專利名稱：一種用于傷口愈合研究的新型電場生物反應器的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種生物反應器裝置，尤其涉及一種用于傷口愈合研究的新型電場生 物反應器。
背景技術：
上皮組織受傷后，會產生一個內源性電場，這個電場對細胞愈合起著很重要的作 用。研究細胞對生物直流電場的反應，從而進一步了解細胞愈合的機理。但是在實際操作 中，研究者很難直接以傷口作為研究對象，于是可通過模擬組織中的電場或器官培養來進 行細胞學研究。現有的一種趨電性培養室的實驗裝置是這樣的標準的組織培養皿，里面充 滿硅脂，兩條長條形玻璃間隔1cm、相互平行地固定在培養皿底部；細胞置于前面所述玻璃 蓋形成的槽中，還有一個玻璃蓋固定在硅脂頂上橫跨整個槽；一張包含水的紙條放在碟子 中以維持濕度；兩根10cm長、里面充滿含2%瓊脂的鹽水的玻璃管，即鹽橋，分別穿過玻璃 蓋上的孔與培養室電連接；燒杯中Ag/AgCl電極都與直流電源連接。玻璃管的一端置于細 胞的培養液中，另一端置于燒杯的鹽水中。通過這個裝置可以觀察細胞對電場的反應。另 一種應用電場的趨電性培養室電場實驗由兩個樹脂玻璃培養皿組成的大容器控制，兩培 養皿通過一個狹窄通道連接，鉬絲電極分別置于容器的相對兩端。容器中充滿溶解2%瓊脂 的細胞培養液組成的凝膠，帶有貼壁細胞的玻璃蓋與瓊脂固定并安裝在充滿培養液的連接 通道上方。玻璃蓋上設有可觀察連接通道的玻璃視窗。但是這些裝置存在以下幾個缺點一、細胞培養室兩端的電場不是平行電場，相當于是點電場，鹽橋連接細胞培養基 和電源，鹽橋管的一端形成點電源，因此僅有培養皿的中間部分是平行電場，其他部分并不 是一個均一的電場。兩個電極直接插入瓊脂培養基時，細胞培養室中的電場也不是均一電 場。此外，電極直接插入瓊脂培養基，焦耳熱集中于兩極，不能得到實時散發，時間長了將改 變電極和瓊脂培養基之間的連接，導致細胞培養基中的電場不穩定，電場方向不一致；二、所有的培養室玻璃蓋由硅脂固定從而形成一個固定幾何空間，硅脂與細胞直 接接觸，這將影響培養基里面的細胞活性；三、鹽橋被封在玻璃管中，占用的空間很大，不利于實時細胞觀察；四、長時間的電場刺激，會改變連接細胞培養室和鹽橋之間的液體層的pH值、溫 度和化學密度；五、Ag/AgCl電極產品對細胞是有害的，在試驗中會通過鹽橋進入細胞培養室中， 影響細胞活性。

發明內容
針對上述現有技術存在的問題，本發明目的在于提供一種電場穩定均一、無毒無 害地可長時間作用于培養細胞，并能實時觀測的、操作簡單方便的電場生物反應器裝置。本發明的技術方案是一種用于傷口愈合研究的新型電場生物反應器，包括一 個細胞培養室、兩個細胞培養基池、兩個瓊脂鹽橋以及兩個斯坦伯格溶液(Steinbergsolution，直譯為斯坦伯格溶液)池，所述兩個細胞培養基池位于由培養室蓋密封的細胞 培養室兩端，培養室蓋和細胞培養室底間間隔一間隙形成一長方體空腔，該空腔連通兩端 的細胞培養基池，兩細胞培養基池中分別插有一電場測試探頭，所述兩細胞培養基池分別 通過一瓊脂鹽橋與一斯坦伯格溶液池連接，所述瓊脂鹽橋的兩端分別浸入細胞培養基池和 斯坦伯格溶液池中，且瓊脂鹽橋兩端為相平行的矩形板，細胞培養室兩端的瓊脂鹽橋端頭 矩形板也平行對稱，兩斯坦伯格溶液池中還分別插有一碳電極，碳電極導線連接電場源。作為優選，包括一樹脂玻璃制成的底板和蓋板，蓋板間隔固定于底板上方，底板上 設有五個凹槽構成一細胞培養室、兩細胞培養基池以及兩個斯坦伯格溶液池，連通細胞培 養基池和斯坦伯格溶液池的通槽充滿鹽瓊脂凝膠構成所述瓊脂鹽橋。更進一步地，上述各方案中所述培養室蓋和隔細胞培養室底間間隔300 ym。本發明的有益效果是通過細胞培養的觀察，電場分布計算及測試，細胞培養環境 如PH值等的實時監測，培養細胞遷移等，證實本生物反應器裝置可以重復國外文獻報道的 研究，電場穩定均一，操作簡便，性能穩定，可應用于有關細胞對電場反應的生物醫學及生 物物理學方面的研究。


圖1為本發明實施例1的剖視圖2為圖1的俯視圖3為本發明實施例2的俯視圖4為電場分布計算圖5為電流密度分布圖6為顯微鏡觀察細胞遷移初始狀態；
圖7為顯微鏡觀察細胞遷移4小時后狀態；
圖8為顯微鏡觀察細胞遷移8小時后狀態；
圖9為顯微鏡觀察細胞遷移16小時后狀態；
圖10為細胞在電場作用下遷移的軌跡(圖示左側為陰極)；
圖11為細胞在電場作用下遷移軌跡的統計結果(X，Y軸的距離單位為ym，圖示左側為陰極)。
具體實施例方式
作為本發明的一種實施方式，一種用于傷口愈合研究的新型電場生物反應器，包 括一個細胞培養室4、兩個細胞培養基池3、兩個瓊脂鹽橋6以及兩個斯坦伯格溶液池2，所 述兩個細胞培養基池3位于由培養室蓋5密封的細胞培養室4兩端，培養室蓋5和細胞培 養室4底間間隔一間隙形成一長方體空腔，該空腔連通兩端的細胞培養基池3，兩細胞培養 基池3中分別插有一電場測試探頭10，所述兩細胞培養基池3分別通過一瓊脂鹽橋6與一 斯坦伯格溶液池2連接，所述瓊脂鹽橋6的兩端分別浸入細胞培養基池3和斯坦伯格溶液 池2中，瓊脂鹽橋6禁止在兩池之間有任何交換，且瓊脂鹽橋6兩端為相平行的矩形板，細 胞培養室4兩端的瓊脂鹽橋6端頭矩形板也平行對稱，就像一個電極板，因此細胞培養室4 被暴露在電場中。兩斯坦伯格溶液池2中還分別插有一碳電極8，碳電極8導線連接電場源9。斯坦伯格溶液池2中的電極副產品是碳，對培養基無害。所述培養室蓋5和細胞培養室 4底間間隔300 iim。作為優選，實施例1如圖1和圖2所示，包括一樹脂玻璃制成的底板1和蓋板7，蓋 板7間隔固定于底板1上方，底板1上設有五個凹槽構成一細胞培養室4、兩細胞培養基池 3以及兩個斯坦伯格溶液池2，連通細胞培養基池3和斯坦伯格溶液池2的通槽充滿鹽瓊脂 凝膠構成所述瓊脂鹽橋6。另一實施例2，如圖3所示，為了節省裝置在細胞恒溫箱中所占用的空間，還可以 將瓊脂橋6彎折成L型，從而減小底板1的長度，為了維持正常的二氧化碳和釋放電解氣 體，蓋板7通過8個塑料螺釘固定在離底板1高3mm的地方，其余與實施例1相同。電場仿真結果如圖4和5所示。顯然，細胞培養室中的EF為均勻的平行場(如圖 4所示)，且電流密度分布如圖5所示。容易發現，靠近瓊脂鹽橋端的接點具有輻射電流。 但是橋端和培養基之間的電流方向一致。這就是鹽橋端頭切割成矩形板以得到平行EF的 原因。為了證實該新型趨電性生物反應器的功能，將人體上皮細胞序列Hy926培養16小 時，然后于在線定時顯微鏡(奧林巴斯C⑶顯微鏡系統)下觀察細胞遷移。通過Image-pro plus5.0(IPP5. 0)分析軟件來記錄細胞遷移軌跡并對其進行處理。實驗結果顯示存在細胞 定向遷移，并且細胞具有向陰極的趨電性行為(見圖6至圖10)。通過IPP5.0來計算遷移距 離，然后通過Microsoft EXCEL 2000將所得細胞遷移數據轉換為散點圖(如圖11所示)， 圖10和圖11的左側為陰極，顯然，大多數細胞向陰極遷移。
權利要求
一種用于傷口愈合研究的新型電場生物反應器，其特征在于包括一個細胞培養室、兩個細胞培養基池、兩個瓊脂鹽橋以及兩個斯坦伯格溶液池，所述兩個細胞培養基池位于由培養室蓋密封的細胞培養室兩端，培養室蓋和細胞培養室底間間隔一間隙形成一長方體空腔，該空腔連通兩端的細胞培養基池，兩細胞培養基池中分別插有一電場測試探頭，所述兩細胞培養基池分別通過一瓊脂鹽橋與一斯坦伯格溶液池連接，所述瓊脂鹽橋的兩端分別浸入細胞培養基池和斯坦伯格溶液池中，且瓊脂鹽橋兩端為相平行的矩形板，細胞培養室兩端的瓊脂鹽橋端頭矩形板也平行對稱，兩斯坦伯格溶液池中還分別插有一碳電極，碳電極導線連接電場源。
2.根據權利要求1所述的一種用于傷口愈合研究的新型電場生物反應器，其特征在 于包括一樹脂玻璃制成的底板和蓋板，蓋板間隔固定于底板上方，底板上設有五個凹槽構 成一細胞培養室、兩細胞培養基池以及兩個斯坦伯格溶液池，連通細胞培養基池和斯坦伯 格溶液池的通槽充滿鹽瓊脂凝膠構成所述瓊脂鹽橋。
3.根據權利要求1或2所述的一種用于傷口愈合研究的新型電場生物反應器，其特征 在于所述培養室蓋和隔細胞培養室底間間隔300 μ m。
全文摘要
本發明公開了一種用于傷口愈合研究的新型電場生物反應器，涉及一種生物反應器裝置，包括一個細胞培養室、兩個細胞培養基池、兩個瓊脂鹽橋以及兩個斯坦伯格溶液池，所述兩個細胞培養基池位于由培養室蓋密封的細胞培養室兩端，培養室蓋和細胞培養室底間間隔一間隙形成一長方體空腔，該空腔連通兩端的細胞培養基池，兩細胞培養基池中分別插有一電場測試探頭，所述兩細胞培養基池分別通過一瓊脂鹽橋與一斯坦伯格溶液池連接，兩斯坦伯格溶液池中還分別插有一碳電極，碳電極導線連接電場源。本發明電場穩定均一、無毒無害地可長時間作用于培養細胞，并能實時觀測的、操作簡單方便的電場生物反應器裝置。
文檔編號C12M3/00GK101851579SQ20101016812
公開日2010年10月6日 申請日期2010年5月10日 優先權日2010年5月10日
發明者何學令, 吳江, 楊剛, 郭應強, 陳槐卿 申請人:吳江