CN212451439U - 胚胎培养芯片及监测设备 - Google Patents

Abstract

本申请的基于显微光学时差监测和电化学检测的胚胎培养芯片具有多个培养/反应池，可同时进行多个胚胎的体外续贯培养、显微光学时差监测和电化学检测；该培养芯片结合配套的胚胎培养和实时监测设备，可以实现胚胎培养和观测过程的自动化；大部分观测过程均在培养监测设备系统中完成，不用移出设备，整个培养和观测过程的外部环境相对恒定，有效降低外部环境对培养和检测过程的干扰。

Description

胚胎培养芯片及监测设备

技术领域

本申请属于哺乳动物胚胎体外培养技术领域，尤其涉及一种用于显微光学时差监测和电化学检测的胚胎体外培养芯片及配套的监测设备。

背景技术

电化学检测是根据溶液中物质的电化学性质及其变化规律，通过电位、电导、电流和电量等电信号的变化，测量对象中的化学成分，并进行定性或定量分析的方法，也称电分析化学法。具有氧化还原性质的化合物，如活性氧基团、含硝基、氨基等的有机化合物，以及无机离子等，均可采用电化学检测法进行检测分析。电化学检测法具有灵敏度高、准确率高、测量域广、仪器设备操作较简单易于自动化等优点，基于电化学原理开发的扫描电化学显微镜可测量微小区域内物质氧化或还原所产生的电化学电流。通过微电极(探针)在靠近样品处进行扫描，从而获得对应微区域的电化学相关信息。

另外，在常规的胚胎培养箱内引入显微光学时差(Time-Lapse)胚胎监测分析系统已成为近几年辅助生殖实验室的发展趋势。在为胚胎提供安全可靠的培养环境的同时，它可以不间断的监测和观测胚胎的实时发育情况和变化，并能保存和随时调用相关的动态变化数据，从而为筛选最优/合适的胚胎进行移植或研究提供更丰富、详实、持续性的显微形态学数据支持。

而传统的胚胎体外培养技术中存在观测数据不连贯、数据形式较单一、胚胎体外停留时间较长、操作步骤较复杂、易受环境的不利影响并且容易造成污染等技术问题。

实用新型内容

本申请的目的在于提供一种用于显微光学时差监测和电化学检测的胚胎体外培养芯片及配套的监测设备。旨在解决传统胚胎体外培养技术中存在观测数据不连贯、数据形式较单一、胚胎体外停留时间较长、操作步骤较复杂、易受环境的不利影响并且容易造成污染等技术问题。

本申请实施例的第一方面提了一种胚胎培养芯片，包括由下至上依次叠置并键合的基底层、培养层以及封盖层，所述基底层上设置有多个电极单元，所述培养层上设有多个上下贯通所述培养层的通孔，多个所述通孔与多个所述电极单元一一对应形成多个培养/反应池，所述封盖层开设有使所述培养/反应池与外界连通的通气孔道。

在其中一个实施例中，多个所述电极单元平铺于所述基底层上形成电极区域，所述电极区域的平面面积大于所述培养层的平面面积以及所述封盖层的平面面积。

在其中一个实施例中，所述基底层包括第一基板，所述电极单元为采用丝网印刷于第一基板上的电极图案或者采用气相沉积、溅射于所述第一基板上的电极图案。

在其中一个实施例中，所述第一基板于每个所述电极单元的中部的无电极区域设有用于显微光学时差监测的凹槽。

在其中一个实施例中，所述电极单元包括相互电气隔离的工作电极、参比电极和对电极，所述工作电极的主体围设于所述无电极区周沿并向所述第一基板的一侧延伸出一条电极引线，所述参比电极的主体的和所述对电极的主体分别围设于所述工作电极的主体的相对两侧，并分别向第一基板的另一侧延伸出两条电极引线，所述第一基板的一侧与所述第一基板层的另一侧相对。

在其中一个实施例中，所述通孔的面积大于所述工作电极的主体、所述参比电极的主体和所述对电极的主体所在区域的面积。

在其中一个实施例中，多个所述电极单元相互平行间隔且均匀排列设置。

在其中一个实施例中，所述封盖层所述封盖层的至少一个侧壁与所述培养层的连接处留有间隙以形成所述通气孔道。

在其中一个实施例中，所述培养层包括开设有所述通孔的第二基板和设于所述第二基板周沿的外壁，所述外壁的顶部高于所述第二基板的所在平面。

本申请实施例的第二方面提了一种检测设备，其具有如上所述的胚胎培养芯片。

本申请实施例与现有技术相比存在的有益效果是：本申请的基于显微光学时差监测和电化学检测的胚胎培养芯片具有多个培养/反应池，可同时进行多个胚胎的体外续贯培养、显微光学时差监测和电化学检测；该培养芯片结合配套的胚胎培养和实时监测设备，可以实现胚胎培养和观测过程的自动化；大部分观测过程均在培养监测设备系统中完成，不用移出设备，整个培养和观测过程的外部环境相对恒定，有效降低外部环境对培养和检测过程的干扰。

附图说明

图1为本申请实施例提供的基于显微光学时差监测和电化学检测技术的胚胎培养芯片的结构示意图；

图2是本申请实施例中基底层的结构示意图；

图3是本申请实施例中基底层的平面示意图；

图4是本申请实施例中培养层的结构示意图；

图5是本申请实施例中培养层的平面示意图；

图6是本申请实施例中封盖层的结构示意图；

图7是本申请实施例中基底层和培养层键合后的结构示意图；

图8是本申请实施例中芯片中电极单元与胚胎位置的示意图；

其中，图中各附图标记：

1—基底层、2—培养层、3—封盖层、4—通气孔道、5—工作电极、6—参比电极、7—对电极、8—凹槽、9—第二基板、10—外壁、11—通孔、12—培养 /反应池、13—胚胎、14—电极单元、15—第一基板。

具体实施方式

为了使本申请所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。

需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“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，因此不能理解为对本申请的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

参照图1至图8，本申请实施例提供的胚胎培养芯片是基于显微光学时差监测和电化学检测技术的，其包括基底层1、培养层2以及封盖层3。基底层1、培养层2以及封盖层3由下至上依次叠置，基底层与培养层间键合为一体。基底层1上设置有多个电极单元14，培养层2上设有多个上下贯通该培养层2的通孔11，多个通孔11与多个电极单元14一一对应形成多个培养/反应池12，封盖层1开设有使所述培养/反应池12与外界连通的通气孔道4。

由于培养层2具有一定的厚度，故贯通该培养层2的通孔11具有一定的高度，通孔11面积大于电极区域面积，培养层2的基板9外围有一圈薄外壁10，外壁10高于通孔11平面，基板9上部空间对接封盖层3。基底层1的电极单元14形成培养/反应池12的底部，封盖层3层面底部设有通气孔道4，通气孔道4开口在侧面，与培养层2的通孔11联通。

本申请实施例提供的上述基基于显微光学时差监测和电化学检测技术的胚胎体外培养芯片包含多个培养/反应池12，可同时对多个胚胎进行培养和显微光学时差监测，或电化学检测；该芯片在使用时仅通过通气孔道4外界连通，大部分的培养、反应和观测过程均在较封闭的培养系统中完成，有效降低外部环境对培养、反应和观测过程的干扰；且上述芯片结构简单，易于集成，在结合配套的自动化培养监测设备后，可实现胚胎自动化培养和实时监测。

参照图2、图3，本申请实施例中，基底层1包括第一基板15以及设于第一基板15的电极单元14。第一基板15可以为聚合物薄膜或聚合物板或硅片。具体地，聚合物薄膜为聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚氯乙烯薄膜、聚碳酸酯薄膜或者聚二甲基硅氧烷薄膜。聚合物板可为聚氯乙烯板、聚碳酸酯板或者聚二甲基硅氧烷板。而电极单元14为采用丝网印刷于第一基板15上的电极图案或者采用气相沉积、溅射于第一基板15上的电极图案，第一基板15上可以一次加工制作数个电极单元14。本实施例中，第一基板15上的电极包括有工作电极5，参比电极6和对电极7，三者互不相连，相互配合，平铺于第一基板15上形成 4个相似的电极单元14。

在一些实施例中，工作电极5的主体围设于无电极区周沿并向第一基板15 的一侧边缘延伸出一条电极引线，参比电极6的主体的和对电极7的主体分别围设于工作电极5的主体的相对两侧，并分别向第一基板15的与一侧边缘相对的另一侧边缘延伸出两条电极引线。通孔11的面积大于对应的工作电极5的主体、参比电极6的主体和对电极7的主体所在区域即(电极区域)的面积。

第一基板15上每个电极单元14中部为无电极区域，第一基板15上的无电极区域设有透明凹槽8，凹槽8用于胚胎培养过程中的显微光学时差监测。

这样，当基底层1、培养层2与封盖层3组装后，芯片上形成4个培养/反应池12，可同时培养和监测4个胚胎的显微形态学或电化学指标。当然，也可以在第一基板15上形成其他数量的电极单元14，相应地，在培养层2上分别设置对应的通孔11即可。

本实施例中，4个电极单元14平铺于第一基板15上形成一列，该列中各电极单元15相互平行间隔设置。在一个示例中，第一基板15的平面面积约为 76*26mm²。由图1、图7可以看出，第一基板15宽于培养层2的平面以及封盖层3的平面。这样，当基底层1、培养层2与封盖层3组合后，第一基板15 有一部分裸露于外，具体是使得上述的工作电极5，参比电极6和对电极7的电极引线分裸露于外，这样，便于将该裸露的电极引线与外部的配套培养监测设备的电路系统电连接。

参照图4、图5，培养层2为聚甲基丙烯酸甲酯或聚二甲基硅氧烷材料采用蚀刻、浇铸或注塑成型方式加工而成。本实施例中，在培养层2上的通孔11 也对应的有4个，与基底层1上的4个电极单元14一一对应，这样，4个通孔 11均匀排成一列，对应电极单元14的排列位置。在一个示例中，培养层2的尺寸约为67*18*5mm³，其在第一基板15上投影的平面面积小于第一基板15 的平面面积，具体是其宽度窄于第一基板15的宽度，使得电极引线裸露于外。本实施例中，通孔11的横截面呈圆形，直径约为12mm。

培养层2包括开设有通孔11的第二基板9和设于第二基板9周沿的外壁 10，外壁10的顶部高于第二基板9的所在平面，约3mm，第二基板9上部空间对接封盖层3。

参照图6，封盖层3扣在基底层1和培养层2的上部，盖住芯片的大部分区域，漏出少量电极引线与外部的配套培养监测设备连接。在一个示例中，封盖层3的尺寸约为71*22*7mm³，盖壁厚度约1mm。

在一个示例中，封盖层3的至少一个侧壁与培养层2的连接处留有间隙以形成通气孔道4，其中长度方向上的两个侧壁的高度约为6mm，比宽度方向上的两侧壁的高度少1mm，从而在长度方向上的两个侧壁的底部形成两个长方形的通气孔道4，以使培养/反应池12与外部的气体环境联通。封盖层3的材质与培养层2相同，也是利用聚甲基丙烯酸甲酯或聚二甲基硅氧烷材料采用蚀刻、浇铸或注塑成型方式加工而成。

参照图7、图8，本实施例中，芯片的监测方式有显微光学时差和电化学方式。每个电极单元14对应一个培养/反应池12，每个培养/反应池12可培养一个或数个胚胎13。胚胎13放置/培养于每个电极单元14的中部无电极区域的透明凹槽8内。从而获得胚胎培养同时，进行显微形态学观测和电化学检测分析的功能。

综上，本实施例中的基于显微光学时差监测和电化学检测技术的胚胎培养芯片体积小巧，这样其有望在空间有限的培养和监测设备中尽可能多的集成，以提高每台设备的培养/检测通道数量，减少试剂用量，节约成本。同时该芯片包含有4个电极单元14和培养/反应池12，可对多个胚胎对象同时进行体外培养、显微时差监测和电化学指标检测；该芯片可作为即用即抛的一次性产品使用，同时该芯片使用时仅有通气孔道4与外界联通，大部分培养、观测和反应过程均在较封闭的培养/反应系统中完成，在结合了配套的体外培养、时差显微监测系统和电化学工作站后，可减少胚胎离开培养环境在外观测的时间，降低外部环境对培养和检测过程的干扰，避免交叉污染的问题。而电化学法具有较高的灵敏度和较好的可靠性，该芯片的申请有望获得较低的检测限，以及传统胚胎显微形态学观测所无法获取的胚胎发育过程的代谢情况数据。

本申请实施例还提供了一种监测设备(图中未示出)，其具有上述的基于显微光学时差监测和电化学检测的胚胎培养芯片，由于该芯片结构简单，易于集成和自动化，从而也提高了相关设备的集成度及自动化程度。

将电化学检测和显微光学时差监测两种技术结合，在实现胚胎体外续贯培养的同时，对整个发育过程进行实时监测，获得更丰富的胚胎发育情况数据；并减少胚胎在体外停留的时间，简化操作步骤；从而减少环境变化对胚胎造成的不利影响，降低污染发生几率。

以上所述实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种胚胎培养芯片，用于显微光学时差监测和电化学检测，其特征在于，所述胚胎培养芯片包括由下至上依次叠置并键合的基底层、培养层以及封盖层，所述基底层上设置有多个电极单元，所述培养层上设有多个上下贯通所述培养层的通孔，多个所述通孔与多个所述电极单元一一对应形成多个培养/反应池，所述封盖层开设有使所述培养/反应池与外界连通的通气孔道。

2.如权利要求1所述的胚胎培养芯片，其特征在于，多个所述电极单元平铺于所述基底层上形成电极区域，所述电极区域的平面面积大于所述培养层的平面面积以及所述封盖层的平面面积。

3.如权利要求1所述的胚胎培养芯片，其特征在于，所述基底层包括第一基板，所述电极单元为采用丝网印刷于第一基板上的电极图案或者采用气相沉积、溅射于所述第一基板上的电极图案。

4.如权利要求3所述的胚胎培养芯片，其特征在于，所述第一基板于每个所述电极单元的中部的无电极区域设有用于显微光学时差监测的凹槽。

5.如权利要求4所述的胚胎培养芯片，其特征在于，所述电极单元包括相互电气隔离的工作电极、参比电极和对电极，所述工作电极的主体围设于所述无电极区周沿并向所述第一基板的一侧延伸出一条电极引线，所述参比电极的主体的和所述对电极的主体分别围设于所述工作电极的主体的相对两侧，并分别向第一基板的另一侧延伸出两条电极引线，所述第一基板的一侧与所述第一基板层的另一侧相对。

6.如权利要求5所述的胚胎培养芯片，其特征在于，所述通孔的面积大于对应的所述工作电极的主体、所述参比电极的主体和所述对电极的主体所在区域的面积。

7.如权利要求1所述的胚胎培养芯片，其特征在于，多个所述电极单元相互平行间隔且均匀排列设置。

8.如权利要求1所述的胚胎培养芯片，其特征在于，所述封盖层的至少一个侧壁与所述培养层的连接处留有间隙以形成所述通气孔道。

9.如权利要求1所述的胚胎培养芯片，其特征在于，所述培养层包括开设有所述通孔的第二基板和设于所述第二基板周沿的外壁，所述外壁的顶部高于所述第二基板的所在平面。

10.一种监测设备，其特征在于：其具有如权利要求1至9中任一项所述的胚胎培养芯片。

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