CN117660350A - 形成多细胞微球体的方法及装置、存储介质、电子设备 - Google Patents

Abstract

本发明的实施例提供一种形成多细胞微球体的方法，该方法可以包括：在容器中加入第二液体和第一液体，其中，所述第二液体位于所述第一液体下面，所述第一液体和所述第二液体互不相溶；在所述第一液体中生成细胞水凝胶微液滴，其中，所述细胞水凝胶微液滴在所述第一液体中固化成多细胞微球；以及通过施加物理场、采用机械力作用或调节油相组分促进相界面扰动或改变相界面张力，以便位于所述第一液体和所述第二液体分界面的所述多细胞微球穿过分界面转移至所述第二液体中。本发明的实施例还提供了一种形成多细胞微球体的装置、存储介质及电子设备。

Description

形成多细胞微球体的方法及装置、存储介质、电子设备

技术领域

本发明涉及生物医学技术领域，尤其涉及生物医学多细胞微球体的形成方法，更具体地，涉及一种形成多细胞微球体的方法及装置、存储介质、电子设备。

背景技术

三维(3D)细胞培养模型已经成为研究肿瘤细胞在生理相关环境中复杂行为的重要工具。多细胞肿瘤球(Multicellular Tumor Spheroid,MCTS)，是癌细胞的自组装聚集体，可以模仿实体瘤中观察到的结构和细胞异质性。相比传统的二维(2D)单层培养，3D培养模型具有独特的优势，研究人员能够通过3D培养模型研究肿瘤生物学的各个方面，包括细胞间相互作用、药物反应和肿瘤微环境相互作用等。相关技术中，主要是将适量的肿瘤细胞加入低粘附孔板中进行悬浮培养形成多细胞肿瘤球。

在实现本发明构思的过程中，发明人发现相关技术中至少存在如下问题：肿瘤球通过自身趋向于聚集的特性自组装形成细胞微球体，但存在以下弊端：i)自组装形成的细胞微球体大小不均一；ii)难以精确控制形成的细胞微球体的数量；iii)无法满足高通量筛选需求，即无法高效形成细胞微球体供科研人员进行研究；iv)难以原位观察肿瘤细胞的生长状态。

因此，如何高效生成大小均一、数量可控的细胞微球体，并且可以原位观察肿瘤细胞生长状态，是所属领域技术人员亟需解决的重要的技术问题。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种形成多细胞微球体的方法及装置、存储介质、电子设备，解决了相关技术中无法高效形成大小均一、数量可控的细胞微球体，并且无法在原位观察肿瘤细胞生长状态的问题。

为了解决上述技术问题，本发明的具体实施方式提供一种形成多细胞微球体的方法，包括：在容器中加入第二液体和第一液体，其中，所述第二液体位于所述第一液体下面，所述第一液体和所述第二液体互不相溶；在所述第一液体中生成细胞水凝胶微液滴，其中，所述细胞水凝胶微液滴在所述第一液体中固化成多细胞微球；以及通过施加物理场、采用机械力作用或调节油相组分促进相界面扰动或改变相界面张力，以便位于所述第一液体和所述第二液体分界面的所述多细胞微球穿过分界面转移至所述第二液体中。

本发明实施例的另一方面提供了一种形成多细胞微球体的装置，包括：支架；容器，用于盛装第一液体和第二液体，其中，所述第二液体位于所述第一液体下面，所述第一液体和所述第二液体互不相容；微液滴生成设备，设置在所述支架上，用于在所述第一液体中生成细胞水凝胶微液滴，其中，所述细胞水凝胶微液滴在所述第一液体中固化成多细胞微球；以及转移器，设置在所述支架上，用于通过施加物理场、调节油相组分或采用机械力作用促进相界面扰动或改变相界面张力，以便所述多细胞微球穿过所述第一液体和所述第二液体的分界面从所述第一液体转移至所述第二液体中。

本发明实施例的另一方面提供了一种计算机可读存储介质，存储有计算机可执行指令，上述指令在被处理器执行时用于实现本发明实施例的方法。

本发明实施例的另一方面提供了一种计算机程序，上述计算机程序包括计算机可执行指令，上述指令在被执行时用于实现本发明实施例的方法。

本发明实施例的另一方面提供了一种电子设备，包括一个或多个处理器以及存储装置，其中，上述存储装置用于存储可执行指令，上述可执行指令在被上述处理器执行时，实现本发明实施例的方法。

根据本发明的上述实施例，在容器中加入第一液体和第二液体，第二液体位于第一液体下面，第一液体和第二液体互不相溶，在第一液体中生成细胞水凝胶微液滴，生成的细胞水凝胶微液滴平铺在第一液体和第二液体分界面，扰动相界面或改变相界面张力，生成的细胞水凝胶微液滴从第一液体进入第二液体，形成多细胞微球体，可以至少部分地解决相关技术中无法高效形成大小均一、数量可控的细胞微球体，并且无法在原位观察肿瘤细胞生长状态的问题，并因此可以实现高效生成大小均一、数量可控的细胞微球体，并且可以在原位观察肿瘤细胞生长状态的技术效果。

应了解的是，上述一般描述及以下具体实施方式仅为示例性及阐释性的，其并不能限制本发明所欲主张的范围。

附图说明

下面的所附附图是本发明的说明书的一部分，其绘示了本发明的示例实施例，所附附图与说明书的描述一起用来说明本发明的原理。

图1为本发明具体实施例提供的一种形成多细胞微球体的方法的示意流程图。

图2为本发明具体实施例提供的另一种形成多细胞微球体的方法的示意流程图。

图3为本发明具体实施例提供的又一种形成多细胞微球体的方法的示意流程图。

图4为本发明具体实施例提供的一种生成微液滴的示意流程图。

图5为本发明具体实施例提供的一种在第一液体中形成微液滴的示意流程图。

图6A为本发明具体实施例提供的一种在第一液体中生成微液滴的示意图。

图6B为本发明具体实施例提供的一种微液滴在第一液体中固化成多细胞微球的示意图。

图6C为本发明具体实施例提供的一种显微镜下多细胞微球的图像。

图6D为本发明具体实施例提供的一种MCTS与单层培养肿瘤细胞的基因表达比较图。

图7A为本发明具体实施例提供的一种不同浓度的5-氟尿嘧啶对肿瘤球的抑制率示意图。

图7B为本发明具体实施例提供的一种不同浓度的伊立替康对肿瘤球的抑制率示意图。

图8为本发明具体实施例提供的一种形成多细胞微球体的装置的结构示意图。

图9为本发明具体实施例提供的一种普通培养板的结构示意图。

图10为本发明具体实施例提供的又一种形成多细胞微球体的装置的结构示意图。

图11为本发明具体实施例提供的一种微液滴生成设备的结构示意图。

附图标记说明：

1支架 2容器

3微液滴生成设备 4转移器

5普通培养板 6图像采集器

51底板 52格栅

521内部格栅 522孔板四壁

31加样针 32定位器

33泵控制器 34振动马达

L1第一液体 L2第二液体

D微液滴 B多细胞微球

BS分界面 T目标培养物

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面将以附图及详细叙述清楚说明本发明所揭示内容的精神，任何所属技术领域技术人员在了解本发明内容的实施例后，当可由本发明内容所教示的技术，加以改变及修饰，其并不脱离本发明内容的精神与范围。

本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。另外，在附图及实施方式中所使用相同或类似标号的元件/构件是用来代表相同或类似部分。

关于本文中所使用的“第一”、“第二”、…等，并非特别指称次序或顺位的意思，也非用以限定本发明，其仅为了区别以相同技术用语描述的元件或操作。

关于本文中所使用的方向用语，例如：上、下、左、右、前或后等，仅是参考附图的方向。因此，使用的方向用语是用来说明并非用来限制本创作。

关于本文中所使用的“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等等，均为开放性的用语，即意指包含但不限于。

关于本文中所使用的“及/或”，包括所述事物的任一或全部组合。

关于本文中的“多个”包括“两个”及“两个以上”；关于本文中的“多组”包括“两组”及“两组以上”。

关于本文中所使用的用语“大致”、“约”等，用以修饰任何可以微变化的数量或误差，但这些微变化或误差并不会改变其本质。一般而言，此类用语所修饰的微变化或误差的范围在部分实施例中可为20％，在部分实施例中可为10％，在部分实施例中可为5％或是其他数值。本领域技术人员应当了解，前述提及的数值可依实际需求而调整，并不以此为限。

在此使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有本领域技术人员通常所理解的含义，除非另外定义。应注意，这里使用的术语应解释为具有与本说明书的上下文相一致的含义，而不应以理想化或过于刻板的方式来解释。

在使用类似于“A、B和C等中至少一个”这样的表述的情况下，一般来说应该按照本领域技术人员通常理解该表述的含义来予以解释(例如，“具有A、B和C中至少一个的系统”应包括但不限于单独具有A、单独具有B、单独具有C、具有A和B、具有A和C、具有B和C、和/或具有A、B、C的系统等)。在使用类似于“A、B或C等中至少一个”这样的表述的情况下，一般来说应该按照本领域技术人员通常理解该表述的含义来予以解释(例如，“具有A、B或C中至少一个的系统”应包括但不限于单独具有A、单独具有B、单独具有C、具有A和B、具有A和C、具有B和C、和/或具有A、B、C的系统等)。本领域技术人员还应理解，实质上任意表示两个或更多可选项目的转折连词和/或短语，无论是在说明书、权利要求书还是附图中，都应被理解为给出了包括这些项目之一、这些项目任一方、或两个项目的可能性。例如，短语“A或B”应当被理解为包括“A”或“B”、或“A和B”的可能性。

相关技术中，多细胞肿瘤球原位培养方式主要包括：无支架的三维细胞培养、基于支架的三维细胞培养和液滴微流控。无支架的三维细胞培养主要包括液体覆盖法、悬滴法；基于支架的三维细胞培养主要包括天然支架、合成支架；液滴微流控包括主动式和被动式。被动法生成液滴又可以包括T型通道法、流聚焦法和共轴流法，主动法生成液滴是指在液滴生成过程中，通过局部施加电场力、磁场力和离心力等外力控制微液滴的生成。

然而，相关技术中多细胞肿瘤球原位培养方式生成多细胞微球法通常存在低通量，前期处理繁琐、劳动密集型等不足，而且主要为芯片式液滴生成技术，还没有无芯片生成多细胞微球的技术。

本发明实施例中，为了解决多细胞微球体制备不可控、大小不一、低通量的问题，发明人基于自主研发的振动微滴(OsciDrop)技术，建立了可在标准多孔板(例如，96孔板)上大批量制备基质胶包裹3D培养多细胞微球的免芯片系统，并且可以高效形成大小均一、数量可控的细胞微球体，而且能够在原位观察肿瘤细胞生长状态。

图1为本发明具体实施例提供的一种形成多细胞微球体的方法的示意流程图。

如图1所示，形成多细胞微球体的方法可以包括以下操作S101～S103：

在操作S101：在容器中加入第二液体和第一液体，其中，所述第二液体位于所述第一液体下面，所述第一液体和所述第二液体互不相溶。

本发明的实施例中，容器可以包括开口容器、半开口容器、密封容器等。容器可以包括器皿和烧杯等。所述第一液体可以包括轻质油，所述第二液体可以包括培养液。第一液体的密度小于第二液体的密度，在重力的作用下，第二液体位于第一液体下面。

然后，在操作S102：在所述第一液体中生成细胞水凝胶微液滴，其中，所述细胞水凝胶微液滴在所述第一液体中固化成多细胞微球。

本发明的实施例中，可以通过振动方式或者微流控方式在第一液体中生成细胞水凝胶微液滴。振动方式可以包括往复振动、上下振动、左右振动、非对称振动和间隙式振动等。细胞水凝胶微液滴可以为基质胶包裹肿瘤细胞的微液滴，即将基质胶与肿瘤细胞混合后生成的细胞水凝胶微液滴，肿瘤细胞被包裹在基质胶中，细胞水凝胶微液滴大小均一，直径CV＝1.5％(直径变异系数为1.15％)。

本发明的实施例中，细胞水凝胶微液滴在第一液体中自由下落到第一液体和第二液体接触面(分界面)，并在第一液体内固化成多细胞微球，成球率达到100％。多细胞微球可以为多细胞肿瘤球(MCTS)，多细胞肿瘤球较单层培养肿瘤细胞的上皮间质转化相关基因表达增加(即RNA(核糖核酸)基因的表达量增加)。

接下来，在操作S103：通过施加物理场、采用机械力作用或调节油相组分促进相界面扰动或改变相界面张力，以便位于所述第一液体和所述第二液体分界面的所述多细胞微球穿过分界面转移至所述第二液体中。

本发明的实施例中，可以利用振动马达振动容器壁，扰动相界面，多细胞微球穿过第一液体和第二液体的分界面，进入第二液体，最终沉入容器底部。还可以利用离心机扰动相界面，多细胞微球穿过第一液体和第二液体的分界面，进入第二液体，最终沉入容器底部。还可以施加外界电场、施加超声场和施加磁场作用力，扰动相界面，多细胞微球穿过第一液体和第二液体的分界面，进入第二液体，最终沉入容器底部。还可以向所述第一液体中添加低粘度组分、稀释降低所述第一液体中的表面活性剂浓度或向所述第一液体中添加破乳剂，改变相界面张力，多细胞微球穿过第一液体和第二液体的分界面，进入第二液体，最终沉入容器底部。

本发明的实施例中，施加物理场可以包括施加外界电场、施加超声场和施加磁场作用力中的至少一种。采用机械力作用可以包括振动所述容器和施加离心力中的至少一种。改变相界面张力可以包括：向所述第一液体中添加低粘度组分、稀释降低所述第一液体中的表面活性剂浓度或向所述第一液体中添加破乳剂。例如，可以添加不含有表面活性剂的油相以降低表面活性剂浓度，从而改变相界面(即分界面)张力；还可以添加低粘度油相以促进表面活性剂的溶解和相界面的解离速度，从而改变相界面(即分界面)张力；还可以添加破乳剂以促进油相破乳，从而改变相界面(即分界面)张力。

本发明的实施例中，可以高通量生成细胞水凝胶微液滴(细胞水凝胶微液滴可以为基质胶包裹肿瘤细胞)，且细胞水凝胶微液滴的大小、体积可控，生成细胞水凝胶微液滴的体积覆盖范围广(可以生成直径从1nL到2μL的细胞水凝胶微液滴)；通过扰动相界面或者改变相界面张力，多细胞微球穿过第一液体和第二液体的分界面进入第二液体，实现简便快捷、低成本的相转移，为后续多细胞微球的培养及原位成像观察奠定了良好基础。

图2为本发明具体实施例提供的另一种形成多细胞微球体的方法的示意流程图。

如图2所示，操作S103通过施加物理场、采用机械力作用或调节油相组分促进相界面扰动或改变相界面张力，以便位于所述第一液体和所述第二液体分界面的所述多细胞微球穿过分界面转移至所述第二液体中之后，形成多细胞微球体的方法还可以包括操作S104：

在操作S104：在普通培养板上将所述第二液体中的所述多细胞微球培养成目标培养物。

本发明的实施例中，普通培养板例如可以是96孔板。多细胞微球可以为多细胞肿瘤球(MCTS)。目标培养物可以为生长后肿瘤球。普通培养板可以包括底板和格栅。其中，所述底板的表面疏水；格栅设置在所述底板上，其中，所述格栅和所述底板形成多个用于收容第二液体的板孔，所述格栅包括内部格栅和孔板四壁，所述孔板四壁的高度大于所述内部格栅的高度。所述底板的导热率大于所述格栅的导热率。

本发明的实施例中，在普通培养板上培养第二液体中的多细胞微球，可以原位成像观察目标培养物(例如在光学显微镜下成像)，后续可以统计目标培养物(例如生长后的肿瘤球)的成球率，也可以原位进行药物评价，为后续绘制评价药物特性的柱状图奠定了良好基础。

图3为本发明具体实施例提供的又一种形成多细胞微球体的方法的示意流程图。

如图3所示，操作S104在普通培养板上将所述第二液体中的所述多细胞微球培养成目标培养物之后，形成多细胞微球体的方法还可以包括操作S105：

在操作S105：在所述目标培养物中加入不同试剂、药物或菌剂后原位采集所述目标培养物的明场或荧光图像。

本发明的实施例中，“明场”即Bright-field，即白光照明下的成像。在目标培养物(例如生长后的肿瘤球)中加入不同试剂、药物或菌剂后，可以原位观察药物对肿瘤的抑制情况，可获得相关实验数据(例如，肿瘤球大小、形成率、药物对肿瘤的生长抑制率等)。

本发明的实施例中，原位观察药物对肿瘤的抑制情况，方便科学研究及药物特性检测。

图4为本发明具体实施例提供的一种生成微液滴的示意流程图。

如图4所示，操作S102在所述第一液体中生成细胞水凝胶微液滴，可以包括以下操作S1021～S1022：

在操作S1021：将载有细胞水凝胶悬液的加样针的出液口定位到所述第一液体液面下。

本发明的实施例中，加样针的材质可以为金属或者非金属，也可以是一次性耗材。加样针内充满细胞水凝胶悬液，加样针的出液口没入第一液体液面下。加样针的出液口插入所述第一液体的深度可以为-0.3mm～0.9mm。例如，加样针的出液口插入第一液体的深度可以为-0.3mm、-0.2mm、-0.1mm、0mm、0.1mm、0.2mm、0.3mm、0.4mm、0.5mm、0.6mm、0.7mm、0.8mm、0.9mm等，深度为负数，说明加样针的出液口位于液面之上，由于液体具体一定亲附性，因此加样针的出液口位于液面之上一定距离时，加样针的出液口依然不会脱离第一液体；深度为正数，说明加样针的出液口位于液面之下。

然后，在操作S1022：向所述第一液体中注射所述细胞水凝胶悬液并振动所述加样针在所述第一液体中生成所述细胞水凝胶微液滴。

本发明的实施例中，加样针的出液口稳定向所述第一液体中注射所述细胞水凝胶悬液，周期性振动加样针，在第一液体剪切力的作用下，细胞水凝胶悬液在第一液体中形成细胞水凝胶微液滴。

本发明的实施例中，加样针的出液口在油面下插入深度范围从现有的-0.3mm～0.3mm提高到-0.3mm～0.9mm，对细胞水凝胶微液滴生成装置的定位精度要求大大下降，进一步降低振动细胞水凝胶微液滴生成装置的生产成本。

图5为本发明具体实施例提供的一种在第一液体中形成微液滴的示意流程图。

如图5所示，操作S1022向所述第一液体中注射所述细胞水凝胶悬液并振动所述加样针在所述第一液体中生成所述细胞水凝胶微液滴，可以包括以下操作S10221～S10223：

在操作S10221：将所述细胞水凝胶悬液持续从所述加样针的出液口匀速泵出。

本发明的实施例中，向贴壁生长的2D(二维)细胞(例如肿瘤细胞)加入0.25％的胰酶进行细胞消化，然后将消化下来的细胞与基质胶混合制备成细胞水凝胶悬液。在稳压泵的控制下，细胞水凝胶悬液持续从加样针的出液口稳定输出。

然后，在操作S10222：周期性振动插入所述第一液体中的加样针。

本发明的实施例中，例如，可以周期性以正弦波、方波、锯齿波等波形振动加样针，也可以非对称方式振动插入第一液体中的加样针，也可以以间歇式振动加样针。间歇式振动加样针生成细胞水凝胶微液滴，可以生成大小均一的细胞水凝胶微液滴，而且不会出现细胞水凝胶微液滴融合或被搅碎的情况。加样针的出液口在油面下插入深度范围从现有的-0.3mm～0.3mm提高到-0.3mm～0.9mm，对细胞水凝胶微液滴生成装置的定位精度要求大大下降，进一步降低振动细胞水凝胶微液滴生成装置的生产成本。

接下来，在操作S10223：从所述加样针稳定输出的所述细胞水凝胶悬液在所述第一液体内形成多个所述细胞水凝胶微液滴。

本发明的实施例中，从加样针出液中稳定输出的细胞水凝胶悬液在第一液体剪切力及惯性的作用下，一个振动周期内可以生成一个或两个细胞水凝胶微液滴。

本发明的实施例中，高通量生成大小均一的包含细胞(例如肿瘤细胞)的微液滴，细胞水凝胶微液滴在第一液体中固化成多细胞微球，并沉积在第一液体和第二液体的分界面，为后续多细胞微球进行油水相转移奠定坚实基础。

图6A为本发明具体实施例提供的一种在第一液体中生成微液滴的示意图。图6B为本发明具体实施例提供的一种微液滴在第一液体中固化成多细胞微球的示意图。图6C为本发明具体实施例提供的一种显微镜下多细胞微球的图像。图6D为本发明具体实施例提供的一种MCTS与单层培养肿瘤细胞的基因表达比较图。

如图6A所示，加样针在第一液体中振动(包括间歇式振动、非对称振动、左右往复振动、上下往复振动等)，高通量生成大小均一的细胞水凝胶微液滴，不依赖芯片。

如图6B所示，生成的细胞水凝胶微液滴在第一液体中固化成多细胞微球，多细胞微球沉积在第一液体与第二液体分界面，多细胞微球直径大小一致，直径CV＝1.15％。

如图6C所示，肿瘤细胞被包裹在多细胞微球中，多细胞微球大小相似，成球率达到100％，成球率高。

如图6D所示，实时荧光定量PCR(qPCR)显示，多细胞肿瘤球(MCTS)较单层培养肿瘤细胞的上皮间质转化的相关基因表达增加，极大拓展振动生成细胞水凝胶微液滴的在生物医学领域的应用范围。

图7A为本发明具体实施例提供的一种不同浓度的5-氟尿嘧啶对肿瘤球的抑制率示意图。图7B为本发明具体实施例提供的一种不同浓度的伊立替康对肿瘤球的抑制率示意图。

如图7A所示，测试不同浓度的5-氟尿嘧啶对多细胞肿瘤球(例如结直肠肿瘤球)增殖活性抑制的影响，从药物测试的结果来看，多细胞肿瘤球的增殖活性抑制呈现出一定的药物浓度依赖性。

如图7B所示，测试了不同浓度的伊立替康对多细胞肿瘤球(例如结直肠肿瘤球)增殖活性抑制的影响，从药物测试的结果来看，多细胞肿瘤球的增殖活性抑制呈现出一定的药物浓度依赖性。

本发明的实施例中，测试多细胞肿瘤球增殖活性受药物的影响，可以为临床药物的快速筛选提供大量均一的样本模型，增加了药物测试的准确性和可信度。

图8为本发明具体实施例提供的一种形成多细胞微球体的装置的结构示意图。

如图8所示，形成多细胞微球体的装置可以包括支架1、容器2、微液滴生成设备3和转移器4。

具体地，容器2用于盛装第一液体L1和第二液体L2，其中，所述第二液体L2位于所述第一液体L1下面，所述第一液体L1和所述第二液体L2互不相容。微液滴生成设备3设置在所述支架1上，微液滴生成设备3用于在所述第一液体L1中生成细胞水凝胶微液滴D，其中，所述细胞水凝胶微液滴D在所述第一液体L1中固化成多细胞微球B。转移器4设置在所述支架1上，转移器4可以位于所述容器2的下面或侧面或上面，转移器4用于通过施加物理场、采用机械力作用或调节油相组分促进相界面扰动或改变相界面张力，以便所述多细胞微球B穿过所述第一液体L1和所述第二液体L2的分界面BS从所述第一液体L1转移至所述第二液体L2中。

本发明的实施例中，可以高通量生成细胞水凝胶微液滴D(细胞水凝胶微液滴可以为基质胶包裹肿瘤细胞)，且细胞水凝胶微液滴D的大小、体积可控，生成细胞水凝胶微液滴D的体积覆盖范围广(可以生成直径从1nL到2μL的微液滴D)，生成细胞水凝胶微液滴D可用于3D培养、类器官培养、单细胞培养、微生物培养等；不需要借助芯片操作，无需复杂的微流控芯片加工过程，避免液滴制备后破乳、清洗等繁琐的步骤，为细胞水凝胶微液滴制备技术在生物医药领域的应用提供了新思路。通过扰动相界面或改变相界面张力，多细胞微球B穿过第一液体L1和第二液体L2的分界面BS(即交界面)进入第二液体L2，实现简便快捷、低成本的相转移，为后续多细胞微球B的培养及原位成像观察奠定了良好基础。

本发明的实施例中，转移器4可以包括电场发生器、超声波发生器、磁场发生器、振动器和离心机中的至少一种。电场发生器可以向第一液体L1和第二液体L2的分界面BS施加电场，扰动相界面，多细胞微球B穿过第一液体L1和第二液体L2的分界面BS进入第二液体L2。超声波发生器可以向第一液体L1和第二液体L2的分界面BS施加超声波，扰动相界面，多细胞微球B穿过第一液体L1和第二液体L2的分界面BS进入第二液体L2。磁场发生器可以向第一液体L1和第二液体L2的分界面BS施加磁场，扰动相界面，多细胞微球B穿过第一液体L1和第二液体L2的分界面BS进入第二液体L2。振动器可以振动容器2侧壁，扰动相界面，多细胞微球B穿过第一液体L1和第二液体L2的分界面BS进入第二液体L2。离心机可以给第一液体L1和第二液体L2施加离心力，扰动相界面，多细胞微球B穿过第一液体L1和第二液体L2的分界面BS进入第二液体L2。

本发明的实施例中，可以调节油相组分，例如，向所述第一液体中添加低粘度组分、稀释降低所述第一液体中的表面活性剂浓度或向所述第一液体中添加破乳剂，改变相界面张力，多细胞微球B穿过第一液体L1和第二液体L2的分界面BS进入第二液体L2。

图9为本发明具体实施例提供的另一种形成多细胞微球体的装置的结构示意图。

如图9所示，形成多细胞微球体的装置可以包括普通培养板5。

具体地，普通培养板5用于将所述第二液体L2中的所述多细胞微球B培养成目标培养物T。

本发明的实施例中，普通培养板5可以为普通96孔板，普通培养板5可以包括底板51和格栅52。其中，所述底板51的表面疏水；格栅52设置在所述底板51上，其中，所述格栅52和所述底板51形成多个用于收容第二液体L2的板孔，所述格栅52包括内部格栅521和孔板四壁522，所述孔板四壁522的高度大于所述内部格栅521的高度。所述底板51的导热率大于所述格栅52的导热率，便于温控目标培养物T，进行培养或药物筛选。操作便捷，使用者无需掌握专业的技能即可将第二液体L2中的多细胞微球培养成目标培养物T，具有一定的商业化潜能；培养周期大幅度缩短，药敏结果窗口缩短至7天，为后续进行大规模、多批次药物筛选奠定了技术基础。

图10为本发明具体实施例提供的又一种形成多细胞微球体的装置的结构示意图。

如图10所示，形成多细胞微球体的装置可以包括照明及图像采集器6。

具体地，照明及图像采集器6用于在所述目标培养物T中加入不同试剂、药物或菌剂后原位采集所述目标培养物T的明场或荧光图像。

本发明的实施例中，照明及图像采集器6可以包括LED灯和荧光显微镜(例如，Nikon倒置荧光显微镜)。在目标培养物T中加入不同药物或试剂或菌剂后，利用照明及图像采集器6原位采集目标培养物T的明场或荧光图像，计算目标培养物T的体积，分析不同药物(或试剂、菌剂)及相同药物(或试剂、菌剂)不同浓度对目标培养物T增殖活性的影响。

图11为本发明具体实施例提供的一种微液滴生成设备的结构示意图。

如图11所示，所述微液滴生成设备3可以包括加样针31、定位器32泵控制器33和振动马达34。

具体地，加样针31用于向所述第一液体L1中输出水凝胶悬液L。定位器32用于将载有所述细胞水凝胶悬液L的所述加样针31的出液口311定位到所述第一液体L1液面下。泵控制器33用于将所述细胞水凝胶悬液L从所述加样针31的出液口311稳定输出。振动马达34用于振动插入所述第一液体L1中的所述加样针31，以便从所述加样针31输出的所述细胞水凝胶悬液L在所述第一液体L1内形成多个所述细胞水凝胶微液滴D。

本发明的实施例中，加样针31材质可以为金属、合金、塑料等。加样针31可以一次性注塑成形，一次性使用。定位器32可以包括步进电机、导轨和传感器等，进电机和导轨控制加样针31上下移动，传感器可以监测加样针31的出液口311的位置。泵控制器33通过稳压液泵将细胞水凝胶悬液L从加样针31的出液口311稳定输出，振动马达34间歇式振动插入第一液体L1中的加样针31，在第一液体L1剪切力及细胞水凝胶悬液L惯性的作用下，细胞水凝胶悬液L在第一液体L1内形成多个细胞水凝胶微液滴D。高通量生成大小均一的包含细胞(例如肿瘤细胞)的细胞水凝胶微液滴，细胞水凝胶微液滴在第一液体与第二液体交界面固化成多细胞微球，为多细胞微球进行油水相转移奠定坚实基础。

本发明的实施例中，所述第一液体L1可以是轻质油，所述第二液体L2可以是培养基(例如，培养基液)。第二液体L2的密度大于第一液体L1的密度，第二液体L2位于第一液体L1下面，第一液体L1和第二液体L2互不相容。

根据本发明的实施例，根据本发明实施例的方法流程可以被实现为计算机软件程序。例如，本发明的实施例包括一种计算机程序产品，其包括承载在计算机可读存储介质上的计算机程序，该计算机程序包含用于执行流程图所示的方法的程序代码。根据本发明的实施例，上文描述的电子设备、设备、装置、模块、单元等可以通过计算机程序模块来实现。

本发明还提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质可以是上述实施例中描述的设备/装置/系统中所包含的；也可以是单独存在，而未装配入该设备/装置/系统中。上述计算机可读存储介质承载有一个或者多个程序，当上述一个或者多个程序被执行时，实现根据本发明实施例的方法。

根据本发明的实施例，计算机可读存储介质可以是非易失性的计算机可读存储介质，例如可以包括但不限于：便携式计算机磁盘、硬盘、随机访问存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、便携式紧凑磁盘只读存储器(CD-ROM)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。在本发明中，计算机可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用。

附图中的流程图和框图，图示了按照本发明各种实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段、或代码的一部分，上述模块、程序段、或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个接连地表示的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图或流程图中的每个方框、以及框图或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或操作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

本领域技术人员可以理解，本发明的各个实施例和/或权利要求中记载的特征可以进行多种组合或/或结合，即使这样的组合或结合没有明确记载于本发明中。特别地，在不脱离本发明精神和教导的情况下，本发明的各个实施例和/或权利要求中记载的特征可以进行多种组合和/或结合。所有这些组合和/或结合均落入本发明的范围。

以上对本发明的实施例进行了描述。但是，这些实施例仅仅是为了说明的目的，而并非为了限制本发明的范围。尽管在以上分别描述了各实施例，但是这并不意味着各个实施例中的措施不能有利地结合使用。本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。不脱离本发明的范围，本领域技术人员可以做出多种替代和修改，这些替代和修改都应落在本发明的范围之内。

Claims (17)

1.一种形成多细胞微球体的方法，其特征在于，该方法包括：

在容器中加入第二液体和第一液体，其中，所述第二液体位于所述第一液体下面，所述第一液体和所述第二液体互不相溶；

在所述第一液体中生成细胞水凝胶微液滴，其中，所述细胞水凝胶微液滴在所述第一液体中固化成多细胞微球；以及

通过施加物理场、采用机械力作用或调节油相组分促进相界面扰动或改变相界面张力，以便位于所述第一液体和所述第二液体分界面的所述多细胞微球穿过分界面转移至所述第二液体中。

2.根据权利要求1所述的形成多细胞微球体的方法，其特征在于，通过施加物理场、采用机械力作用或调节油相组分促进相界面扰动或改变相界面张力，以便位于所述第一液体和所述第二液体分界面的所述多细胞微球穿过分界面转移至所述第二液体中的步骤之后，该方法还包括：

在普通培养板上将所述第二液体中的所述多细胞微球培养成目标培养物。

3.根据权利要求2所述的形成多细胞微球体的方法，其特征在于，在普通培养板上将所述第二液体中的所述多细胞微球培养成目标培养物的步骤之后，该方法还包括：

在所述目标培养物中加入不同试剂、药物或菌剂后原位采集所述目标培养物的明场或荧光图像。

4.根据权利要求1所述的形成多细胞微球体的方法，其特征在于，施加物理场包括施加外界电场、施加超声场和施加磁场作用力中的至少一项。

5.根据权利要求1所述的形成多细胞微球体的方法，其特征在于，采用机械力作用包括振动所述容器和施加离心力中的至少一项。

6.根据权利要求1所述的形成多细胞微球体的方法，其特征在于，改变相界面张力包括：向所述第一液体中添加低粘度组分、稀释降低所述第一液体中的表面活性剂浓度或向所述第一液体中添加破乳剂。

7.根据权利要求1所述的形成多细胞微球体的方法，其特征在于，在所述第一液体中生成细胞水凝胶微液滴的步骤，包括：

将载有细胞水凝胶悬液的加样针的出液口定位到所述第一液体液面下；以及

向所述第一液体中注射所述细胞水凝胶悬液并振动所述加样针在所述第一液体中生成所述细胞水凝胶微液滴。

8.根据权利要求7所述的形成多细胞微球体的方法，其特征在于，向所述第一液体中注射所述细胞水凝胶悬液并振动所述加样针在所述第一液体中生成所述细胞水凝胶微液滴的步骤，包括：

将所述细胞水凝胶悬液持续从所述加样针的出液口匀速泵出；

周期性振动插入所述第一液体中的加样针；以及

从所述加样针稳定输出的所述细胞水凝胶悬液在所述第一液体内形成多个所述细胞水凝胶微液滴。

9.根据权利要求1至8任一所述的形成多细胞微球体的方法，其特征在于，所述第一液体是轻质油，所述第二液体是培养液。

10.一种形成多细胞微球体的装置，其特征在于，该装置包括：

支架(1)；

容器(2)，用于盛装第一液体(L1)和第二液体(L2)，其中，所述第二液体(L2)位于所述第一液体(L1)下面，所述第一液体(L1)和所述第二液体(L2)互不相容；

微液滴生成设备(3)，设置在所述支架(1)上，用于在所述第一液体(L1)中生成细胞水凝胶微液滴(D)，其中，所述细胞水凝胶微液滴(D)在所述第一液体(L1)中固化成多细胞微球(B)；以及

转移器(4)，设置在所述支架(1)上，用于通过施加物理场、采用机械力作用或调节油相组分促进相界面扰动或改变相界面张力，以便所述多细胞微球(B)穿过所述第一液体(L1)和所述第二液体(L2)的分界面(BS)从所述第一液体(L1)转移至所述第二液体(L2)中。

11.根据权利要求10所述的形成多细胞微球体的装置，其特征在于，该装置包括：

普通培养板(5)，用于将所述第二液体(L2)中的所述多细胞微球(B)培养成目标培养物(T)。

12.根据权利要求10所述的形成多细胞微球体的装置，其特征在于，该装置包括：

照明及图像采集器(6)，用于在所述目标培养物(T)中加入不同试剂、药物或菌剂后原位采集所述目标培养物(T)的明场或荧光图像。

13.根据权利要求10所述的形成多细胞微球体的装置，其特征在于，所述转移器(4)包括电场发生器、超声波发生器、磁场发生器、振动器和离心机中的至少一种。

14.根据权利要求10所述的形成多细胞微球体的装置，其特征在于，所述微液滴生成设备(3)包括：

加样针(31)，用于向所述第一液体(L1)中输出细胞水凝胶悬液(L)；

定位器(32)，用于将载有所述细胞水凝胶悬液(L)的所述加样针(31)的出液口(311)定位到所述第一液体(L1)液面下；以及

泵控制器(33)，用于将所述细胞水凝胶悬液(L)从所述加样针(31)的出液口(311)稳定输出；以及

振动马达(34)，用于振动插入所述第一液体(L1)中的所述加样针(31)，以便从所述加样针(31)输出的所述细胞水凝胶悬液(L)在所述第一液体(L1)内形成多个所述细胞水凝胶微液滴(D)。

15.根据权利要求10至14任一所述的形成多细胞微球体的装置，其特征在于，所述第一液体(L1)是轻质油，所述第二液体(L2)是培养基。

16.一种计算机可读存储介质，其上存储有可执行指令，该指令被处理器执行时实现根据权利要求1～9中任一项所述的方法。

17.一种电子设备，包括：

一个或多个处理器；

存储装置，用于存储可执行指令，所述可执行指令在被所述处理器执行时，实现根据权利要求1～9中任一项所述的方法。