[發明專利]一種模擬細胞力學微環境的細胞培養裝置

有效

• 申請號: 202110593961.8
• 申請日: 2021-05-28
• 公開（公告）號: CN113214991B
• 公開（公告）日: 2022-12-09
• 發明（設計）人: 王朝暉;李永康;王旭東;鄭騰飛
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: C12M3/00
• 分類號: C12M3/00;C12M1/42;C12M1/36;C12M1/34;C12M1/04
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 范巍

本發明公開的一種模擬細胞力學微環境的細胞培養裝置，包括氣體驅動裝置、培養槽以及體聲波發生器，在培養槽中設置軟體氣動腔，將培養液倒置在軟體氣動腔的表面，通過氣體驅動裝置對軟體氣動腔進行充放氣，使軟體氣動腔的頂部變形，以軟體氣動腔的變形力作為組織宏觀水平力學刺激的加載方法，同時通過體聲波發生器對培養液中的細胞施加體聲波，以體聲波作為細胞微觀水平力學刺激的加載方法，體聲波能夠作用于所有類型的細胞上，實現對細胞的精確操縱，同時聲波操縱不會對細胞造成損傷，該裝置將聲流控技術與軟驅動技術相結合，使該細胞培養裝置能夠對細胞兼顧宏觀和微觀力學刺激，實現體外微組織培養過程中細胞力學微環境的模擬。

技術領域

本發明屬于生物技術領域，尤其是一種基于聲流控與軟基驅動技術的體外模擬復雜結構和組織細胞的力學微環境的細胞培養裝置。

背景技術

類器官是指在微流控系統中構建具有三維多細胞復雜結構和組織功能的微組織或微器官，用于體外模擬整個器官和多器官系統的活動、力學環境和生理反應。類器官芯片的研究在生命科學、新藥研發、個性化醫療、毒性預測和生物防御等領域有著巨大的應用潛力。2019年《Science》刊發了以類器官芯片為主題的專刊，綜述了類器官芯片的應用前景和當前發展所面臨的問題，指出如何有效地控制類器官芯片的細胞微環境是類器官芯片面臨的主要問題之一。

細胞的力學微環境是細胞微環境的重要組成部分，其包括組織生長過程中細胞有規則的排列、細胞間的相互作用力、周圍流體對細胞的作用力、活體器官運動對組織的刺激等力學環境，對組織生長和再生過程中細胞的增殖、分化、遷移以及組織形態的建立有著重要的影響。模擬細胞的力學微環境不僅需要在微觀水平(十幾微米)上控制細胞所受到的作用力，還需在宏觀水平(毫米甚至厘米)上控制組織所受到的作用力。

細胞水平的力學微環境模擬的力學刺激加載方式有光鑷、原子力顯微鏡、玻璃微管等；組織水平的力學微環境模擬通過昂貴的夾具對構建細胞微環境的軟體基底材料加載力學刺激。現有的微觀和宏觀力學加載方法存在價格昂貴、設備復雜、對微環境有干擾、難以實現宏微觀力學刺激兼顧等缺點。

發明內容

針對現有技術中存在的問題，本發明提供了一種用于細胞力學微環境模擬的細胞培養裝置，實現體外微組織培養過程中細胞力學微環境的模擬。

本發明是通過以下技術方案來實現：

一種模擬細胞力學微環境的細胞培養裝置，包括氣體驅動裝置、培養槽和體聲波發生器；

所述培養槽中嵌置有軟體氣動腔，氣體驅動裝置與軟體氣動腔連接，用于對軟體氣動腔充放氣，培養液位于軟體氣動腔的頂面，體聲波發生器固接在培養槽上，并位于培養液的頂部，用于對培養液輸出體聲波，軟體氣動腔的頂部嵌置有柔性傳感器。

優選的，所述軟體氣動腔中設置有多個氣動室，多個氣動室相互連通。

優選的，所述軟體氣動腔的底部設置有底部通道，每個氣動室與底部通道連通，第一個氣動室與通過管道與氣體驅動裝置連接。

優選的，所述柔性傳感器包括設置在軟體氣動腔頂部的微通道，微通道中灌注有液態金屬。

優選的，所述體聲波發生器包括陶瓷壓電片、功率放大器和信號發生器；

所述陶瓷壓電片固定在培養槽內壁上，并位于軟體氣動腔的上表面，陶瓷壓電片通過功率放大器與信號發生器連接。

優選的，所述氣體驅動裝置包括電機、絲杠滑臺導軌模組和氣缸；

所述電機與絲杠滑臺導軌模組連接，絲杠滑臺導軌模組與氣缸的活塞連接，氣缸的缸體與軟體氣動腔連接。

優選的，所述絲杠滑臺導軌模組包括支撐座、滾珠絲杠和滑塊；