專利名稱：細胞培養(yǎng)裝置的制作方法
細胞培養(yǎng)裝置
技術領域：
本發(fā)明涉及神經(jīng)工程領域，尤其涉及一種基于微流控技術的細胞培養(yǎng)裝置。背景技術：
隨著神經(jīng)系統(tǒng)疾病發(fā)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(jīng)系統(tǒng)的復雜性，使得在活體(in vivo)研究神經(jīng)系統(tǒng)的某些問題，尤其是對于神經(jīng)環(huán)路以及神經(jīng)可塑性的探索非常困難。在這種條件下，神經(jīng)細胞的體外(in vitro)培養(yǎng)就成為了一種較為理想的方法?？梢酝ㄟ^體外培養(yǎng)使神經(jīng)細胞之間建立規(guī)則的聯(lián)系，將神經(jīng)元之間復雜的三維聯(lián)系降低到二維，使得其觀察和研究更加容易。傳統(tǒng)的神經(jīng)細胞體外培養(yǎng)的方法是在培養(yǎng)基體上通過表面化學處理(Chemically patterned surface)、物理微觀結(jié)構(gòu)構(gòu)建(Physical structure)或者溶液濃度梯度 (Solution gradients)來調(diào)控神經(jīng)細胞的生長，使之形成神經(jīng)環(huán)路，然后通過功能性電刺激(Functional electrical stimulation)或者局部灌注(Local perfusion)來調(diào)控神經(jīng)細胞。其中，表面化學處理是通過化學方法將細胞培養(yǎng)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(jīng)細胞在這些區(qū)域生長；物理微觀結(jié)構(gòu)構(gòu)建是通過微加工技術，將細胞培養(yǎng)基體表面處理成具有一定微觀結(jié)構(gòu)的界面，引導神經(jīng)細胞在指定區(qū)域生長； 溶液濃度梯度是通過控制生物活性物質(zhì)(如多肽、蛋白)的濃度來影響神經(jīng)細胞在一定區(qū)域內(nèi)的生長。功能性電刺激是目前已經(jīng)用于臨床的一種調(diào)控方式，在對于原發(fā)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(jié)構(gòu)構(gòu)建或者化學濃度梯度來調(diào)控神經(jīng)細胞的生長以形成神經(jīng)環(huán)路，細胞生長區(qū)域的重現(xiàn)性和控制力相對較差，從而實驗的重現(xiàn)性較差。功能性電刺激雖然有優(yōu)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(xiàn)對神經(jīng)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(xiàn)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(tǒng)的缺少一種可同時用于神經(jīng)細胞培養(yǎng)，神經(jīng)環(huán)路構(gòu)建，以及在較高時空分辨率(Spatiotemporal resolution)下進行調(diào)控、檢測的細胞培養(yǎng)裝置。

發(fā)明內(nèi)容基于此，有必要提供一種可同時用于神經(jīng)細胞培養(yǎng)，神經(jīng)環(huán)路構(gòu)建，以及在較高時空分辨率下進行調(diào)控、檢測的細胞培養(yǎng)裝置。一種細胞培養(yǎng)裝置包括固定底板及設在固定底板上的細胞培養(yǎng)系統(tǒng)、光調(diào)控系統(tǒng)和電極系統(tǒng)；細胞培養(yǎng)系統(tǒng)包括細胞培養(yǎng)室及連通細胞培養(yǎng)室的供神經(jīng)軸突生長的神經(jīng)導管；光調(diào)控系統(tǒng)置于神經(jīng)導管上方用于對神經(jīng)導管內(nèi)的培養(yǎng)物進行光刺激調(diào)控；電極系統(tǒng)與神經(jīng)導管相通用于對神經(jīng)導管內(nèi)培養(yǎng)物進行輔助調(diào)控，并對神經(jīng)環(huán)路的行為和功能進行實時檢測。
應用于上述方案，優(yōu)選的，該細胞培養(yǎng)裝置還包括固定在固定底板上的藥物灌注系統(tǒng)，藥物灌注系統(tǒng)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(jīng)導管相連通。應用于上述方案及其組合，優(yōu)選的，其中電極系統(tǒng)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(jīng)導管與電極點相通。應用于上述方案及其組合，優(yōu)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(yōu)選的，其中電極系統(tǒng)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(yōu)選的，其中光調(diào)控系統(tǒng)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(yōu)選的，其中光調(diào)控系統(tǒng)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(yōu)選的，其中電極系統(tǒng)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(diào)控系統(tǒng)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(yōu)選的，其中神經(jīng)導管的寬度為1 ΙΟμπι，長度為 100 1000 μ m ；波導的直經(jīng)為1 10 μ m。應用于上述方案及其組合，優(yōu)選的，其中細胞培養(yǎng)系統(tǒng)包括兩組細胞培養(yǎng)室，每組包括兩個連通的細胞培養(yǎng)室，兩組細胞培養(yǎng)室之間通過4個神經(jīng)導管連通，神經(jīng)導管的直徑為5 μ m,長度為900 μ m ；電極系統(tǒng)沿每個神經(jīng)導管的軸向依次設有16個方形電極點，電極點的長寬均為5 μ m,每個神經(jīng)導管軸向的電極點之間相距50 μ m ；光調(diào)控系統(tǒng)包括16個波導，波導的直徑為2μπι;藥物灌注系統(tǒng)包括多個與神經(jīng)導管正交連通的藥物導管。應用于上述方案及其組合，優(yōu)選的，其中光調(diào)控系統(tǒng)包括激光光源、光纖接口、分接口和光纖，光纖通過分接口、光纖接口與激光光源相連。應用于上述方案及其組合，優(yōu)選的，其中電極系統(tǒng)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(diào)控系統(tǒng)包括多個不同直徑的光纖，多個光纖形成光纖陣列，光纖陣列中光纖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(yōu)選的，其中神經(jīng)導管的寬度為1 ΙΟμπι，長度為 100 1000 μ m ；光纖的直經(jīng)為1 10 μ m。應用于上述方案及其組合，優(yōu)選的，其中細胞培養(yǎng)系統(tǒng)包括兩組細胞培養(yǎng)室，每組包括兩個連通的細胞培養(yǎng)室，兩組細胞培養(yǎng)室之間通過4個神經(jīng)導管連通，神經(jīng)導管的直徑為5 μ m，長度為900 μ m ；電極系統(tǒng)沿每個神經(jīng)導管的軸向依次設有16個方形電極點，電極點的長寬均為5 μ m,每個神經(jīng)導管軸向的電極點之間相距50 μ m ；光調(diào)控系統(tǒng)包括16個光纖，光纖的直徑為2 μ m ；藥物灌注系統(tǒng)包括多個與神經(jīng)導管正交連通的藥物導管。
應用于上述方案及其組合，優(yōu)選的，其中固定底板的材質(zhì)為玻璃、硅或二氧化硅； 細胞培養(yǎng)室及神經(jīng)導管的材質(zhì)為透明的聚二甲氧基硅氧烷。該細胞培養(yǎng)裝置通過微流控技術的特定結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)神經(jīng)細胞的培養(yǎng)，如神經(jīng)細胞可以生長在細胞培養(yǎng)室中，而軸突卻只能生長在神經(jīng)導管中，培養(yǎng)室中的神經(jīng)細胞通過神經(jīng)導管中的軸突構(gòu)成神經(jīng)環(huán)路，細胞生長區(qū)域的重現(xiàn)性和控制力相對較強；再通過激光對神經(jīng)細胞進行高時空分辨率的調(diào)控，選擇性和特異性強，可以實現(xiàn)對神經(jīng)細胞的興奮和抑制；通過電極系統(tǒng)刺激對神經(jīng)環(huán)路進行輔助調(diào)控，并對神經(jīng)環(huán)路的行為和功能進行實時檢測，時空分辨率高，調(diào)控及檢測結(jié)果可靠。

圖1為一實施方式的細胞培養(yǎng)裝置結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為圖1實施方式中細胞培養(yǎng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為圖1實施方式中電極陣列與神經(jīng)導管分布示意圖；圖4為圖1實施方式中細胞培養(yǎng)系統(tǒng)與藥物灌注系統(tǒng)分布示意圖；圖5為圖1實施方式中神經(jīng)導管與藥物導管分布示意圖；圖6為圖1實施方式中光調(diào)控系統(tǒng)與細胞培養(yǎng)系統(tǒng)分布示意圖；圖7為另一實施方式的光調(diào)控系統(tǒng)與細胞培養(yǎng)系統(tǒng)分布示意圖。
具體實施方式下面主要結(jié)合附圖及具體實施例對細胞培養(yǎng)裝置作進一步詳細的說明。如圖1所示，一優(yōu)選實施方式的細胞培養(yǎng)裝置100包括固定底板110、細胞培養(yǎng)系統(tǒng)120、電極系統(tǒng)130、藥物灌注系統(tǒng)140及光調(diào)控系統(tǒng)(圖未示)。其中，細胞培養(yǎng)系統(tǒng) 120、電極系統(tǒng)130、藥物灌注系統(tǒng)140及光調(diào)控系統(tǒng)固定在固定底板110上。固定底板110可以由硬質(zhì)材料構(gòu)成，主要起支撐固定的作用?？梢赃x用的材料有玻璃、硅及二氧化硅等。本實施方式的固定底板110為方形玻璃底板。在其他實施方式中， 固定底板110還可以采用其他材料如硅或二氧化硅制作，形狀也不限于方形，還可以為圓形等。請參圖2，本實施方式的細胞培養(yǎng)系統(tǒng)120包括兩組共4個細胞培養(yǎng)室122。每組細胞培養(yǎng)室之間通過主導管1 連通。兩組之間的主導管IM通過設在主導管IM上的4 個神經(jīng)導管1 連通。神經(jīng)導管1 連通兩主導管124，從而兩組細胞培養(yǎng)室122可以通過神經(jīng)導管1 連通。細胞培養(yǎng)室122和神經(jīng)導管1 主要用于控制和引導神經(jīng)細胞的生長和神經(jīng)細胞之間的連接以及神經(jīng)環(huán)路的形成。可以根據(jù)需要的研究模型進行設計不同規(guī)格的神經(jīng)導管126，神經(jīng)導管126的寬度為1 10 μ m，長度為100 1000 μ m。優(yōu)選的，本實施方式的神經(jīng)導管的寬度為5 μ m，長度為900 μ m，這種設計的神經(jīng)導管1 可以保證神經(jīng)細胞不會進入到神經(jīng)導管1 中，而只有軸突在神經(jīng)導管1 中生長，從而可以得到有序的神經(jīng)網(wǎng)絡。細胞培養(yǎng)系統(tǒng)120優(yōu)選柔性透明的透氣性較好的材料制作，如硅橡膠等。本實施方式的細胞培養(yǎng)系統(tǒng)采用具有高度疏水性的聚二甲氧基硅氧烷(PDMS)制作。為使神經(jīng)細胞在細胞培養(yǎng)室122中更好的生長，本實施方式的細胞培養(yǎng)室122、主導管IM及神經(jīng)導管1 的內(nèi)表面可以通過表面嫁接、表面涂膜、層層自組裝等技術進行生物相容性處理。此外， 在細胞培養(yǎng)前，細胞培養(yǎng)室122、主導管IM及神經(jīng)導管126的內(nèi)表面進一步還可以進行包被處理，如多聚賴氨酸包被、層粘連蛋白包被等。請結(jié)合圖1和圖3，電極系統(tǒng)130包括外接觸頭132、導線134及電極點136。外接觸頭132通過導線134與電極點136連接，每個外接觸頭132對應一個電極點136。多個外接觸頭132圍繞固定底板110的四周均勻設置，多個導線134及電極點136形成電極陣列。本實施方式的固定底板110的每條邊設有16個外接觸點132。為進一步方便使用，外接觸點132的設計使之可以直接連接到通用的電生理測量儀器上進行電生理測量，如美國 Plexon公司和德國MEA公司的電生理測量儀。神經(jīng)導管126的軸向依次排列有由16個導線134及方形電極點136形成的電極陣列，每個電極點136的長寬均為5 μ m，每兩個電極點 136之間間隔50 μ m。神經(jīng)導管126與電極點136相通，從而電極陣列可以對神經(jīng)導管1 內(nèi)的培養(yǎng)物進行高時空分辨率的電生理測量和電脈沖刺激。優(yōu)選的，本實施方式的電極系統(tǒng)130是通過濺射或光刻的方式形成在固定底板 110的表面。導線134及電極點136的材料可以為金、鉬、氧化銥、氮化鈦、導電聚合物、碳基材料中的一種或者兩種以上。在實際使用過程中，電極系統(tǒng)130可以作為一種輔助的調(diào)控方式，電極陣列可以對神經(jīng)細胞進行功能性電脈沖刺激，通過改變在微環(huán)境中的電場強度來對神經(jīng)細胞的生長進行誘導，并能對神經(jīng)環(huán)路和神經(jīng)可塑性進行研究。為降低電極點 136的接觸阻抗，增強電生理信號的信噪比，可以通過電化學方法在電極點136的表面沉積修飾材料，如氧化銥、導電聚合物或碳基材料等。如對氧化銥材質(zhì)的電極點136進行碳基材料的修飾后，可以在IKHz的測量頻率下將電極點136的阻抗降低50% 90%，得到的電生理信號的背景噪音小，信噪比高。進一步，可以使用酶固定技術對電極點136進行酶化合物的固定修飾，以構(gòu)成生物傳感器對軸突周圍的微環(huán)境進行檢測，檢測的信號包括神經(jīng)遞質(zhì)的濃度、氨基酸濃度、離子濃度、氧濃度、溫度、PH值等，從而得到軸突在調(diào)控過程中的神經(jīng)遞質(zhì)、谷氨酸和重要離子濃度的變化，以及環(huán)境中氧氣、溫度和PH等重要指標的變化情況。 例如可以對電極點136進行酪氨酸酶修飾后，可以得到神經(jīng)傳遞質(zhì)多巴胺傳感器，采用該多巴胺傳感器可以實現(xiàn)在一定空間范圍內(nèi)實施檢測軸突位置釋放的多巴胺濃度，從而可以研究神經(jīng)環(huán)路的功能。更進一步，可以通過在各電極陣列中設置微流控開關，可以針對性的打開或關閉相應的電極點136，選擇性的對神經(jīng)導管1 進行局部的電脈沖刺激。請結(jié)合圖1、圖4和圖5，藥物灌注系統(tǒng)140包括藥物灌注池142、藥物導管144及廢液池146。藥物灌注池142通過藥物導管144與廢液池146相連。藥物導管144與神經(jīng)導管1 相連通，可以對神經(jīng)導管126內(nèi)的微環(huán)境中軸突進行藥物刺激。所用的藥物可以為神經(jīng)營養(yǎng)因子、神經(jīng)遞質(zhì)、氨基酸或基因(如光敏感型蛋白基因等)等。本實施方式的藥物灌注系統(tǒng)140包括9個藥物導管144。9個藥物導管144與神經(jīng)導管126正交連通。采用多個藥物導管144可以對軸突進行多點藥物刺激或者進行高通量的藥物篩選，藥物釋放均勻，實驗結(jié)果可靠。進一步，各藥物導管144中可設置微流控開關，通過微流控開關打開或關閉相應的藥物導管，可以針對性的對神經(jīng)導管126內(nèi)的軸突進行藥物刺激。如圖6所示，光調(diào)控系統(tǒng)150設于細胞培養(yǎng)系統(tǒng)120的上方。光調(diào)控系統(tǒng)150包括激光光源(圖未示)、光纖接口 152、光纖IM及用于控制激光光柱的導向和直徑的波導
7156。波導156通過光纖154、光纖接口 152與激光光源相連。波導156將激光光源發(fā)出的激光導入到神經(jīng)導管1 中，對軸突等進行光刺激調(diào)控。在實施過程中，激光光源主要發(fā)出藍色(波長=472nm)或黃色(波長=593nm)激光，藍色或黃色激光通過光纖IM和波導 156導入到神經(jīng)導管126中進行照射。由于藍色或黃色激光只對導入了光敏感基因的細胞起作用，因此該光調(diào)控系統(tǒng)150具有細胞特異性，并且能有效興奮或抑制神經(jīng)元。在使用光調(diào)控系統(tǒng)150之前，需要將光敏感基因通過特異的啟動子轉(zhuǎn)入到與相關回路的神經(jīng)元內(nèi)并表達。其中，興奮型通道蛋白基因為Channelrh0d0pSin-2(ChR2)，抑制型通道蛋白基因為 Helorhodopsin(NpHR)。光調(diào)控系統(tǒng)150通過光纖巧4和波導156向神經(jīng)導管內(nèi)轉(zhuǎn)有光敏感基因的神經(jīng)元提供光刺激，由此引起神經(jīng)元的興奮或抑制。用藍光刺激表達有興奮型通道蛋白基因的神經(jīng)元，將興奮該類神經(jīng)元；而用黃光刺激表達有抑制型通道蛋白基因的神經(jīng)元，將抑制該類神經(jīng)元。通過興奮或抑制就能調(diào)控神經(jīng)回路，從而進行相關的研究。由于光調(diào)控系統(tǒng)150具有細胞特異性，這種光敏感基因神經(jīng)調(diào)控技術具有較高的時空分辨率。
光調(diào)控系統(tǒng)150可以包括多個波導156，波導的直接可以為1 10 μ m。多個波導 156通過微加工技術形成波導陣列。通過波導陣列可以將入射的激光分成具有固定大小的激光陣列，同時可以在波導陣列中加入微流控開關，可以選擇性的進行局部的光刺激，目的性強，時空分辨率高。波導156引導激光的光刺激位點與電極點136的位置對應，從而電極點136可以較為準確針對性的采集光刺激位點的電生理信號。本實施方式的光調(diào)控系統(tǒng) 150在每條神經(jīng)導管126的軸向分布有16個波導156。波導156的直徑為2 μ m。16個波導156與16個電極點136相對應。 在其他實施方式中，光調(diào)控系統(tǒng)還可以通過設置不同直徑的光纖替代波導。如圖7 所示，本實施方式中的光調(diào)控系統(tǒng)250包括激光光源(圖未示)、光纖接口 252、分接口 2M 和光纖256。光纖256通過分接口 254、光纖接口 252與激光光源相連。光纖256的直徑可以為1 10 μ m。優(yōu)選的，光纖的直徑為2 μ m。光纖256直接將激光光源發(fā)出的激光導入到神經(jīng)導管126中。多個光纖256可以形成光纖陣列，光纖陣列中可以加入微流控開關，選擇性的對神經(jīng)導管126進行局部的光刺激。該細胞培養(yǎng)裝置100通過微流控技術的特定結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)神經(jīng)細胞的培養(yǎng)，如神經(jīng)細胞可以生長在細胞培養(yǎng)室122中，而軸突卻只能生長在神經(jīng)導管126中，細胞培養(yǎng)室122 中的神經(jīng)細胞通過神經(jīng)導管126中的軸突構(gòu)成神經(jīng)環(huán)路，細胞生長區(qū)域的重現(xiàn)性和控制力相對較強；再通過激光對神經(jīng)細胞進行高時空分辨率的調(diào)控，選擇性和特異性強，可以實現(xiàn)對神經(jīng)細胞的興奮和抑制；通過電極系統(tǒng)130刺激對神經(jīng)環(huán)路進行輔助調(diào)控，并對神經(jīng)環(huán)路的行為和功能進行實時檢測，時空分辨率高，調(diào)控及檢測結(jié)果可靠。以上所述實施例僅表達了本發(fā)明的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細，但并不能因此而理解為對本發(fā)明專利范圍的限制。應當指出的是，對于本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬于本發(fā)明的保護范圍。因此，本發(fā)明專利的保護范圍應以所附權(quán)利要求為準。
權(quán)利要求
1.一種細胞培養(yǎng)裝置，其特征在于，包括固定底板及設在所述固定底板上的細胞培養(yǎng)系統(tǒng)、光調(diào)控系統(tǒng)和電極系統(tǒng)；所述細胞培養(yǎng)系統(tǒng)包括細胞培養(yǎng)室及連通所述細胞培養(yǎng)室的供神經(jīng)軸突生長的神經(jīng)導管；所述光調(diào)控系統(tǒng)置于所述神經(jīng)導管上方用于對神經(jīng)導管內(nèi)的培養(yǎng)物進行光刺激調(diào)控；所述電極系統(tǒng)與所述神經(jīng)導管相通用于對神經(jīng)導管內(nèi)培養(yǎng)物進行輔助調(diào)控，并對神經(jīng)環(huán)路的行為和功能進行實時檢測。
2.如權(quán)利要求1所述的細胞培養(yǎng)裝置，其特征在于，還包括固定在所述固定底板上的藥物灌注系統(tǒng)，所述藥物灌注系統(tǒng)包括藥物灌注池、藥物導管及廢液池，所述藥物灌注池通過所述藥物導管與所述廢液池相連，所述藥物導管與所述神經(jīng)導管相連通。
3.如權(quán)利要求2所述的細胞培養(yǎng)裝置，其特征在于，所述電極系統(tǒng)包括外接觸點、導線及電極點，所述外接觸點通過所述導線與所述電極點相連，所述神經(jīng)導管與所述電極點相ο
4.如權(quán)利要求3所述的細胞培養(yǎng)裝置，其特征在于，所述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，且所述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。
5.如權(quán)利要求3或4所述的細胞培養(yǎng)裝置，其特征在于，所述電極系統(tǒng)通過濺射或光刻的方式形成在所述固定底板上。
6.如權(quán)利要求4所述的細胞培養(yǎng)裝置，其特征在于，所述光調(diào)控系統(tǒng)的光刺激位置與所述電極點的位置對應。
7.如權(quán)利要求6所述的細胞培養(yǎng)裝置，其特征在于，所述光調(diào)控系統(tǒng)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，所述波導通過光纖、光纖接口與所述激光光源相連。
8.如權(quán)利要求7所述的細胞培養(yǎng)裝置，其特征在于，所述電極系統(tǒng)包括多個一一對應的外接觸點、導線及電極點，多個外接觸點圍繞所述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，所述光調(diào)控系統(tǒng)包括多個不同直徑的波導，多個所述波導形成波導陣列，所述波導陣列中波導的位置與所述電極陣列中電極點位置一一對應；所述電極陣列、波導陣列及所述藥物導管中設有微流控開關。
9.如權(quán)利要求8所述的細胞培養(yǎng)裝置，其特征在于，所述神經(jīng)導管的寬度為1 10 μ m,長度為100 1000 μ m ；所述波導的直經(jīng)為1 10 μ m。
10.如權(quán)利要求9所述的細胞培養(yǎng)裝置，其特征在于，所述細胞培養(yǎng)系統(tǒng)包括兩組細胞培養(yǎng)室，每組包括兩個連通的細胞培養(yǎng)室，兩組細胞培養(yǎng)室之間通過4個神經(jīng)導管連通，所述神經(jīng)導管的直徑為5 μ m,長度為900 μ m ；所述電極系統(tǒng)沿每個神經(jīng)導管的軸向依次設有16個方形電極點，所述電極點的長寬均為5 μ m,每個神經(jīng)導管軸向的電極點之間相距50 μ m ；所述光調(diào)控系統(tǒng)包括16個波導，所述波導的直徑為2μπι ；所述藥物灌注系統(tǒng)包括多個與神經(jīng)導管正交連通的藥物導管。
11.權(quán)利要求6所述的細胞培養(yǎng)裝置，其特征在于，所述光調(diào)控系統(tǒng)包括激光光源、光纖接口、分接口和光纖，所述光纖通過分接口、光纖接口與所述激光光源相連。
12.如權(quán)利要求11所述的細胞培養(yǎng)裝置，其特征在于，所述電極系統(tǒng)包括多個一一對應的外接觸點、導線及電極點，多個外接觸點圍繞所述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，所述光調(diào)控系統(tǒng)包括多個不同直徑的光纖，多個所述光纖形成光纖陣列，所述光纖陣列中光纖的位置與所述電極陣列中電極點位置一一對應；所述電極陣列、波導陣列及所述藥物導管中設有微流控開關。
13.如權(quán)利要求12所述的細胞培養(yǎng)裝置，其特征在于，所述神經(jīng)導管的寬度為1 10 μ m,長度為100 1000 μ m ；所述光纖的直經(jīng)為1 10 μ m。
14.如權(quán)利要求13所述的細胞培養(yǎng)裝置，其特征在于，所述細胞培養(yǎng)系統(tǒng)包括兩組細胞培養(yǎng)室，每組包括兩個連通的細胞培養(yǎng)室，兩組細胞培養(yǎng)室之間通過4個神經(jīng)導管連通， 所述神經(jīng)導管的直徑為5 μ m,長度為900 μ m ；所述電極系統(tǒng)沿每個神經(jīng)導管的軸向依次設有16個方形電極點，所述電極點的長寬均為5 μ m,每個神經(jīng)導管軸向的電極點之間相距50 μ m ；所述光調(diào)控系統(tǒng)包括16個光纖，所述光纖的直徑為2 μ m ；所述藥物灌注系統(tǒng)包括多個與神經(jīng)導管正交連通的藥物導管。
15.如權(quán)利要求1所述的細胞培養(yǎng)裝置，其特征在于，所述固定底板的材質(zhì)為玻璃、硅或二氧化硅；所述細胞培養(yǎng)室及所述神經(jīng)導管的材質(zhì)為透明的聚二甲氧基硅氧烷。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種細胞培養(yǎng)裝置包括固定底板及設在固定底板上的細胞培養(yǎng)系統(tǒng)、光調(diào)控系統(tǒng)和電極系統(tǒng)。該細胞培養(yǎng)裝置通過微流控技術的特定結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)神經(jīng)細胞的培養(yǎng)，如神經(jīng)細胞可以生長在細胞培養(yǎng)室中，而軸突卻只能生長在神經(jīng)導管中，培養(yǎng)室中的神經(jīng)細胞通過神經(jīng)導管中的軸突構(gòu)成神經(jīng)環(huán)路，細胞生長區(qū)域的重現(xiàn)性和控制力相對較強；再通過激光對神經(jīng)細胞進行高時空分辨率的調(diào)控，選擇性和特異性強，可以實現(xiàn)對神經(jīng)細胞的興奮和抑制；通過電極系統(tǒng)刺激對神經(jīng)環(huán)路進行輔助調(diào)控，并對神經(jīng)環(huán)路的行為和功能進行實時檢測，時空分辨率高，調(diào)控及檢測結(jié)果可靠。
文檔編號C12M3/00GK102337211SQ20111024668
公開日2012年2月1日 申請日期2011年8月25日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月25日
發(fā)明者張捷, 王立平, 蔚鵬飛, 魯藝 申請人:中國科學院深圳先進技術研究院