一种电力刺激细胞培养装置.pdf

本发明提供了一种电-力刺激细胞培养装置，包括细胞培养器和信号发生器，所述细胞培养器包括培养器基底，培养器基底上设有导电膜；在所述细胞培养器上方设有电-力刺激极板，电-力刺激极板包括上部的电-力刺激极板基底、中部的导电层和下部的压电刺激器；所述信号发生器的正极和负极分别连接电-力刺激极板上的导电层和细胞培养器上的导电膜。本发明在进行细胞培养时可为细胞培养器中的细胞和培养基提供电脉冲刺激；电-力刺激极板的压电刺激器在通电后，在电流作用下可产生微振动，给细胞提供相当于生物体内周围细胞蠕动的力刺激。本发明可真实地模拟生物体内部细胞受力环境，为细胞的体外培养提供更接近生物体内细胞生长的环境。

1.  一种电-力刺激细胞培养装置，包括细胞培养器和信号发生器，其特征在于，所述细胞培养器包括培养器基底，培养器基底上设有导电膜；在所述细胞培养器上方设有电-力刺激极板，电-力刺激极板包括上部的电-力刺激极板基底、中部的导电层和下部的压电刺激器；所述信号发生器的正极和负极分别连接电-力刺激极板上的导电层和细胞培养器上的导电膜。

2.  如权利要求1所述的电-力刺激细胞培养装置，其特征在于，所述压电刺激器由压电材料制成，其表面设置有微纳结构，形状为圆形凸台、矩形凸台或条形凸台。

3.  如权利要求1或2所述的电-力刺激细胞培养装置，其特征在于，所述电-力刺激极板的基底材料为适合MEMS工艺或微纳加工工艺的硅、石英石或玻璃；所述电-力刺激极板的导电层可采用MEMS工艺或微纳加工工艺中的薄膜制备工艺制备的铂、钛或金。

4.  如权利要求3所述的电-力刺激细胞培养装置，其特征在于，所述细胞培养器的形状为圆形、长方形或方形器皿结构；所述细胞培养器基底材料为生物相容性良好的绝缘材料；所述细胞培养器的导电膜为导电性好和生物相容性好的铂、钛、金、氧化铱或不锈钢。

一种电-力刺激细胞培养装置
技术领域
本发明属于生物医学、细胞工程和组织工程技术领域，尤其涉及一种可对细胞生长过程进行电和力刺激的电-力刺激细胞培养装置。
背景技术
在现代生物医学中，随着人体植入物和组织器官在临床医学中的广泛应用，使得体外细胞培养逐渐成为生物医学和组织工程研究中的重要研究手段。体外培养环境与生物体内细胞生长实际环境的吻合程度，决定了细胞研究结果的真实性。
生物体内的细胞主要通过生物电信号和化学信号进行信号交流，电刺激是细胞传导信息、产生分裂、分化和迁移的基本条件。电场不但可以提供细胞需要的脉冲电压，而且电场产生的脉冲信号还可能对细胞及细胞间质的生长形态和行为起到一定的促进或抑制作用。在电场存在的情况下，细胞的分裂、分化和迁移过程可能和自由状态下细胞的生长过程存在区别。将电场刺激用于体外细胞培养过程中可以真实的模拟生物体内细胞的真实的生长环境，从而使细胞培养结果更为准确可信。此外，细胞在生命体内生长时，细胞周围组织、体液或血液会直接对细胞产生力的作用，如肌肉细胞在肌体运动时承受拉力或压力、脑神经细胞在脑组织的自然蠕动下承受压力等，其生长环境有别于体外自然状态下静态培养环境。有关研究表明，作用于细胞的力刺激，可能会影响细胞生长时的形态、结构和功能。
中国ZL201010243578.1公开了一种剪切力-电联合刺激的细胞培养装置，其采用信号发生器对细胞培养装置提供电刺激，采用平板流动腔提供剪切力刺激，平板流动腔上设有流体出入口，流体通过上下游储液瓶及蠕动泵提供，该装置结构复杂，采用流体流动提供剪切力刺激，不易控制刺激力的大小及均匀度，尤其是刺激力的均匀度，平板流动腔内各部位的刺激力不能保证一致。
发明内容
本发明的目的是提供一种更接近生物体内细胞生长环境的电-力刺激细胞培养装置。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种电-力刺激细胞培养装置，包括细胞培养器和信号发生器，所述细胞培养器包括培养器基底，培养器基底上设有导电膜；在所述细胞培养器上方设有电-力刺激极板，电-力刺激极板包括上部的电-力刺激极板基底、中部的导电层和下部的压电刺激器；所述信号发生器的正极和负极分别连接电-力刺激极板上的导电层和细胞培养器上的导电膜。
所述压电刺激器由压电材料制成，其表面设置有微纳结构，形状为圆形凸台、矩形凸台或条形凸台。
所述电-力刺激极板的基底材料为适合MEMS工艺或微纳加工工艺的硅、石英石或玻璃；所述电-力刺激极板的导电层可采用MEMS工艺或微纳加工工艺中的薄膜制备工艺制备的铂、钛或金。
所述细胞培养器的形状为圆形、长方形或方形器皿结构；所述细胞培养器基底材料为生物相容性良好的绝缘材料；所述细胞培养器的导电膜为导电性好和生物相容性好的铂、钛、金、氧化铱或不锈钢。
本发明与现有技术相比具有如下优点：
1.本发明压电刺激器采用压电材料制成，其表面设置有微纳结构，由于压电材料是生物相容性好的材料，具有把电能转变为机械能的能力，因此电-力刺激极板通电后，采用压电材料制成的微结构会产生微振动，作用在细胞和培养基中会对细胞产生微作用力，相当于生物体内周围组织或细胞蠕动对细胞产生的力刺激，可真实地模拟生物体内部细胞受力环境；
2.本发明可通过控制信号发生器输入电流的大小来进行调节压电刺激器微纳结构振动幅度的大小，从而改变力刺激的大小，压电刺激器微振动产生的微作用力力度力度均匀，便于控制，更接近体内细胞受力环境；
3.本发明通过电-力刺激极板上的导电层和细胞培养器上的导电膜通过导线和信号发生器连接，形成电流回路，可为细胞提供模拟体内真实的电脉冲刺激，通过压电刺激器产生微振动为细胞提供模拟体内真实的力刺激环境，使细胞的体外培养环境更接近生物体内细胞生长的环境；
4.本发明结构简单，使用操作方便。
附图说明
图1为本发明结构示意图；
图2为本发明中电-力刺激极板结构局部放大图。
具体实施方式
如图1和2所示，一种电-力刺激细胞培养装置，其主要由信号发生器1、电-力刺激极板2和细胞培养器3组成。电-力刺激极板2由上部的电-力刺激极板基底4、中部的导电层5和下部的压电刺激器6组成；细胞培养器3由培养器基底7和导电膜8组成；信号发生器1的正极和负极分别通过导线10分别连接电-力刺激极板2上的导电层5和细胞培养器3上的培养器导电膜8。
所述电-力刺激极板2的压电刺激器6表面设置有微纳结构，形状可为圆形凸台、矩形凸台或条形凸台，可采用MEMS工艺或微纳加工工艺进行制作；其材料为生物相容性好的压电材料，如聚偏氟乙烯PVDF及其共聚物，其厚度可根据需要而定。
所述电-力刺激极板2的基底4材料为适合MEMS工艺或微纳加工工艺的基底材料，如硅、石英石或玻璃。
所述电-力刺激极板2的导电层5可采用MEMS工艺或微纳加工工艺中的薄膜制备工艺制备，厚度为纳米或微米级，为生物相容性好和导电性好的材料制成，如铂、钛或金。
所述细胞培养器3的形状为器皿形状，可为圆形、长方形或方形器皿结构，细胞培养器3的培养器基底7的材料为生物相容性良好的绝缘材料制成，如玻璃或石英石；细胞培养器3的导电膜8由导电性好和生物相容性好的材料制成，导电膜的厚度为微米或者纳米级，如铂、钛、金、氧化铱或不锈钢。
在细胞培养时，细胞培养器3用于盛放细胞和培养基9，压电刺激器6插入细胞和培养基9中；信号发生器1为电-力刺激极板2上的导电层5和细胞培养器3上的导电膜8提供脉冲电流，电流经过电-力刺激极板2上的导电层5、压电刺激器6和细胞培养器3中的细胞和培养基9、细胞培养器3上的导电膜8形成回路，给细胞和培养基9提供电流刺激；此外，电-力刺激极板2上的导电层5为压电刺激器6提供电流，压电刺激器6的压电材料在电流作用下产生微振动，为细胞培养器3中的细胞和培养基9提供力的刺激；本发明采用单一信号发生器即能为细胞培养提供电信号刺激及力刺激，结构简单，使用操作方便。