TWI672374B - 培養膜與培養皿 - Google Patents

Abstract

一種培養膜，具有第一表面，第一表面具有多個凸起，這些凸起的頂部及該些頂部之間的空隙共同形成培養部，培養部適於培養細胞生長，其中培養部的硬度為2kPa~20kPa。本發明另提出一種培養皿。

Description

培養膜與培養皿

本發明是有關於一種培養基體，且特別是關於一種培養膜以及使用此培養膜的培養皿。

在醫學發達的現今社會，仍有許多病症是無法完全痊癒的，癌症即是其中的例子之一。許多科學家目前致力於找出癌細胞的轉變因素，癌細胞的實驗研究近年卻難以有突破性的進展，其原因之一在於癌細胞難以在體外培養。

細胞培養(cell culture)是一種生物技術，是指將生物細胞培養在受控制的狀態下，使其生長。這項技術的發展與方法，與組織培養或器官培養關係密切。然而，相較於一般細胞，對於癌細胞的培養技術研究甚少，因此在培養過程中會產生許多不確定因素。目前對於癌細胞培養的思維是希望能使癌細胞在模擬人體環境的培養環境中生長。

習知的培養皿材料多為塑膠或玻璃材質，其優點在於便宜及容易取得，然而因習知培養皿無法模擬出人體環境，因此造成癌細胞較難以生長。

本發明提供一種培養膜，能提升細胞的存活率。

本發明提供一種培養皿，能提升細胞的存活率。

本發明所提供的一種培養膜具有第一表面，第一表面具有多個凸起，這些凸起的頂部共同形成培養部，培養部適於培養細胞生長，其中培養部的硬度為2kPa~20kPa。

在本發明的一實施例中，上述之多個凸起的形狀包括圓錐狀、圓柱狀或圓台狀。

在本發明的一實施例中，上述之各個凸起的頂部的中心之間的間距小於或等於細胞尺寸的一半。

在本發明的一實施例中，上述之培養膜的材料的邵氏硬度小於60HA，各個凸起的頂部於第一表面的正投影的面積佔第一表面的面積的百分比為20%~70%。

在本發明的一實施例中，上述之各個凸起的頂部的中心之間的間距為0.4μm~1μm。

在本發明的一實施例中，上述之培養膜的材料包括矽膠。

在本發明的一實施例中，上述之培養膜的材料的邵氏硬度大於60HA，各個凸起的頂部於第一表面的正投影的面積佔第一表面的面積的百分比為0.01%~0.001%。

在本發明的一實施例中，上述之各個凸起的頂部的中心之間的間距為1μm~3μm。

在本發明的一實施例中，上述之培養膜的材料包括藍寶石。

在本發明的一實施例中，上述之培養膜更具有與第一表面相對的第二表面，第一表面及第二表面皆為拋光面。

本發明所提供的一種培養皿包括皿體以及上述之培養膜，培養膜配置於皿體的底面。

本發明的培養膜具有培養部，而因培養部的硬度為2kPa~20kPa，與人體組織的硬度範圍重疊，因此可以模擬出細胞生長的體內環境，使培養的細胞能提升存活率。本發明的培養皿因使用上述的培養膜，所以也具有相同的優點。

為讓本發明之上述和其他目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。

1‧‧‧培養皿

2‧‧‧皿體

10、10a、10b‧‧‧培養膜

21‧‧‧底面

100‧‧‧第一表面

100a‧‧‧底部

110‧‧‧凸起

110a‧‧‧表面

111‧‧‧頂部

120‧‧‧凹陷

200‧‧‧第二表面

A‧‧‧箭頭

C‧‧‧中心

CE‧‧‧細胞

D‧‧‧間距

P‧‧‧培養部

R‧‧‧細胞尺寸

圖1是本發明一實施例的培養膜的示意圖。

圖2是圖1沿A-A線的剖面示意圖。

圖3A至3D是培養部調整硬度的說明示意圖。

圖4A是習知培養皿所培養的細胞在顯微鏡下的影像圖。

圖4B是本發明一實施例的培養膜所培養的細胞在顯微鏡下的影像圖。

圖5是第一表面的凸起的不同形狀的示意圖。

圖6是本發明一實施例的培養膜培養細胞的示意圖。

圖7是本發明另一實施例的培養膜的示意圖。

圖8是本發明另一實施例的培養膜的剖面示意圖。

圖9是本發明一實施例的培養皿的立體示意圖。

在本文中，由「一數值至另一數值」表示的範圍，是一種避免在說明書中一一列舉該範圍中的所有數值的概要性表示方式。因此，記載了某一特定數值範圍，等同於揭露了該數值範圍內的任意數值以及由該數值 範圍內的任意數值界定出的較小數值範圍，如同在說明書中明文寫出該任意數值和該較小數值範圍一樣。例如，記載「尺寸為10mm~100mm」的範圍，就等同於揭露了「尺寸為20mm~50mm」的範圍，無論說明書中是否列舉其他數值。

圖1是本發明一實施例的培養膜的示意圖。圖2是圖1沿A-A線的剖面示意圖。請參考圖1及圖2，本實施例的培養膜10具有第一表面100，第一表面100具有多個凸起110。這些凸起110例如可以是平均分布或不平均分布於第一表面100。這些凸起110的頂部111共同形成培養部P(圖2以虛線所示)，由於培養部P除了凸起110之外還包括凸起110周圍的空隙部分，因此培養部P並非完整的平面，但不以此為限。需說明的是，圖2中為標示方便，因此虛線長度大於培養膜10，並非表示為培養部P的面積，此表示方式亦適用於下列各圖示。培養部P正投影於第一表面100的面積例如等於或小於第一表面100的面積。培養部P適於培養細胞生長，其中培養部P的硬度為2kPa~20kPa。以下將詳細說明培養部P的硬度與細胞培養的關係。

具體而言，培養部P的硬度測量是藉由儀器發出超音波，利用超音波穿越堅硬物質速度較快，而穿越柔軟物質速度較慢的原理，來量化硬度的程度。同樣的方法已使用在人體作為醫學檢測，例如肝硬化檢測。上述所指的硬度可視為組織僵硬程度(Tissue stiffness)，透過儀器檢測，可以得知人體不同部位器官組織的硬度，進而將適合不同種類的人體細胞的生長環境量化為數值。

本發明的培養部P的硬度範圍是以人體不同部位器官組織為例，即培養部P適於培養人體各種細胞的生長，但不以此為限，培養膜10亦可培養其他生物細胞，只要將培養部P的硬度範圍設定在與生物細胞的生長環境相同即可。

上述的培養部P是藉由頂部111的面積及凸起110的數量來調整硬度的數值，以下將舉例說明。圖3A至3D是培養部調整硬度的說明示意圖。請參考圖3A至3D，圖3A中的培養膜10不具有任何凸起，將其培養部P的硬度假設為10kPa。圖3B的各個凸起110的頂部111於第一表面100的正投影的面積佔第一表面100的面積的百分比為50%，則培養部P的硬度為10kPa×50%=5kPa。依此方式類推，圖3C的各個凸起110的頂部111於第一表面100的正投影的面積佔第一表面100的面積的百分比為25%，培養部P的硬度為2.5kPa。圖3D的各個凸起110的頂部111於第一表面100的正投影的面積佔第一表面100的面積的百分比為12.5%，培養部P的硬度為1.25kPa。為了說明硬度數值的界定，圖3B至3D中是以兩個凸起110來舉例，但並非限制凸起110的數量。

本實施例的培養膜10具有培養部P，而因培養部P的硬度為2kPa~20kPa，與人體組織的硬度範圍重疊，因此可以模擬出所欲培養的細胞生長的體內環境，使培養的細胞能提升存活率。

圖4A是習知培養皿所培養的細胞在顯微鏡下的影像圖。圖4B是本發明一實施例的培養膜所培養的細胞在顯微鏡下的影像圖。請參考圖4A及圖4B，實驗中是以培養乳癌細胞為例，以習知的培養皿培養時(如圖4A)，由於細胞培養環境不天然，可能會讓細胞轉性，而改變原有的特性，使得乳癌細胞的存活率並不高，或者是生長狀況不佳(圖4A中並無發現乳癌細胞，圖中細胞為乳房組織的正常細胞)；以本實施例的培養膜進行培養時(如圖4B)，由於培養部的硬度數值已調整為與乳房相同，可以看出乳癌細胞(箭頭A所指處)的生長狀況良好。對於現在技術較難以培養的細胞類型而言，如癌細胞，若能提升培養細胞的存活率，則可使後續的研究實驗獲得更大的進展。

上述的圖示中凸起是以圓柱狀為例，但不以此為限。圖5是第一表面的凸起的不同形狀的示意圖。請參考圖5，其中凸起也可包括圓錐狀或圓台狀。圓台狀又稱為截頂圓錐，是指圓錐被平行於它的底面的一個平面所截後，截面與底面之間的幾何形體。此外，依據設計需求的不同，凸起的底面也不限於圓形，凸起例如也可包括角柱、角錐等。

為了達到提升培養細胞的存活率的效果，培養細胞須培養於本實施例的培養部。圖6是本發明一實施例的培養膜培養細胞的示意圖。請參考圖6，本實施例的各凸起110的頂部111的中心C之間的間距D須小於或等於細胞CE的尺寸R的一半，即各凸起110的頂部111的中心C之間的間距D需依據不同細胞CE的培養而調整。舉例而言，當細胞CE的尺寸R為2μm時，則間距D須小於或等於1μm，若間距D大於1μm，則細胞CE可能會落入多個凸起110之間的凹陷中，甚至接觸到第一表面100，造成位置偏移，並非培養於培養部P，而無法達到提升培養細胞CE的存活率的效果。須注意的是，圖6中的細胞CE是以圓球狀示例，但不以此為限，而細胞CE雖為立體結構，然而一般觀察細胞時是以平面呈現，因此此處所稱「細胞尺寸R」是以細胞的直徑為標準。

上述的培養部P除了可藉由頂部111的面積及凸起110的數量來調整硬度的數值之外，培養膜10的材料也會影響硬度，當使用不同的材料製作出培養部P具有相同硬度的培養膜10時，上述的各凸起110的頂部111於第一表面100的正投影的面積佔第一表面100的面積的百分比以及各凸起110的頂部111的中心C之間的間距D也會不同。培養膜10的材料例如包括矽膠及藍寶石，但不以此為限。

舉例而言，當培養部P的硬度為2kPa~20kPa時，若培養膜10的材料的邵氏硬度小於60HA(如矽膠)，則各凸起110的頂部111於第一表面100 的正投影的面積佔第一表面100的面積的百分比例如為20%~70%。此外，各凸起110的頂部111的中心C之間的間距D例如為0.4μm~1μm。

另一方面，若培養膜10的材料的邵氏硬度大於60HA(如藍寶石)，則各凸起110的頂部111於第一表面100的正投影的面積佔第一表面100的面積的百分比例如為0.01%~0.001%。此外，各凸起110的頂部111的中心C之間的間距D例如為1μm~3μm。

上述的邵氏硬度小於60HA的材料的培養膜10(如矽膠)，其各凸起110的頂部111於第一表面100的正投影的面積佔第一表面100的面積的百分比例如為20%~70%，換言之，凸起110的形狀類似於上述的圓柱狀或圓台狀。而上述的邵氏硬度大於60HA的材料的培養膜10(如藍寶石)，其各凸起110的頂部111於第一表面100的正投影的面積佔第一表面100的面積的百分比例如為0.01%~0.001%，由於百分比不足1%，凸起110的形狀類似於上述的圓錐狀。

圖7是本發明另一實施例的培養膜的示意圖。請參考圖7，本實施例的培養膜10a與上述的培養膜10結構及優點相似，以下將針對其差異處進行說明。培養膜10a是以矽膠為材料所製成，其中圖7中的多個圓形為凹陷120，而凹陷120的底部100a為上述的第一表面，而表面110a則為上述的多個凸起的頂部(可視為多個頂部相連以形成表面110a)。需注意的是，在上述的各凸起的頂部於第一表面的正投影的面積(表面110a的面積)佔第一表面的面積(凹陷120的底面100a的面積)的百分比較小時(如藍寶石材料的百分比小於1%)，則較難以培養膜10a的方式呈現。換言之，此種方式較適合使用於邵氏硬度小於60HA的材料所製成的培養膜。

圖8是本發明另一實施例的培養膜的剖面示意圖。請參考圖8，本實施例的培養膜10b與上述的培養膜10結構及優點相似，其中培養膜10b是 以藍寶石為材料所製成，且更具有與第一表面100相對的第二表面200，第一表面100及第二表面200皆為拋光面。由於藍寶石較為堅硬，在製作成培養膜10b時較難以掌握厚度，須再經過拋光處理，經拋光處理的第一表面100及第二表面200呈現透明，因此使光線容易透過，可較清楚地觀察到細胞。第一表面100及第二表面200例如可為高透光度的拋光面，但不以此為限，透光度只要能達到清楚觀察細胞的程度即可。以藍寶石製作的培養膜10b的另一優點為，由於藍寶石具有不怕酸鹼以及耐高溫的特性，因此相較於習知的塑膠培養皿或玻璃培養皿等，培養膜10b可以重複使用，不會造成環境汙染，且能節省成本。

上述的培養膜10除了單獨使用外，也可與其他培養基體結合使用。圖9是本發明一實施例的培養皿的立體示意圖。請參考圖9，本實施例的培養皿1包括皿體2以及上述的培養膜10，培養膜10配置於皿體2的底面21。培養皿1的功能及優點皆與培養膜10相同。而培養膜10可依據不同實驗設計需求裁剪為不同外型，圖9中是以符合底面21的圓形為例。此外，培養膜10亦可替換為上述的培養膜10a、10b。

綜上所述，本發明實施例的培養膜具有培養部，而因培養部的硬度為2kPa~20kPa，與人體組織的硬度範圍重疊，因此可以模擬出細胞生長的體內環境，使培養的細胞能提升存活率。本發明的培養皿因使用上述的培養膜，所以也具有相同的優點。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，本發明所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

Claims (11)

1. 一種培養膜，具有一第一表面，該第一表面具有多個凸起，該些凸起的頂部及該些頂部之間的空隙共同形成一培養部，該培養部適於培養細胞生長，其中該培養部的硬度為2kPa~20kPa。
2. 如請求項1所述之培養膜，其中該些凸起的形狀包括圓錐狀、圓柱狀或圓台狀。
3. 如請求項1所述之培養膜，其中各該凸起的頂部的中心之間的間距小於或等於細胞尺寸的一半。
4. 如請求項1所述之培養膜，其中該培養膜的材料的邵氏硬度小於60HA，各該凸起的頂部於該第一表面的正投影的面積佔該第一表面的面積的百分比為20%~70%。
5. 如請求項4所述之培養膜，其中各該凸起的頂部的中心之間的間距為0.4μm~1μm。
6. 如請求項4所述之培養膜，其中該培養膜的材料包括矽膠。
7. 如請求項1所述之培養膜，其中該培養膜的材料的邵氏硬度大於60HA，各該凸起的頂部於該第一表面的正投影的面積佔該第一表面的面積的百分比為0.01%~0.001%。
8. 如請求項7所述之培養膜，其中各該凸起的頂部的中心之間的間距為1μm~3μm。
9. 如請求項7所述之培養膜，其中該培養膜的材料包括藍寶石。
10. 如請求項9所述之培養膜，更具有與該第一表面相對的一第二表面，該第一表面及該第二表面皆為拋光面。
11. 一種培養皿，包括一皿體以及一如請求項1~10任一項所述之培養膜，該培養膜配置於該皿體的一底面。