[发明专利]一种细胞培养装置及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种细胞培养装置及其应用，特别涉及一种可替代传统液体操作工作站的廉价、低消耗、高通量的细胞培养装置。

背景技术

基于细胞的高通量实验在细胞的生物化学研究、药物研发、单细胞研究及组织工程学等众多领域有着广泛应用。缩小这些大批量实验的反应体积不仅可以减少耗材和试剂的消耗，而且能够产生更少的废液。为适应这种需求，高密度孔板和阵列反应器越来越多地被运用到高通量细胞实验中。虽然近年来已经发展了细胞的定位播种和定位收获技术，但是其他自动化的液体样品操作，尤其是单孔分辨率的液体操作，如对孔板上单个孔的细胞换液、细胞刺激的添加和去除等，仍然只能依赖于价格昂贵的液体操作工作站。

使用微流芯片技术不仅可以将细胞培养在纳升、皮升体积的独立培养室中，而且能够对细胞培养环境实现精确控制，这些特点使微流芯片成为了高通量细胞培养的理想平台。然而，为同时实现高通量实验和单个反应室的独立控制，微泵、微阀等功能元件需要被高密度的集成到一块微流芯片上，这就大大增加了芯片制作的难度。此外，微泵、微阀的驱动部件如压缩空气、连接管路、电路控制部分、电磁阀等体积庞大，这就导致芯片上的细胞培养很难在传统培养箱内进行。虽然近年来数字微流芯片已经应用在细胞实验中，但其通量有限，且因需要制作电极而导致加工工艺复杂。

发明内容

本发明的目的正是为了解决现有技术中细胞培养通量低、劳动密集、消耗大、成本高的问题，提供了一种细胞培养装置，该系统可高通量地实现细胞培养的全套操作，采用一个优选的实施方式，细胞可以被均匀地播种到12×8个容积约为300纳升的微井中并培养48小时，每8小时更换培养液一次，并可实现对任意孔中细胞的传代、转染以及固定染色。

本发明的优点在于：

1.高通量。传统方法一般用96孔板、384孔板，用本发明的方法很容易做到30×30、50×50、n×m个孔(井)，n和m都可根据实际需要选择。

2.自动化。液体驱动装置和三维平移台都由程序自动控制。

3.消耗少。每个微孔(微井)的工作体积在100纳升到500纳升。

4.芯片可随意设计，制作简单。可根据需要随意设计管道数目和微井数目、间隔，可对任意微孔(微井)进行操作。

5.成本低。只需三维平移台和蠕动泵等常规的液体驱动装置，与商业化仪器相比造价低廉。

进行换液等操作时对细胞伤害小。传统的微量细胞培养中，换液操作先将原有培养液全部去除，再加入新培养液，这就意味着加入新培养液前只有少量培养液覆盖在细胞上，这一方面增加了培养液蒸发导致细胞暴露在空气中的可能性，另一方面增加了液面滑过细胞表面时对细胞造成的剪切力。使用本发明提供的细胞培养装置进行换液，可以先导出微井中部分原有培养液，再加入等量新培养液(或者在导出原培养液的同时注入等量新培养液)，并循环多次，这就保证了整个换液过程中细胞都浸没在培养液中，而且液体操作都是对细胞表面以上的液体进行，从而减少了对细胞的伤害。

本发明中的“芯片”与通常本领域所定义的芯片概念相同，其外观为厚度均一的平整片状物体，最常见的形状为长方形或正方形。

本发明中的“微流层”是一个空间的概念，常见的微流芯片具有长、宽、厚三个维度，在“厚”这个维度上可以划分为若干“层”，其中每一层内部的所有微流通道都是完整的(即该层内的微流通道除出口和入口外都在该层的空间以内)。层与层之间可以是一个整体，也可以有物理间隔。

本发明采用的技术方案如下。