CN113528343A - 一种用于太赫兹波辐照的贴壁细胞培养器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于太赫兹波辐照的贴壁细胞培养器，包括用于容纳细胞培养液并培养细胞的柱形腔室，柱形腔室底壁能够供太赫兹波聚焦波束穿过，培养细胞的环境为37℃、5％CO2、饱和湿度的细胞生长微环境，在柱形腔室内设置有凸起部，凸起部底面呈圆形并与柱形腔室底壁固定、重合并呈密封连接，位于凸起部侧壁与柱形腔室内壁之间的柱形腔室底壁作为细胞的环形贴壁生长面。本发明主要以结构简单的贴壁细胞培养器巧妙地解决了细胞太赫兹波生物效应一致性差的问题。

Description

一种用于太赫兹波辐照的贴壁细胞培养器
技术领域
本发明属于太赫兹波生物效应技术领域，具体涉及一种用于太赫兹波辐照的贴壁细胞培养器。
背景技术
近年来，太赫兹技术的应用日益广泛，其成像和感应技术在医疗、军事、安保方面的应用研究不断深入。为安全有效地应用太赫兹技术，特别是将太赫兹技术应用于诊断、活体成像、治疗、安检等领域，需要对太赫兹辐射的生物效应和安全性进行研究和评估，明确其生物效应特征和量效关系，获得致伤阈值。因此，太赫兹波生物效应研究成为本领域备受关注的热点。
现有技术中，文献CN111239377A公开了一种用于长期离体细胞太赫兹波生物效应研究的***及方法，可以实现对贴壁生长的各类原代细胞、细胞系的长时间体外辐照太赫兹波，为研究太赫兹波的生物效应提供了稳定的实验平台和方法。采用该***及方法仅从恒温的样品室来保证细胞在体外照射时的生长环境，即温度、湿度、二氧化碳浓度均与孵箱环境一致，进而排除外界环境改变对细胞生长状态的可能作用。然而，经研究发现，在太赫兹辐射下影响细胞效应一致性的因素并不仅仅是生长环境，采用该***及方法仍然存在细胞太赫兹波生物效应一致性差的问题。
发明内容
本发明目的在于提供一种用于太赫兹波辐照的贴壁细胞培养器，至少用于解决细胞太赫兹波生物效应一致性差的问题。
本发明目的是采用如下所述技术方案实现的。
一种用于太赫兹波辐照的贴壁细胞培养器，包括用于容纳细胞培养液并培养细胞的柱形腔室，柱形腔室底壁能够供太赫兹波聚焦波束穿过，培养细胞的环境为37℃、5％CO2、饱和湿度的细胞生长微环境，其特征在于：在柱形腔室内设置有凸起部，凸起部底面呈圆形并与柱形腔室底壁固定、重合并呈密封连接，位于凸起部侧壁与柱形腔室内壁之间的柱形腔室底壁作为细胞的环形贴壁生长面。
为提高太赫兹波辐照过程的稳定性，所述柱形腔室底壁采用经过表面改性处理后的厚度不大于0.5mm的硬质聚苯乙烯塑料薄板。
为进一步提高细胞太赫兹波生物效应一致性，通过控制凸起部的直径使细胞贴壁生长面完全投影在强辐照所在的径向截面范围内，即细胞贴壁生长面宽度H小于强辐照所在的径向截面的宽度，所述太赫兹聚焦波束由双色场激光空气等离子体太赫兹波辐照***产生并经必要的光学仪器聚焦而成。所述必要的光学仪器包括但不限于离轴抛物镜、THz全反射透镜、THz透镜。
作为优选方案，所述强辐照的能量值大于所述太赫兹波聚焦波束能量极大值的1/2。
为方便操作，所述贴壁细胞培养器包括呈圆柱形的壳体，所述柱形腔室轴向设置在壳体上，所述壳体用于卡合在孔板的通孔中，孔板固定在辐照支架上；所述凸起部呈圆柱形或者锥形。
进一步地，所述贴壁细胞培养器包括呈圆柱形的壳体，所述柱形腔室轴向设置在壳体上，壳体直接固定在辐照支架上；所述凸起部由一体成型、且同轴布置的柱形部和锥形部构成。
作为本发明的优选实施方案，在所述壳体上设置有通孔，在靠近通孔底部的壳体内侧壁设置有弧形环槽；在所述锥形部底部设置有适合细胞贴壁生长的圆板，在圆板边沿固定设置有弹性环形密封元件，该弹性环形密封元件能够嵌入弧形环槽中，由圆板、所述锥形部侧壁和所述壳体内侧壁共同围合成盛装细胞培养液的空间，所述圆板表面为所述柱形腔室底壁。采用这样地结构还能够提高壳体利用率，有利于节约耗材。本发明中，所述弹性环形密封元件均采用符合医用要求的材料制得。
作为本发明的另一优选实施方案，所述贴壁细胞培养器包括呈圆柱形的壳体，所述柱形腔室轴向设置在壳体上，壳体直接固定在辐照支架上；所述凸起部为圆柱形，并在所述凸起部顶面设置有支耳；在所述壳体上设置有通孔，在靠近通孔底部的壳体内侧壁设置有弧形环槽；在所述凸起部底部设置有适合细胞贴壁生长的圆板，在圆板边沿固定设置有弹性环形密封元件，该弹性环形密封元件能够嵌入弧形环槽中，由圆板、所述凸起部侧壁和所述壳体内侧壁共同围合成盛装细胞培养液的空间，所述圆板表面为所述柱形腔室底壁。采用这样地结构不仅便于细胞培养的辅助操作，如拆装细胞贴壁生长的圆板，还便于观测太赫兹辐照后的辐照细胞生长状况。
为进一步提高太赫兹波辐照过程中的稳定性，所述柱形腔室底壁采用经过表面改性处理后的厚度不大于0.2mm的并呈水平面的硬质聚苯乙烯塑料薄膜，所述凸起部采用盛满液体并膨胀饱满的囊状体；所述柱形腔室底壁与所述凸起部底面的连接方式为密封粘接。
为更进一步提高太赫兹波辐照过程中的稳定性，所述凸起部、所述壳体均采用憎水型聚苯乙烯材料制得，采用这样地方案能够避免细胞贴在凸起部侧壁生长，减小受辐照细胞的太赫兹波生物效应一致性评价的误差。
有益效果：本发明主要以结构简单的贴壁细胞培养器巧妙地解决了细胞受辐照的均匀性和太赫兹波生物效应一致性差的问题，实施太赫兹波辐照时，利用贴壁细胞培养器特定的结构避开了不符合能量要求的太赫兹光谱/光波能量，从而大幅提高了受辐照细胞的太赫兹波生物效应一致性；本发明提供的用于太赫兹波辐照的贴壁细胞培养器，有利于提高太赫兹波辐照过程中的均匀性和稳定性，以及操作的便捷性，本领域普通技术人员即可顺利实施操作；采用本发明提供的用于太赫兹波辐照的贴壁细胞培养器，针对同一批次的贴壁细胞，在不更换细胞培养器皿的情况下可多次、间隔重复观测，有利于提高实验结果的准确性和效率。
附图说明
图1是实施例1中用于太赫兹波辐照的贴壁细胞培养器的剖面示意图；
图2是实施例1中用于太赫兹波辐照的贴壁细胞培养器的圆板和凸起部的示意图；
图3是实施例2中用于太赫兹波辐照的贴壁细胞培养器的剖面示意图；
图4是实施例2中用于太赫兹波辐照的贴壁细胞培养器的圆板和凸起部的示意图；
图5是实施例3中用于太赫兹波辐照的贴壁细胞培养器的示意图；
图6是实施例3中孔板的示意图；
图7是实施例4中用于太赫兹波辐照的贴壁细胞培养器的示意图；
图8是实施例5中用于太赫兹波辐照的贴壁细胞培养器的示意图；
图9是实施例1-5中太赫兹波辐照光路局部示意图；
图10是实施例1-5中太赫兹波辐照光路聚焦后的光斑示意图；
图1中H表示细胞贴壁生长面宽度H，图9中h表示弱辐照区域宽度/直径。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，在此指出以下实施例不能理解为对本发明保护范围的限制，本领域普通技术人员根据本发明的内容作出一些非本质的改进和调整，均在本发明保护范围内。
实施例1
参见图1和图2，一种用于太赫兹波辐照的贴壁细胞培养器，包括呈圆柱形的壳体7，壳体7用于直接固定在辐照支架上；在壳体7上轴向设置有柱形腔室2，该柱形腔室2实质上是壳体7上的通孔的一部分，在柱形腔室2内设置有圆柱形的凸起部3，并在凸起部3顶面设置有支耳33，该支耳33主要供夹钳或镊子等工具夹持，凸起部3底面呈圆形并与柱形腔室2底壁固定、重合并呈密封连接，位于凸起部3侧壁与柱形腔室2内壁之间的柱形腔室2底壁作为细胞的环形贴壁生长面。在靠近通孔底部的壳体7内侧壁设置有弧形环槽11，在凸起部3底部设置有适合细胞贴壁生长的圆板10，在圆板10边沿固定设置有弹性环形密封元件12，该弹性环形密封元件12能够嵌入弧形环槽11中，由圆板10、凸起部3侧壁和壳体7内侧壁共同围合成盛装细胞培养液的空间，圆板10表面为柱形腔室2底壁，柱形腔室2底壁(即圆板10)能够供太赫兹聚焦波束穿过，即太赫兹聚焦波束能够透过圆板10并照射到贴壁细胞上使其产生生物效应。
其中，柱形腔室2底壁(圆板10)采用经过表面改性处理后的厚度不大于0.3mm的硬质聚苯乙烯塑料薄板，经过表面改性处理后的硬质聚苯乙烯塑料薄板有利于细胞贴壁生长，凸起部3、壳体7均采用憎水型聚苯乙烯材料制得，憎水型聚苯乙烯材料能够阻止细胞在凸起部3侧壁、壳体7侧壁贴壁生长。
本实施例中太赫兹波辐照贴壁细胞的原理：由双色场激光空气等离子体太赫兹辐照***产生并经必要光学仪器聚焦而成的太赫兹波辐照光路21呈圆锥形分布，如图9和图10所示，沿着该圆锥形的径向截面，靠近轴线26的光子能量较弱，这部分光子能量难以满足对贴壁细胞的辐照要求，图9中编号25所指波峰波谷表示太赫兹波聚焦波束能量强弱，波峰区域22(即强辐照区域，该区域的能量值大于太赫兹聚焦波束能量极大值的1/2)太赫兹光谱/光波的能量较强，波谷区域23(即弱辐照区域，该区域的能量值小于太赫兹波聚焦波束能量极大值的1/2)太赫兹光谱/光波的能量较弱，圆锥形顶部即太赫兹波辐照光路聚焦后的光斑24，该光斑24中部区域的能量较弱对应波谷区域23，该光斑24中部以外区域的能量较强对应波峰区域22。在本实施例中，在圆板10上设置有凸起部3，使得细胞只能够在凸起部3侧壁与柱形腔室2内壁之间的柱形腔室2底壁进行贴壁生长，并通过控制凸起部3的直径使细胞贴壁生长面完全投影在强辐照所在的径向截面范围内，即细胞贴壁生长面宽度H小于强辐照所在的径向截面的宽度，而细胞贴壁生长的区域刚好对应能量较强对应波峰区域22，从而巧妙地避开了不符合能量要求的太赫兹光谱/光波能量，大幅提高了细胞受辐照的均匀性和太赫兹波生物效应一致性。
实施太赫兹波辐照前，带有凸起部3的圆板10卡合在柱形腔室2中的弧形环槽11中，培养细胞的环境采用37℃、5％CO2、饱和湿度的细胞生长微环境，待柱形腔室2中的细胞贴壁生长至合适阶段后，将其转移至显微设备下进行观察或者取样在载玻片下进行观察(通常情况下需要在无污染环境下观察)，观察结束后将其继续进行下一阶段的培养。由于圆板10边沿固定设置有弹性环形密封元件12，特殊情况下需要将圆板10取出时，拆下圆板10后弹性环形密封元件12依然附带在圆板10上，这就为贴在圆板10上的细胞提供了储存细胞生长液的空间，使得在观察阶段也有利于细胞生长，针对同一批次的贴壁细胞，在不更换细胞培养器皿的情况下可多次、间隔重复观测，有利于提高实验结果的准确性和效率。而且，拆装圆板10的过程很简单、便捷，本领域普通技术人员即可顺利实施操作。
实施例2
一种用于太赫兹波辐照的贴壁细胞培养器，参照实施例1并结合图3和图4所示，其与实施例1的主要区别在于凸起部3的结构不同，该贴壁细胞培养器的圆板10相比于实施例1更容易拆卸：贴壁细胞培养器包括呈圆柱形的壳体7，柱形腔室2设置在壳体7上，壳体7直接固定在辐照支架上；凸起部3由一体成型、且同轴布置的柱形部32和锥形部31构成，柱形部32在组装或拆卸过程中方便握持；在壳体7上设置有通孔，在靠近通孔底部的壳体7内侧壁设置有弧形环槽11；在锥形部31底部设置有适合细胞贴壁生长的圆板10，在圆板10边沿固定设置有弹性环形密封元件12，该弹性环形密封元件12能够嵌入弧形环槽11中，由圆板10、锥形部31侧壁和壳体7内侧壁共同围合成盛装细胞培养液的空间，圆板10表面为柱形腔室2底壁。
实施例3
一种用于太赫兹波辐照的贴壁细胞培养器，如图5和图6所示，包括壳体7，壳体7上设置有方便拿捏部的支耳5，壳体7用于卡合在孔板9的通孔8中，孔板9固定在辐照支架上，设置在壳体7上用于容纳细胞培养液并培养细胞的柱形腔室2，柱形腔室2底壁能够供太赫兹聚焦波束穿过，培养细胞的环境为37℃、5％CO2、饱和湿度的细胞生长微环境；在柱形腔室2内设置有凸起部3，凸起部3呈圆柱形，凸起部3底面呈圆形并与柱形腔室2底壁固定、重合并呈密封连接，位于凸起部3侧壁与柱形腔室2内壁之间的柱形腔室2底壁作为细胞的环形贴壁生长面。
其中，柱形腔室2底壁采用经过表面改性处理后的厚度不大于0.3mm的硬质聚苯乙烯塑料薄板，经过表面改性处理后的硬质聚苯乙烯塑料薄板有利于细胞贴壁生长，凸起部3、壳体7均采用憎水型聚苯乙烯材料制得，憎水型聚苯乙烯材料能够阻止细胞在凸起部3侧壁、壳体7侧壁贴壁生长。
本实施例中太赫兹波辐照贴壁细胞的原理与实施例1类似。本实施例中贴壁细胞培养器的其它优点主要包括：方便取放单个带有细胞培养液和凸起部3的组件6，孔板9可以重复利用，有利于节约孔板。
实施例4
一种用于太赫兹波辐照的贴壁细胞培养器，参照实施例3并结合图7所示，其与实施例1的主要区别在于凸起部3的结构不同：凸起部3呈锥形，且凸起部顶点低于壳体7顶部。
实施例5
一种用于太赫兹波辐照的贴壁细胞培养器，参照实施例3并结合图8所示，其与实施例1的主要区别在于凸起部3的结构不同：凸起部3呈锥形，且凸起部顶点与壳体7顶部齐平。
此外，在壳体7顶部还设置有盖子，细胞培养过程中将盖子盖好，以防止柱形腔室2内的环境被污染。

Claims (10)

1.一种用于太赫兹波辐照的贴壁细胞培养器，包括用于容纳细胞培养液并培养细胞的柱形腔室(2)，柱形腔室(2)底壁能够供太赫兹波聚焦波速穿过，培养细胞的环境为37℃、5％CO2、饱和湿度的细胞生长微环境，其特征在于：在柱形腔室(2)内设置有凸起部(3)，凸起部(3)底面呈圆形并与柱形腔室(2)底壁固定、重合并呈密封连接，位于凸起部(3)侧壁与柱形腔室(2)内壁之间的柱形腔室(2)底壁作为细胞的环形贴壁生长面。
2.根据权利要求1所述的用于太赫兹波辐照的贴壁细胞培养器，其特征在于：所述柱形腔室(2)底壁采用经过表面改性处理后的厚度不大于0.5mm的硬质聚苯乙烯塑料薄板。
3.根据权利要求2所述的用于太赫兹波辐照的贴壁细胞培养器，其特征在于：细胞的环形贴壁生长面完全投影在强辐照所在的径向截面范围内；所述太赫兹聚焦光速由双色场激光空气等离子体太赫兹波辐照***产生并经必要的光学仪器聚焦而成。
4.根据权利要求3所述的用于太赫兹波辐照的贴壁细胞培养器，其特征在于：所述强辐照的能量值大于所述太赫兹波聚焦波速能量极大值的1/2。
5.根据权利要求1-4任一项所述的用于太赫兹波辐照的贴壁细胞培养器，其特征在于：所述贴壁细胞培养器包括呈圆柱形的壳体(7)，所述柱形腔室(2)轴向设置在壳体(7)上，所述壳体(7)用于卡合在孔板(9)的通孔(8)中，孔板(9)固定在辐照支架上；所述凸起部(3)呈圆柱形或者锥形。
6.根据权利要求1-4任一项所述的用于太赫兹波辐照的贴壁细胞培养器，其特征在于：所述贴壁细胞培养器包括呈圆柱形的壳体(7)，所述柱形腔室(2)轴向设置在壳体(7)上，壳体(7)直接固定在辐照支架上；所述凸起部(3)由一体成型、且同轴布置的柱形部(32)和锥形部(31)构成。
7.根据权利要求6所述的用于太赫兹波辐照的贴壁细胞培养器，其特征在于：在所述壳体(7)上设置有通孔，在靠近通孔底部的壳体(7)内侧壁设置有弧形环槽(11)；在所述锥形部(31)底部设置有适合细胞贴壁生长的圆板(10)，在圆板(10)边沿固定设置有弹性环形密封元件(12)，该弹性环形密封元件(12)能够嵌入弧形环槽(11)中，由圆板(10)、所述锥形部(31)侧壁和所述壳体(7)内侧壁共同围合成盛装细胞培养液的空间，所述圆板(10)表面为所述柱形腔室(2)底壁。
8.根据权利要求1-4任一项所述的用于太赫兹波辐照的贴壁细胞培养器，其特征在于：所述贴壁细胞培养器包括呈圆柱形的壳体(7)，所述柱形腔室(2)轴向设置在壳体(7)上，壳体(7)直接固定在辐照支架上；所述凸起部(3)为圆柱形，并在所述凸起部(3)顶面设置有支耳(33)；在所述壳体(7)上设置有通孔，在靠近通孔底部的壳体(7)内侧壁设置有弧形环槽(11)；在所述凸起部(3)底部设置有适合细胞贴壁生长的圆板(10)，在圆板(10)边沿固定设置有弹性环形密封元件(12)，该弹性环形密封元件(12)能够嵌入弧形环槽(11)中，由圆板(10)、所述凸起部(3)侧壁和所述壳体(7)内侧壁共同围合成盛装细胞培养液的空间，所述圆板(10)表面为所述柱形腔室(2)底壁。
9.根据权利要求1所述的用于太赫兹波辐照的贴壁细胞培养器，其特征在于：所述柱形腔室(2)底壁采用经过表面改性处理后的厚度不大于0.2mm的并呈水平面的硬质聚苯乙烯塑料薄膜，所述凸起部(3)采用盛满液体并膨胀饱满的囊状体；所述柱形腔室(2)底壁与所述凸起部(3)底面的连接方式为密封粘接。
10.根据权利要求2-9任一项所述的用于太赫兹波辐照的贴壁细胞培养器，其特征在于：所述凸起部(3)、所述壳体(7)均采用憎水型聚苯乙烯材料制得。
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