[發明專利]細胞培養裝置

有效

• 申請號: 201110246683.5
• 申請日: 2011-08-25
• 公開（公告）號: CN102337211A
• 公開（公告）日: 2012-02-01
• 發明（設計）人: 魯藝;王立平;蔚鵬飛;張捷
• 申請（專利權）人: 中國科學院深圳先進技術研究院
• 主分類號: C12M3/00
• 分類號: C12M3/00;C12M1/36;C12M1/34
• 代理公司: 廣州華進聯合專利商標代理有限公司 44224
• 代理人: 吳平

【技術領域】

本發明涉及神經工程領域，尤其涉及一種基于微流控技術的細胞培養裝置。

【背景技術】

隨著神經系統疾病發病率的不斷上升，對它的研究正逐漸成為熱點。然而，由于神經系統的復雜性，使得在活體(in?vivo)研究神經系統的某些問題，尤其是對于神經環路以及神經可塑性的探索非常困難。在這種條件下，神經細胞的體外(in?vitro)培養就成為了一種較為理想的方法?？梢酝ㄟ^體外培養使神經細胞之間建立規則的聯系，將神經元之間復雜的三維聯系降低到二維，使得其觀察和研究更加容易。

傳統的神經細胞體外培養的方法是在培養基體上通過表面化學處理(Chemically?pattemed?surface)、物理微觀結構構建(Physical?structure)或者溶液濃度梯度(Solution?gradients)來調控神經細胞的生長，使之形成神經環路，然后通過功能性電刺激(Functional?electrical?stimulation)或者局部灌注(Local?perfusion)來調控神經細胞。

其中，表面化學處理是通過化學方法將細胞培養基體表面處理成具有一定形狀的生物相容性界面，從而吸引神經細胞在這些區域生長；物理微觀結構構建是通過微加工技術，將細胞培養基體表面處理成具有一定微觀結構的界面，引導神經細胞在指定區域生長；溶液濃度梯度是通過控制生物活性物質(如多肽、蛋白)的濃度來影響神經細胞在一定區域內的生長。功能性電刺激是目前已經用于臨床的一種調控方式，在對于原發性震顫、帕金森癥和肌張力障礙等疾病的治療中起到了較好的作用。

然而，通過表面化學處理、物理微觀結構構建或者化學濃度梯度來調控神經細胞的生長以形成神經環路，細胞生長區域的重現性和控制力相對較差，從而實驗的重現性較差。功能性電刺激雖然有優異的時間分辨率，但是它的空間分辨率較差，并且不具備選擇性和特異性，較難實現對神經細胞的抑制。局部灌注雖然具有較高的空間分辨率，但是灌注的位置隨意性較大，很難精確控制，重現性較差；此外，局部灌注的時間分辨率較差，無法滿足電生理要求。因此，傳統的缺少一種可同時用于神經細胞培養，神經環路構建，以及在較高時空分辨率(Spatiotemporal?resolution)下進行調控、檢測的細胞培養裝置。

【發明內容】

基于此，有必要提供一種可同時用于神經細胞培養，神經環路構建，以及在較高時空分辨率下進行調控、檢測的細胞培養裝置。

一種細胞培養裝置包括：固定底板及設在固定底板上的細胞培養系統、光調控系統和電極系統；細胞培養系統包括細胞培養室及連通細胞培養室的供神經軸突生長的神經導管；光調控系統置于神經導管上方用于對神經導管內的培養物進行光刺激調控；電極系統與神經導管相通用于對神經導管內培養物進行輔助調控，并對神經環路的行為和功能進行實時檢測。

應用于上述方案，優選的，該細胞培養裝置還包括固定在固定底板上的藥物灌注系統，藥物灌注系統包括藥物灌注池、藥物導管及廢液池，藥物灌注池通過藥物導管與廢液池相連，藥物導管與神經導管相連通。

應用于上述方案及其組合，優選的，其中電極系統包括外接觸點、導線及電極點，外接觸點通過導線與電極點相連，神經導管與電極點相通。

應用于上述方案及其組合，優選的，其中電極點通過電化學方法沉積有導電材料用于降低電極點的阻抗，且電極點通過酶固定技術修飾有酶化合物用于采集生化信號。

應用于上述方案及其組合，優選的，其中電極系統通過濺射或光刻的方式形成在固定底板上。

應用于上述方案及其組合，優選的，其中光調控系統的光刺激位置與電極點的位置對應。

應用于上述方案及其組合，優選的，其中光調控系統包括激光光源、光纖接口、光纖及用于控制激光光柱導向和直徑的波導，波導通過光纖、光纖接口與激光光源相連。

應用于上述方案及其組合，優選的，其中電極系統包括多個一一對應的外接觸點、導線及電極點，多個外接觸點圍繞固定底板四周均勻分布，多個導線及電極點形成電極陣列，相應的，光調控系統包括多個不同直徑的波導，多個波導形成波導陣列，波導陣列中波導的位置與電極陣列中電極點位置一一對應；電極陣列、波導陣列及藥物導管中設有微流控開關。

應用于上述方案及其組合，優選的，其中神經導管的寬度為1～10μm，長度為100～1000μm；波導的直經為1～10μm。