片，培养结构包括培养板和振动结构，培养板包括多个容纳培养液的容纳结构，振动结构包括振动信号产生结构和多个振动部件，多个振动部件根据振动信号产生结构产生的振动信号带动多个容纳结构中的培养液运动。本公开实施例提供的培养结构，多个振动部件根据振动信号产生结构产生的振动信号带动多个容纳结构中的培养液运动，在类器官生长过程中可以向类器官提供充足的氧气，并使培养液中的氧气和养分均衡，使得在培养液中培养的类器官发育完全，解决了类器官生长过程中因中心缺少氧气或养分导致类器官细胞死亡的技术问题。
需要说明的是，本公开实施例所述的培养结构的结构形状和尺寸比例等并不限于上述实施例中的记载，可以根据实际需求进行调整，本公开的实施例对此不作限制。另外，本公开的附图仅用于示意性的说明其结构形状和大概比例，并不对本公开实施例微流控流道结构的尺寸和比例进行限制。
在本公开实施例的描述中，需要理解的是，术语“中部”、“上”、“下”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”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公开和简化描述，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，因此不能理解为对本公开的限制。
在本公开实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定， 术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据情况理解上述术语在本公开中的含义。
本公开中的“约”，是指不严格限定界限，允许工艺和测量误差范围内的数值。
虽然本公开所揭露的实施方式如上，但所述的内容仅为便于理解本公开而采用的实施方式，并非用以限定本公开。任何本公开所属领域内的技术人员，在不脱离本公开所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式及细节上进行任何的修改与变化，但本公开的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。
Claims (29)
- 一种培养结构，包括培养板和振动结构，所述振动结构设置于所述培养板上；所述培养板包括：多个容纳结构，所述容纳结构设置为容纳培养液；所述振动结构包括振动信号产生结构和多个振动部件；所述振动信号产生结构，设置为产生振动信号；所述多个振动部件，与所述振动信号产生结构连接，设置为根据所述振动信号带动所述多个容纳结构中的培养液运动。
- 根据权利要求1所述的培养结构，其中，所述振动结构还包括盖板；所述容纳结构包括开口，所述容纳结构的开口设置为朝向所述盖板的一侧；所述盖板设置于所述培养板位于所述容纳结构的开口的一侧；所述多个振动部件设置于所述盖板朝向所述培养板的一侧，任意一个振动部件与其中一个容纳结构对应设置；所述振动部件包括相对设置的第一端和第二端，所述振动部件的第一端与所述盖板连接，所述振动部件的第二端远离所述盖板延伸至对应的容纳结构的培养液中；所述振动信号产生结构设置于所述盖板上，通过所述盖板与所述多个振动部件连接，并将所述振动信号通过所述盖板作用于所述振动部件。
- 根据权利要求2所述的培养结构，其中，所述振动信号产生结构包括至少两个压电换能器，所述至少两个压电换能器设置于所述盖板的边缘，且所述至少两个压电换能器产生的振动信号的传播方向在所述盖板所在平面内相交。
- 根据权利要求3所述的培养结构，其中，所述振动信号产生结构包括两个压电换能器，在所述盖板所在平面内，两个所述压电换能器产生的振动信号的传播方向所成的夹角为80°至100°。
- 根据权利要求3或4所述的培养结构，其中，所述盖板为矩形结构，所述两个压电换能器设置于所述盖板相互垂直的两个侧边，两个所述压电换 能器产生的振动信号的传播方向在所述盖板所在平面内正交。
- 根据权利要求2所述的培养结构，其中，所述振动信号产生结构包括多个压电换能器，所述多个压电换能器分别与所述多个振动部件对应，每个压电换能器产生的振动信号作用于对应的振动部件上。
- 根据权利要求2至6任一项所述的培养结构，其中，所述培养液深度为1毫米至4毫米，所述振动部件延伸至对应的容纳结构的培养液的深度为0.5毫米至3毫米，所述振动部件与所述容纳结构底部之间的距离为0.5毫米至1.5毫米。
- 根据权利要求2至6任一项所述的培养结构，其中，所述多个振动部件在所述培养板上的正投影位于所述多个容纳结构在所述培养板上的正投影的范围之内。
- 根据权利要求8所述的培养结构，其中，所述振动部件在所述培养板上正投影的面积为所述振动部件所对应的容纳结构在所述培养板上正投影面积的30％至70％。
- 根据权利要求4至9任一项所述的培养结构，其中，所述振动部件为椎体结构，所述振动部件的第一端在所述盖板上的正投影面积大于所述振动部件第二端在所述盖板上的正投影的面积。
- 根据权利要求10所述的培养结构，其中，所述振动部件第一端和第二端的端面均为圆形，所述振动部件第一端端面的直径为0.4毫米至0.8毫米，所述振动部件第二端端面的直径为0.1毫米至0.3毫米，所述容纳结构为空心圆柱结构，所述空心圆柱结构的内直径为14毫米至18毫米。
- 根据权利要求4至9任一项所述的培养结构，其中，所述振动部件为柱体结构，所述柱体结构第一端和第二端的端面均为圆形。
- 根据权利要求12所述的培养结构，其中，所述柱体结构第一端和第二端端面的直径为0.1毫米至6毫米，所述容纳结构为空心圆柱结构或空心长方体结构，所述空心圆柱结构的内直径为0.5毫米至26毫米，所述空心长方体结构的容纳结构的开口位置为正方形，所述正方形开口位置的边长为0.5毫米至26毫米，所述开口位置所在平面与所述盖板所在平面平行；所述柱体结构在所述盖板上的正投影落入所述容纳结构在所述盖板上的正投影范围。
- 根据权利要求13所述的培养结构，其中，所述柱体结构第一端和第二端端面的直径为0.1毫米至0.4毫米；所述空心圆柱结构的内直径为0.5毫米至1.5毫米，所述正方形开口位置的边长为0.5毫米至1.5毫米。
- 根据权利要求13所述的培养结构，其中，所述柱体结构第一端和第二端端面的直径为1毫米至6毫米；所述空心圆柱的内直径为10毫米至26毫米，所述正方形开口位置的边长为10毫米至26毫米。
- 根据权利要求15所述的培养结构，其中，所述压电换能器输入电压信号为0.3V至0.8V，输入电压信号的频率为25kHz至35kHz，两个压电换能器产生的振动信号的相位差为-10°至10°。
- 根据权利要求4至9任一项所述的培养结构，其中，所述振动部件为长方体结构，所述容纳结构为空心长方体结构，所述容纳结构在所述盖板上的正投影覆盖所述振动部件在所述盖板上的正投影。
- 根据权利要求17所述的培养结构，其中，所述长方体结构第一端和第二端的端面均为正方形，所述正方形边长为4毫米至12毫米；所述容纳结构的开口位置为正方形，所述正方形开口位置的边长为14毫米至22毫米，所述开口位置所在平面与所述盖板所在平面平行。
- 根据权利要求4至9任一项所述的培养结构，其中，所述振动部件为柱体结构，所述柱体结构第一端和第二端的端面为圆形，任意一个所述容纳结构对应有两个所述柱体结构，两个所述柱体结构在所述盖板上的正投影位于对应的容纳结构在所述盖板上的正投影的范围内。
- 根据权利要求19所述的培养结构，其中，所述柱体结构第一端和第二端端面的直径为0.1毫米至0.4毫米；与同一个容纳结构对应的两个振动部件之间的间距为0.1毫米至0.3毫米；所述容纳结构为空心结构的圆柱结构，所述空心圆柱结构的内直径为1.1 毫米至3.2毫米；或者所述容纳结构为空心长方体结构，所述容纳结构的开口位置为正方形，所述正方形开口位置的边长为1.1毫米至3.2毫米，所述开口位置所在平面与所述盖板所在平面平行。
- 根据权利要求10至15、19至20任一项所述的培养结构，其中，多个所述振动部件第一端和第二端端面的直径，自靠近所述压电换能器至远离所述压电换能器逐渐减小。
- 根据权利要求17或18所述的培养结构，其中，多个所述振动部件第一端和第二端端面的边长，自靠近所述压电换能器至远离所述压电换能器逐渐减小。
- 根据权利要求2所述的培养结构，其中，所述振动信号产生结构包括多个压电换能器，所述振动部件为所述培养板底部分别与所述多个容纳结构对应的位置，所述多个压电换能器分别与所述多个振动部件对应，每个压电换能器产生的振动信号作用于对应的振动部件上。
- 根据权利要求6或23所述的培养结构，其中，所述压电换能器为环形压电换能器；所述压电换能器在所述盖板上的正投影与其对应的振动部件在所述盖板上的正投影至少部分重叠。
- 根据权利要求11、14、18、20任一项所述的培养结构，其中，所述压电换能器输入电压信号为0.3V至0.8V，输入电压信号的频率为20kHz至40kHz，两个压电换能器产生的振动信号的相位差为80°至100°。
- 根据权利要求1至25任一项所述的培养结构，其中，所述培养板的厚度为15毫米至21毫米，所述振动部件的高度为14毫米至20毫米。
- 一种培养方法，应用权利要求1至26任一项所述的培养结构，所述培养结构包括培养板和振动结构，所述培养板包括多个容纳结构，所述容纳结构设置为容纳培养液；所述振动结构包括振动信号产生结构和多个振动部件，所述方法包括：产生振动信号；所述振动结构根据所述振动信号带动所述容纳结构中的培养液运动。
- 根据权利要求27所述的培养方法，其中，所述振动结构还包括盖板，所述容纳结构包括开口，所述开口设置为朝向所述盖板的一侧，所述盖板设置于所述培养板位于所述容纳结构开口的一侧，所述多个振动部件设置于所述盖板朝向所述培养板的一侧，任意一个振动部件与其中一个容纳结构对应设置；所述振动部件包括相对设置的第一端和第二端，所述振动部件的第一端与所述盖板连接，所述振动部件的第二端远离所述盖板延伸至对应的容纳结构的培养液中；所述振动信号产生结构设置于所述盖板上；所述产生振动信号，包括：对所述振动信号产生结构施加电压信号，所述振动信号产生结构根据所述电压信号产生所述振动信号；所述振动结构根据所述振动信号带动所述容纳结构中的培养液运动，包括：将所述振动信号通过所述盖板作用于所述振动部件，所述振动部件带动对应的容纳结构中的培养液运动。
- 一种培养芯片，包括根据权利要求1至26任一项所述的培养结构。
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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