一种电刺激细胞培养装置的制作方法
2021-02-01 23:02:32|267|起点商标网
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本实用新型涉及细胞生物学技术领域,尤其涉及一种电刺激细胞培养装置。
背景技术:
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生物电广泛存在人体之中,在维持正常的生物学功能中发挥着不可或缺的作用。例如,许多生物学过程包括胚胎发生、伤口愈合、组织修复和重塑以及生物正常生长都是通过内源生物电流调节,而神经、肌肉和腺体组织通过内电场传输电信号/脉冲。有研究表明体内内源性电场可通过离子物质和大分子的运输、膜电压和细胞分裂轴以控制器官不对称来调节生物学过程。生物电信号进入表观遗传和转录级联,从而触发细胞特性的变化,如增殖、分化、迁移、形状变化、基因表达和调亡等。
[0003]
具体的,电场的生物物理变化可以在细胞表面触发,通过改变生物分子上的电荷分布(即构象)影响膜蛋白功能,如酶活性(na+/k+atp酶和ca2+atp酶)、膜受体复合物和离子输送通道。基于此原理,体外模拟体内生物电刺激已被广泛应用于影响神经、肌肉细胞、骨骼肌和心脏细胞等可兴奋的细胞,对干细胞、成骨细胞这类非可兴奋的细胞同样具有重要的作用,此外在提高质粒转染效率领域也起着十分重要的作用。
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然而目前的体外模拟体内生物电刺激培养装置主要依靠对培养体系中接入具有刺激电流的供电装置,这些装置具有电极、连接线、电控系统及电源等复杂的装置,这种装置要么是集成到培养箱,这种方式工程复杂成本高;要么是通过连接线将电控系统外置,这种方式影响培养箱的密闭性且操作复杂。
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因此,研发一种成本低廉、操作简单、又不影响培养箱内部环境的细胞培养装置将极为有益于体外电刺激细胞培养技术的推广。
技术实现要素:
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本实用新型的目的在于提供一种电刺激细胞培养装置,它具有成本低廉、操作简单、又不影响培养箱内部环境等优点。
[0007]
在研发本实用新型所指的电刺激细胞培养装置时,我们认为电刺激的来源至关重要,在研究了众多电刺激源后我们找到了静电脉冲。摩擦起电现象在生活中随处可见,利用摩擦起电和静电感应原理能够将机械能转化为电能,并将其作为电源使用。例如中国专利公开号 cn203445807u、cn205051599u、cn104052327a等所指的技术通过不同的结构设计将多种形式机械能转化为电能。通过合理的设计,可以利用这种基于摩擦起电和静电感应原理制作的器件,产生频率可控、输出大小可调的脉冲电信号,并将其应用于生物医学细胞生物学技术领域。该方法首先能够避免电极等其他材料接触细胞或者细胞培养基,极大地减少了细胞被污染的可能性,又无需通过连接线与外部控制器连接,保持了培养环境的密闭性及稳定性,有益于电刺激细胞培养技术的推广应用。
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具体的,本实用新型的技术方案为:一种电刺激细胞培养装置,包括皿体、盖在皿体上部的皿盖及在皿体下方的支撑架,其中皿体包括相互连通的皿体内壁导电层及皿体外
壁发电层,连通方式可以为内置导线连接或相互延伸连通。所述导电层及发电层为导电材料,根据摩擦起电原理导电材料被绝缘材料摩擦时,导电材料容易失去电子进而产生静电效应;所述支撑架包括底座、支撑部及通过连杆与底座铰接的摩擦单元,所述摩擦单元包括磁力区、绝缘材料区并通过通孔与连杆套接。
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使用时,整个装置都可以进行消毒,将装配好并消毒好的培养装置的皿体内倒入培养基及接种待培养细胞,将皿盖盖上后放入培养箱内,需要进行电刺激时在培养箱外部磁力区正对的区域设置磁力装置,基于同级相斥原理,磁力装置的存在使得摩擦单元的磁力区向皿体挤压,摩擦单元的绝缘材料贴住发电层。此时再顺着连杆方向周期性来回运动磁力装置,进而磁力区带动摩擦单元在发电层上周期性来回摩擦产生静电脉冲,并通过导电层传导到培养基内的细胞上,对细胞产生刺激效果,影响细胞特性,比如增殖、凋亡、分化、膜蛋白变化等,该培养装置可适用任意细胞系的培养。电刺激结束后只需要撤走外部磁场即可,在失去磁力的作用后由于重力作用摩擦单元脱离与发电层的接触。
[0010]
优选的,所述导电层及发电层为非铁磁导电材料,导电材料包括金属材料、半导体材料、导电聚合物材料,这些材料均可在绝缘材料摩擦后失去电子并导电,为避免受摩擦单元的磁力区吸引,如果导电材料为金属材料时应避免使用铁金属等铁磁材料,非铁磁金属材料中以铜的传导效率更高成本较为适中,更优选金属铜材料。
[0011]
选择铜材料的情况下制作皿体时可通过电镀的方式,工艺简单效率高。
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优选的,所述摩擦单元绝缘材料区为聚四氟乙烯尼龙材料,绝缘材料是在允许电压下不导电的材料,包括尼龙、聚甲醛、聚氧化乙烯、聚酰亚胺、聚偏氟乙烯、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚氯乙烯、聚二甲基硅氧烷、聚四氟乙烯等,由于聚四氟乙烯的安全性高且得电子能力极强,作为优选方案,摩擦单元通过黏胶与磁力区粘合固定。
[0013]
优选的,所述发电层位于皿体外侧底部,所述摩擦单元位于皿体下方,这种结构有利于装置的组装,使用时在培养箱的底部下方进行磁场改变即可。
[0014]
优选的,所述发电层通过通孔与导电层连通,通过通孔连通的方式原料使用少,成本更低。
[0015]
优选的,所述发电层位于皿体外侧壁,所述摩擦单元位于皿体一侧,这种结构操作相对容易,在培养箱与磁力区对应的侧壁进行磁场改变操作即可,操作空间更大更为自由。
[0016]
优选的,所述发电层从外侧壁向内延伸与导电层连通,由于此时皿体侧壁外侧为摩擦起电区域,直接将发电层向内延伸与导电层连通的方式工艺更为简单。
[0017]
优选的,所述磁力区为永磁铁,例如但不限于稀土永磁材料、铁氧体永磁材料、铝镍钴永磁材料等,永磁铁磁力更强极性更明显。
[0018]
支撑架为任何具有支撑作用的非铁磁性材料,即不被外部磁场吸引,例如但不限于铝合金支架、不锈钢支架、各类塑料支架等,当然为了较少电荷的流失最好使用不导电的塑料支架。
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实施本实用新型实施例,具有如下有益效果:
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本实用新型的电刺激细胞培养装置,由于结构简单,无需通过连接线与外部控制器连接,保持了培养环境的密闭性及稳定性,有益于电刺激细胞培养技术的推广应用。
附图说明
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图1是实施例1所述的一种电刺激细胞培养装置结构示意图;
[0022]
图2是实施例1所述的一种电刺激细胞培养装置零件爆炸图;
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图3是实施例1所述的一种电刺激细胞培养装置剖视图;
[0024]
图4是实施例2所述的一种电刺激细胞培养装置结构示意图;
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图5是实施例2所述的一种电刺激细胞培养装置零件爆炸图;
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图6是实施例2所述的一种电刺激细胞培养装置剖视图;
[0027]
图7是实施例3所述的电刺激细胞培养装置输出脉冲电刺激的电压曲线图;
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图8是实施例3所述的电刺激细胞培养装置输出脉冲电刺激的电流曲线图;
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图9是实施例3中实验组及对照组的转染效率对比图。
具体实施方式
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下面将结合本实用新型实施例中的附图,对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本实用新型保护的范围。
[0031]
实施例1:
[0032]
参见图1-图3所示,本实施例的一种电刺激细胞培养装置,包括皿体01、盖在皿体01 上部的皿盖02及在皿体01下方的支撑架03,其中,皿体01包括相互连通的皿体01内壁的导电层011及皿体01外壁的发电层012,其中,导电层011及发电层012为导电材料;其中,支撑架03包括底座031、支撑部032及通过连杆033与底座031铰接的摩擦单元04,所述摩擦单元04包括磁力区041、绝缘材料区042并通过通孔043与连杆033套接,且摩擦单元04 可以通过套接关系在连杆033上滑动。
[0033]
进一步地,所述导电层011及发电层012为非铁磁导电材料。
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进一步地,所述摩擦单元04的绝缘材料区042为聚四氟乙烯材料。
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进一步地,所述发电层位012于皿体外侧底部,所述摩擦单元04位于皿体01下方。
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进一步地,所述发电层012通过通孔013与导电层011连通。
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进一步地,所述磁力区041为永磁铁。
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实施例2:
[0039]
参见图4-图6所示,本实施例的一种电刺激细胞培养装置,与实施例1不同的是,所述发电层012位于皿体01外侧壁,相对应的,所述摩擦单元04位于皿体01一侧,这种实施方式使用时,在摩擦单元04对应的培养箱外侧施加与磁力区041相反的磁场,即可将摩擦单元 04向皿体01的侧壁推,摩擦单元04的绝缘材料区042接触发电层012,此时顺着连杆033 的方向上下移动培养箱外侧磁场即可在磁力牵引作用下带动摩擦单元04上下滑动,进而通过摩擦单元04的运动在发电层上产生静电。
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进一步地,所述发电层012从外侧壁向内延伸与导电层011连通。
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实施例3:
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选择人非小细胞肺癌细胞系a549进行培养,将细胞及培养基加入到实验组
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实施例1所示的电刺激培养装置中,及对照组—普通培养皿中,在培养箱内培养扩增,待细胞密
度达到 60%-80%时,加入lipo2000脂质体包装的绿色荧光蛋白(gfp)真核表达质粒,在培养箱底部增加可周期性变化磁场,调整变化磁场的频率及强度,使磁铁带动摩擦材料产生周期性往复运动,并与培养皿底面摩擦,利用摩擦起电和静电感应作用对培养皿内细胞产生电刺激;电刺激1小时后停止刺激,并在转染后不同时间点比较转染效率的变化,通过流式细胞技术检测转染效率可以观察到具有电刺激功能的细胞培养皿能够提高转染效率,缩短转染时间。
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其中,所述电刺激培养装置的摩擦材料为尼龙薄膜;导电材料为铜膜;磁铁为钕铁硼强磁铁,直径为10mm,厚度为2mm;变化磁场的频率为3.3hz,强度为2000gs,如图7-8所示,对磁场变化过程中培养装置产生的电压为130v脉冲电压,可以输出峰值为6微安的电流。
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如图9所示,将实验组及对照组培养后6小时、12小时、24小时、48小时分别进行质粒转染效率测定,发现随着培养时间的增长,实验组的转染率明显高于对照组。
[0045]
经上述实施例的实验效果证明,本实用新型的电刺激细胞培养装置可以通过周期性改变外部磁场产生稳定的脉冲电刺激,在能保证电刺激效果的基础上,又因为没有电极等其他材料接触细胞或者细胞培养基,极大地减少了细胞被污染的可能性;同时无需通过连接线与外部控制器连接,保持了培养环境的密闭性及稳定性。以上多种优势可以极大的帮助电刺激培养技术的推广。
[0046]
以上所述是本实用新型的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本实用新型原理的前提下,还可以做出若干改进和变形,这些改进和变形也视为本实用新型的保护范围。
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