[发明专利]细胞培养装置

说明书

【技术领域】

本发明涉及神经工程领域，尤其涉及一种基于微流控技术的细胞培养装置。

【背景技术】

随着神经系统疾病发病率的不断上升，对它的研究正逐渐成为热点。然而，由于神经系统的复杂性，使得在活体(in vivo)研究神经系统的某些问题，尤其是对于神经环路以及神经可塑性的探索非常困难。在这种条件下，神经细胞的体外(in vitro)培养就成为了一种较为理想的方法。可以通过体外培养使神经细胞之间建立规则的联系，将神经元之间复杂的三维联系降低到二维，使得其观察和研究更加容易。

传统的神经细胞体外培养的方法是在培养基体上通过表面化学处理(Chemically pattemed surface)、物理微观结构构建(Physical structure)或者溶液浓度梯度(Solution gradients)来调控神经细胞的生长，使之形成神经环路，然后通过功能性电刺激(Functional electrical stimulation)或者局部灌注(Local perfusion)来调控神经细胞。

其中，表面化学处理是通过化学方法将细胞培养基体表面处理成具有一定形状的生物相容性界面，从而吸引神经细胞在这些区域生长；物理微观结构构建是通过微加工技术，将细胞培养基体表面处理成具有一定微观结构的界面，引导神经细胞在指定区域生长；溶液浓度梯度是通过控制生物活性物质(如多肽、蛋白)的浓度来影响神经细胞在一定区域内的生长。功能性电刺激是目前已经用于临床的一种调控方式，在对于原发性震颤、帕金森症和肌张力障碍等疾病的治疗中起到了较好的作用。

然而，通过表面化学处理、物理微观结构构建或者化学浓度梯度来调控神经细胞的生长以形成神经环路，细胞生长区域的重现性和控制力相对较差，从而实验的重现性较差。功能性电刺激虽然有优异的时间分辨率，但是它的空间分辨率较差，并且不具备选择性和特异性，较难实现对神经细胞的抑制。局部灌注虽然具有较高的空间分辨率，但是灌注的位置随意性较大，很难精确控制，重现性较差；此外，局部灌注的时间分辨率较差，无法满足电生理要求。因此，传统的缺少一种可同时用于神经细胞培养，神经环路构建，以及在较高时空分辨率(Spatiotemporal resolution)下进行调控、检测的细胞培养装置。

【发明内容】

基于此，有必要提供一种可同时用于神经细胞培养，神经环路构建，以及在较高时空分辨率下进行调控、检测的细胞培养装置。

一种细胞培养装置包括：固定底板及设在固定底板上的细胞培养系统、光调控系统和电极系统；细胞培养系统包括细胞培养室及连通细胞培养室的供神经轴突生长的神经导管；光调控系统置于神经导管上方用于对神经导管内的培养物进行光刺激调控；电极系统与神经导管相通用于对神经导管内培养物进行辅助调控，并对神经环路的行为和功能进行实时检测。

应用于上述方案，优选的，该细胞培养装置还包括固定在固定底板上的药物灌注系统，药物灌注系统包括药物灌注池、药物导管及废液池，药物灌注池通过药物导管与废液池相连，药物导管与神经导管相连通。

应用于上述方案及其组合，优选的，其中电极系统包括外接触点、导线及电极点，外接触点通过导线与电极点相连，神经导管与电极点相通。

应用于上述方案及其组合，优选的，其中电极点通过电化学方法沉积有导电材料用于降低电极点的阻抗，且电极点通过酶固定技术修饰有酶化合物用于采集生化信号。

应用于上述方案及其组合，优选的，其中电极系统通过溅射或光刻的方式形成在固定底板上。

应用于上述方案及其组合，优选的，其中光调控系统的光刺激位置与电极点的位置对应。

应用于上述方案及其组合，优选的，其中光调控系统包括激光光源、光纤接口、光纤及用于控制激光光柱导向和直径的波导，波导通过光纤、光纤接口与激光光源相连。

应用于上述方案及其组合，优选的，其中电极系统包括多个一一对应的外接触点、导线及电极点，多个外接触点围绕固定底板四周均匀分布，多个导线及电极点形成电极阵列，相应的，光调控系统包括多个不同直径的波导，多个波导形成波导阵列，波导阵列中波导的位置与电极阵列中电极点位置一一对应；电极阵列、波导阵列及药物导管中设有微流控开关。

应用于上述方案及其组合，优选的，其中神经导管的宽度为1～10μm，长度为100～1000μm；波导的直经为1～10μm。