CN108102918B - 一种培养皿装置及细胞膜片的培养方法 - Google Patents

一种培养皿装置及细胞膜片的培养方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种细胞膜片培养皿装置以及细胞膜片的培养方法，培养皿装置中设置有温度敏感层、冷光结构和温度调节层，通过温度敏感层和温度调节层对培养皿内温度环境调控并保证在细胞膜片生长的适宜的温度条件下，利用相对于普通光源散发热量少的冷光结构均匀向细胞膜片方向出射冷光，可有效降低光散发的热量对于细胞膜片生长产生的不利影响，并可实现对于细胞膜片生长参数的实时检测。

Description

一种培养皿装置及细胞膜片的培养方法
技术领域
本发明涉及一种培养皿的装置结构设计及细胞膜片的培养方法。
背景技术
细胞膜片是近年来组织工程领域的研究热点，在皮肤、角膜、心脏、牙周等相关疾病的治疗中具有广泛的应用。目前常用的细胞膜片制备装置是是温度感应式培养皿装置,然而，现有的温度感应式培养皿装置中热光源、光源发散热量较大，对细胞膜片的生长容易产生不利的影响。
发明内容
(一)要解决的技术问题
针对上述技术问题，本发明的实施例提供一种能够有效控制细胞膜片培养过程温度的培养皿装置，以及细胞膜片的培养方法。
(二)技术方案
为达到上述目的，本发明的实施例采用如下至少之一技术方案：
一种培养皿装置，包括皿体，其特征在于：所述皿体的内部设置有温度敏感层和冷光结构，所述温度敏感层和所述冷光结构之间设置有分隔层。
进一步地，所述冷光结构包括散射粒子，所述散射粒子均匀分散于所述冷光结构内。
进一步地，所述冷光结构包括多个冷光LED光源，所述冷光LED光源阵列式排布于所述冷光结构内。
进一步地，所述皿体的外部设置有冷光LED光源，所述冷光LED光源与所述冷光结构处于同一水平位置。
进一步地，所述冷光结构包括受光或电激发后可以发射冷光的发光材料层，所述发光材料包括荧光材料或磷光材料中的至少一种材料。
进一步地，所述温度敏感层包括聚N-四氢糠基丙烯酰胺、聚N-正丙基丙烯酰胺、聚N-异丙基丙烯酰胺中的至少一种材料。
进一步地，所述装置还包括电极布线层，所述电极布线层设置于所述皿体的内部，位于所述冷光结构相对于所述温度敏感层的另一侧。
进一步地，所述装置还包括温度调节层，所述温度调节层设置于所述皿体的内壁，或者所述温度调节层设置于所述皿体的外壁。
进一步地，所述装置还包括固定元件，所固定元件设置于所述皿体的外部，用于固定所述培养皿装置。
进一步地，所述固定元件包括至少两个定位块，所述定位块中设置有定位槽。
进一步地，所述固定元件为定位架，所述培养皿装置位于所述定位架内。
进一步地，所述定位架的内壁设置有温度调节层。
进一步地，所述装置还包括显示单元，所述显示单元设置于所述皿体的外部。
本发明还提出一种细胞膜片的培养方法，其特征在于，所述方法包括：
培养皿体内部设置温度敏感层和冷光结构，在所述温度敏感层和所述冷光结构之间设置分隔层；
调节培养皿装置温度范围，将待培养细胞膜片置于所述温度敏感层相对所述冷光结构的另一侧；
通过冷光结构向所述细胞膜片方向出射冷光，冷光至少部分经过所述温度敏感层和培养皿装置内设置的分隔层向细胞膜片方向出射。
进一步地，当所述培养皿装置内温度偏离初始预设的细胞膜片生长温度范围时时，所述温度敏感层从所述分隔层脱离。
(三)有益效果
本发明提供的培养皿装置及细胞膜片培养方法，可实现细胞膜片培养过程的温度的有效控制，有利于细胞膜片的有效生长，降低温度对于细胞膜片生长的不利影响，并且通过本发明提供的培养皿装置及细胞膜片培养方法还能够实现细胞膜片生长参数的实时检测，有效监控细胞膜片的生长过程。
附图说明
图1为本发明提供的一实施例培养皿装置的剖面结构示意图；
图2为本发明提供的另一实施例培养皿装置的剖面结构示意图；
图3为本发明提供的另一实施例培养皿装置的剖面结构示意图；
图4为本发明提供的培养皿装置外部结构示意图；
图5为本发明提供的培养皿装置外部结构示意图；
图6为本发明提供的培养皿装置外部透视结构示意图。
附图标记说明：附图标记
101：皿体；
102：皿盖；
103：定位块；
104：定位槽；
105：细胞膜片；
106：温度敏感层；
107：分隔层；
108：冷光结构；
109：布线层；
110：冷光LED光源；
111：温度调节元件。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
实施例1
如图1所示，本实施例提供一种培养皿装置，包括皿体(101)，所述皿体(101)的内部设置有温度敏感层(106)和冷光结构(108)，所述冷光结构(108)用于出射冷光,温度敏感层(106)和冷光结构(108)之间设置有分隔层(107)。
如图1所示，待培养细胞膜片(105)放置于温度敏感层(106)之上，以温度敏感层(106)作为细胞膜片生成的基底层，以便于后期对细胞膜片的收获和采集。相对于普通热光源，本实施例的冷光结构(108)向细胞膜片出射冷光，其散发热量少，可降低光源对于细胞膜片生长产生的不利影响，分隔层(107)的设置有效降低冷光结构发光过程中所产生的热量对于培养皿装置内部环境温度的影响。因此，本实施例提供的培养皿装置，可实现细胞膜片培养过程的温度的有效控制，有利于细胞膜片的有效生长。
实施例2
本实施例提供一种培养皿装置，包括皿体(101)，所述皿体(101)的内部设置有温度敏感层(106)和冷光结构(108)，所述冷光结构(108)用于出射冷光,温度敏感层(106)和冷光结构(108)之间设置有分隔层(107)。所述冷光结构(108)包括散射粒子，所述散射粒子均匀分散于冷光结构(108)中，用于冷光结构(108)内出射的冷光光源均匀散射出去。
可选的，所述散射粒子在冷光结构(108)周边分散的密度大于中心的分散密度，有利于将冷光结构周边的冷光LED光源较好的散射向细胞生长层照射。
可选的，所述散射粒子在冷光结构(108)中是间隔式分散的，有利于冷光结构(108)不同区域出射的冷光之间的也能够均匀的向细胞生长层照射。
实施例3
本实施例提供一种培养皿装置，包括皿体(101)，所述皿体(101)的内部设置有温度敏感层(106)和冷光结构(108)，所述冷光结构(108)用于出射冷光,温度敏感层(106)和冷光结构(108)之间设置有分隔层(107)。如图2所示，所述冷光结构(108)包括多个冷光LED光源(110)，所述冷光LED光源(110)阵列式排布于所述冷光结构(108)内，利用相对于普通光源散发热量少的冷光LED光源，均匀向细胞膜片出射冷光光源，可降低光源对于细胞膜片生长产生的不利影响。
实施例4
本实施例提供一种培养皿装置，包括皿体(101)，所述皿体(101)的内部设置有温度敏感层(106)和冷光结构(108)，所述冷光结构(108)用于出射冷光,温度敏感层(106)和冷光结构(108)之间设置有分隔层(107)，如图3所示，所述培养皿装置包括设置于皿体(101)外部的至少两个冷光LED光源(110)，所述冷光LED光源(110)与所述皿体内部的冷光结构(108)处于同一水平位置。当冷光LED光源(110)发射冷光光源，冷光光源照射进入冷光结构(108)内,通过冷光结构将冷光源向细胞膜片生长层出射。相对于实施例1，将冷光LED光源(110)置于皿体(101)的外部，可进一步降低冷光LED光源在皿体内产生热量对于细胞膜片生长环境的影响。
实施例5
本实施例提供一种培养皿装置，包括皿体(101)，所述皿体(101)的内部设置有温度敏感层(106)和冷光结构(108)，所述冷光结构(108)用于出射冷光,温度敏感层(106)和冷光结构(108)之间设置有分隔层(107)。相对于实施例1，所述冷光结构(108)包括受光或电激发后可以发射冷光的发光材料。冷光发光材料在受到电激发后能够发射荧光或磷光等冷光波长范围的光，例如，冷光发光材料为发射波长在460nm左右的InGaN蓝光荧光材料、发射波长在500nm左右的Ca3Sc2Si3O12:Ce绿色荧光材料中的一种或两种。
冷光波长范围内的光散发的热量较低，可有效降低光源产生热量对于细胞膜片生长的影响，发射冷光的发光材料可选自荧光发光材料或磷光发光材料等冷光材料。
实施例6
本实施例提供一种培养皿装置，包括皿体(101)，所述皿体(101)的内部设置有温度敏感层(106)和冷光结构(108)，所述冷光结构(108)用于出射冷光,温度敏感层(106)和冷光结构(108)之间设置有分隔层(107)。所述温度敏感层(106)选用温敏材料聚N-四氢糠基丙烯酰胺、聚N-正丙基丙烯酰胺、聚N-异丙基丙烯酰胺中的一种或几种，这些温敏材料对于培养皿内温度的变化反应灵敏。当培养皿装置内培养温度发生异常改变时，即当培养皿内温度偏离初始预设的细胞膜片生长温度范围时，温度敏感层(106)从分隔层(107)脱离，以防止温度的改变对细胞膜片生长产生的不利影响。例如：温度偏离初始预设的细胞膜片生长温度范围±2℃-±5℃时温度敏感层(106)从分隔层(107)脱离。例如其中一种方式：培养皿内温度初始预设的培养温度范围是36～38℃，当培养皿内温度偏离初始预设的细胞膜片生长温度范围±3℃时，即培养皿装置内温度达到40℃时，温度敏感层(106)从分隔层(107)脱离，以防止温度的改变对细胞膜片生长产生的不利影响。
本实施例所述培养皿装置还包括温度传感器和报警装置，所述温度传感器置于所述皿体的内部，用于监测皿体内部的温度情况；所述报警装置置于所述皿体的外部，所述温度传感器和所述报警装置电连接。在培养皿内温度发生改变温度敏感层(106)从隔离层分隔层(107)脱离时，同时温度传感器将温度异常变化的报警信号传递给报警装置，报警装置报警。所述报警装置可以是蜂鸟报警装置等，在此不做具体限定。所述报警装置与所述温度传感器的具体安装位置和数量在此不做具体限定。
实施例7
本实施例提供一种培养皿装置，包括皿体(101)，所述皿体(101)的内部设置有温度敏感层(106)和冷光结构(108)，所述冷光结构(108)用于出射冷光,温度敏感层(106)和冷光结构(108)之间设置有分隔层(107)。如图2所示，所述培养皿装置的皿体的内部还设置有电极布线层(109)，电极布线层(109)位于冷光光源层相对于温度敏感层(106)的另一侧，电极布线层(109)设置在皿体底部，用于布置培养皿内冷光光源层所需电源线路。
实施例8
本实施例提供一种培养皿装置，包括皿体(101)，所述皿体(101)的内部设置有温度敏感层(106)和冷光结构(108)，所述冷光结构(108)用于出射冷光,温度敏感层(106)和冷光结构(108)之间设置有分隔层(107)。如图2和图4所示，培养皿外部设置有固定元件，所述固定元件为定位块(103)，定位块(103)内设置有定位槽(104)，定位槽(104)用于与其他装置的卡合而实现培养皿装置的固定，培养皿外部设置有至少两个定位块，用于固定培养皿装置，避免外界作用力影响培养皿内环境进而影响细胞膜片的生长。
实施例9
本实施例提供一种培养皿装置，包括皿体(101)，所述皿体(101)的内部设置有温度敏感层(106)和冷光结构(108)，所述冷光结构(108)用于出射冷光,温度敏感层(106)和冷光结构(108)之间设置有分隔层(107)。所述培养皿装置还设置有温度调节层，温度调节层选用半导体温控元件，如图5所示，温度调节元件(111)紧密排列于培养皿装置的外壁，用于调控培养皿装置内的温度，防止冷光结构发射光时间过长而产生的热量引起培养皿装置内温度的改变。
可选的，温度调节层也可紧密排列于培养皿装置的内壁。
实施例10
本实施例提供一种培养皿装置，包括皿体(101)，所述皿体(101)的内部设置有温度敏感层(106)和冷光结构(108)，所述冷光结构(108)用于出射冷光,温度敏感层(106)和冷光结构(108)之间设置有分隔层(107)，如图6所示，培养皿外部设置有固定元件，所述固定元件为培养皿架(103)，所述培养皿装置还设置有温度调节层，温度调节层选用半导体温控元件，所述温度调节元件(111)设置于培养皿架(103)内壁，温度调节元件(111)沿培养皿架(103)内壁紧密排列，防止底部光线发散。
所述的培养皿和培养皿架(103)的形状相配合设计，形状可选自圆形、矩形、正方形、菱形、梯形中的任意一种。
实施例11
本实施例提供一种培养皿装置，包括皿体(101)和皿盖(102)，所述皿体(101)的内部设置有温度敏感层(106)和冷光结构(108)，所述冷光结构(108)用于出射冷光,温度敏感层(106)和冷光结构(108)之间设置有分隔层(107)，所述温度敏感层(106)和所述分隔层(107)为光透过层，所述培养皿装置还包括图像记录装置和显示单元，所述图像记录装置和显示单元电连接。所述图像记录装置用于获取并待培养细胞膜片(105)的生长过程及生长参数，所述显示单元用于显示图像记录装置用于获取并待培养细胞膜片(105)的生长过程及生长参数。
可选的，所述图像记录装置和显示单元可以安装在皿盖上，或者安装于皿体外壁等，在此不做具体限定。
可选的，所述图像记录装置为如CCD图像传感器、红外图像传感器、或电子显微镜等可用于记录影像的装置。
可选的，所述显示单元为LCD、OLED或其他可显示图像的显示器件。
现有技术监测细胞膜片的生长过程，通常情况下是提取培养皿中的培养液，然后检测培养液中的指标变化，如pH值、溶解氧浓度、二氧化碳浓度、乳酸浓度等参数值，进而分析细胞膜片的生长情况。细胞膜片的生成过程包括潜伏期(细胞膜片贴壁)、增长期(细胞膜片生长过程)和停滞期(细胞数量达到饱和度后，细胞停止增殖)，然而通过现有的技术难以实现对上述细胞生长过程的直接监测。
细胞膜片的生长指标主要是指其细胞膜片面积、厚度、均一度、平整度等细胞膜片自身参数的增长。
将待培养细胞膜片(105)放置于温度敏感层(106)之上，待培养细胞膜片(105)贴壁于温度敏感层(106)后，以温度敏感层(106)作为细胞膜片生成的基底层，以便于后期对细胞膜片的收获和采集，利用相对于普通光源散发热量少的冷光结构(108)出射冷光，冷光至少部分经过温度敏感层(106)和分隔层(107)向细胞膜片方向出射，一方面冷光可降低光源对于细胞膜片生长产生的不利影响，所设置的分隔层(107)的可进一步降低冷光结构发光过程中所产生的热量对于温度敏感层(106)上细胞膜片的温度影响；另一方面，透过冷光照射的细胞膜片，从相对与冷光结构(108)的另一侧可观测到细胞膜片的形貌，通过所述图像记录装置记录透过冷光照射所捕捉的细胞膜片的形貌，通过图像记录装置中的分析元件通过所捕捉到的细胞膜片外貌分析计算得出包括面积、厚度、均一度、平整度等参数，图像记录装置将所捕捉的细胞膜片的形貌、以及经过分析计算得出包括面积、厚度、均一度、平整度等参数传送给显示单元，此时显示单元中可呈现包括细胞膜片形貌、面积、厚度、均一度、平整度等生长参数，实现对细胞膜片生长过程的直接实时检测。
进一步，显示单元可通过程序设定显示所述培养皿装置中细胞膜片生长过程的3D模拟图片，以及其他重要参数指标。
可选的，所述显示单元设置于所述皿体的外壁，所述显示单元为透明显示单元。
可以理解的是，上述实施例均是以温度敏感层、冷光结构、分隔层相互平行于培养皿底部为例进行介绍的，但温度敏感层、冷光结构、分隔层三者之间形成一定角度也是可以的，例如：角度为0-90°。例如：方式为：温度敏感层、冷光结构、分隔层形成立体结构，位于培养皿的约中心位置或者靠近培养皿内壁位置，且垂直于培养皿底部，其中，立体结构的温度敏感层位于立体结构外侧，靠近培养液，冷光结构位于立体结构内侧。即只需待培养的细胞膜片能设置在相对温度感应层的一侧，冷光结构设置在相对温度感应层的另一侧即可，下述方法也类同。
实施例12
本实施例提供一种细胞膜片的培养方法，所述培养方法包括：
Step1：培养皿体内部设置温度敏感层和冷光结构，在所述温度敏感层和所述冷光结构之间设置分隔层；
Step2：调节培养皿装置温度范围，将待培养细胞膜片置于所述温度敏感层相对所述冷光结构的另一侧；
Step3：通过冷光结构向所述细胞膜片方向出射冷光，冷光至少部分经过所述温度敏感层和培养皿装置内设置的分隔层向细胞膜片方向出射。
进一步，当所述培养皿装置内温度偏离初始预设的细胞膜片生长温度范围时时，所述温度敏感层从所述分隔层脱离。
调节培养皿装置温度范围，待培养细胞膜片(105)贴壁于温度敏感层(106)后，以温度敏感层(106)作为细胞膜片生成的基底层，以便于后期对细胞膜片的收获和采集。
相对于普通热光源，散发热量少的本实施例的冷光结构(108)向细胞膜片出射冷光，其散发热量少，可降低光源对于细胞膜片生长产生的不利影响，分隔层(107)的设置有效降低冷光结构发光过程中所产生的热量对于培养皿装置内部环境温度的影响。透过冷光照射的细胞膜片，从相对与冷光结构(108)的另一侧可观测到细胞膜片的形貌，通过所述图像记录装置记录透过冷光照射所捕捉的细胞膜片的形貌，通过图像记录装置中的分析元件通过所捕捉到的细胞膜片外貌分析计算得出包括面积、厚度、均一度、平整度等参数，图像记录装置将所捕捉的细胞膜片的形貌、以及经过分析计算得出包括面积、厚度、均一度、平整度等参数传送给显示单元，此时显示单元中可呈现包括细胞膜片形貌、面积、厚度、均一度、平整度等生长参数，实现对细胞膜片生长过程的直接实时检测。所述温度敏感层(106)选用温敏材料聚N-四氢糠基丙烯酰胺、聚N-正丙基丙烯酰胺、聚N-异丙基丙烯酰胺中的一种或几种，这些温敏材料对于培养皿内温度的变化反应灵敏，当培养皿装置内培养温度发生异常改变时，即当培养皿内温度偏离初始预设的细胞膜片生长温度范围时，温度敏感层(106)从分隔层(107)脱离，以防止温度的改变对细胞膜片生长产生的不利影响。例如：温度偏离初始预设的细胞膜片生长温度范围±2℃-±5℃时温度敏感层(106)从分隔层(107)脱离。例如其中一种方式：培养皿内温度初始预设的培养温度范围是36～38℃，当培养皿内温度偏离初始预设的细胞膜片生长温度范围±3℃时，即培养皿装置内温度达到40℃时，温度敏感层(106)从分隔层(107)脱离，以防止温度的改变对细胞膜片生长产生的不利影响。
有以下几点需要说明：
(1)本实发明公开的实施例附图中，只涉及到与本发明公开实施例涉及到的结构，其他结构可参考通常设计。
(2)在不冲突的情况下，本发明公开同一实施例及不同实施例中的特征可以相互组合。
以上实施方式仅被配置为说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。

Claims (14)

1.一种培养皿装置，包括皿体，其特征在于：所述皿体的内部设置有温度敏感层和冷光结构，所述温度敏感层和所述冷光结构之间设置有分隔层；其中，所述温度敏感层为聚N-四氢糠基丙烯酰胺、聚N-正丙基丙烯酰胺、聚N-异丙基丙烯酰胺中的至少一种材料。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述冷光结构包括散射粒子，所述散射粒子均匀分散于所述冷光结构内。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述冷光结构包括多个冷光LED光源，所述冷光LED光源阵列式排布于所述冷光结构内。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述皿体的外部设置有冷光LED光源，所述冷光LED光源与所述冷光结构处于同一水平位置。
5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述冷光结构包括受光或电激发后可以发射冷光的发光材料层，所述发光材料包括荧光材料或磷光材料中的至少一种材料。
6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括电极布线层，所述电极布线层设置于所述皿体的内部，位于所述冷光结构相对于所述温度敏感层的另一侧。
7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括温度调节层，所述温度调节层设置于所述皿体的内壁，或者所述温度调节层设置于所述皿体的外壁。
8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括固定元件，所固定元件设置于所述皿体的外部，用于固定所述培养皿装置。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述固定元件包括至少两个定位块，所述定位块中设置有定位槽。
10.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述固定元件为定位架，所述培养皿装置位于所述定位架内。
11.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，所述定位架的内壁设置有温度调节层。
12.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括显示单元，所述显示单元设置于所述皿体的外部。
13.一种细胞膜片的培养方法，其特征在于，所述方法包括：
培养皿体内部设置温度敏感层和冷光结构，在所述温度敏感层和所述冷光结构之间设置分隔层；
调节培养皿装置温度范围，将待培养细胞膜片置于所述温度敏感层相对所述冷光结构的另一侧；
通过冷光结构向所述细胞膜片方向出射冷光，冷光至少部分经过所述温度敏感层和培养皿装置内设置的分隔层向细胞膜片方向出射；
其中，所述温度敏感层为聚N-四氢糠基丙烯酰胺、聚N-正丙基丙烯酰胺、聚N-异丙基丙烯酰胺中的至少一种材料。
14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，当所述培养皿装置内温度高于初始预设的细胞膜片生长温度范围时，所述温度敏感层从所述分隔层脱离。
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