適用於功能研究的活體組織標本及細胞灌流裝置的製作方法

2023-12-09 04:21:31 1

專利名稱：適用於功能研究的活體組織標本及細胞灌流裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及醫學生物技術及神經科學研究領域，主要用於對體外培養活體組織切 片、培養細胞進行持續灌流，保持組織及細胞活性，實現細胞分泌活動及電生理學功能研
究的實驗裝置。
背景技術：
在現代醫學生物學尤其是神經科學研究中，活體組織或細胞體外培養技術是非常重要 和廣泛應用的實驗技術之一，它為細胞學、遺傳學、病毒學、免疫學的研究和應用做出了 重要貢獻。近年來發展起來的組織培養技術目的是使組織脫離機體而生存，給培養技術提 出了更高的要求。很多學者在培養操作的方法、培養組織的器皿和培養基等方面做了改進 和嘗試，使體外組織培養的技術更趨於完善，細胞生長活性得到提高。
但是現有的培養技術主要基於在無菌條件下對組織或細胞存活、生長、發育、分化等 形態學特徵的觀察。因此在這種封閉系統中，可以設置模仿活體環境等可任意進行控制的 環境，將細胞或組織保持在所說培養位置的情況下供給培養基，不僅能夠防止汙染，而且 能夠高效率地實現細胞或組織的體外培養。這種目前廣泛應用的培養體系存在的一個重要 缺陷就在於系統的封閉性。如果需要進行組織細胞的功能、尤其是電生理功能的研究和檢 測時，不能進行有效記錄觀察，也難以準確控制組織或細胞的外環境。根據文獻的報導， 以及研究者在實際工作中的探索，建立了這種可以用於活體組織細胞功能檢測，尤其是進 行膜片鉗電生理學檢測的持續灌流系統。在目前的灌流裝置中，如中國專利申請"離體器 官恆溫灌流儀"(申請號02280295.9)、"一種新的組織灌流裝置"(申請號00216922.3)、"一 種細胞內灌流換液裝置"(申請號96236386.3)等相比較，有了許多改進。克服了以往設備 系統設計複雜、系統體積龐大難以進行電磁屏蔽和灌流槽容量較大等不足。尤其是目前的 灌流系統由於容量較大，難以實時、動態檢測到細胞分泌和釋放的微量細胞因子或神經遞 質，也不能配備兼容所有的顯微鏡觀察。而基於在細胞臺加溫的恆溫灌流會帶來較大的電 信號幹擾，難以記錄細胞本身的電生理活動。發明內容
本實用新型所要解決的技術關鍵是針對現有的器官、組織或細胞內灌流系統不容易實 現恆溫控制、或者溫度加熱容易帶來較大的工頻電信號幹擾，難以實現細胞分泌檢測和電 生理功能記錄等部分缺陷，提出在常規細胞或組織培養之外的開放式、恆溫、恆流、小容 量灌流系統，實現實時收集細胞外液、可提供動態檢測活體組織細胞分泌活動，尤其適用 於進行組織片或培養細胞的電生理功能記錄。
為實現上述發明目的所採取的技術方案是
設計一種適用於功能研究的活體組織及細胞持續灌流裝置，該灌流裝置包括灌流液輸 入系統、恆溫水浴系統、標本灌流浴槽、顯微鏡適配單元和灌流液收集系統。灌流液輸入 系統和灌流液收集系統分別通過灌流液體流動管道連接標本灌流浴槽的輸入槽和輸出槽。 標本灌流浴槽的設計是本裝置的核心，由全透明的聚四氟乙烯材料製作，標本灌流浴槽由 三個獨立但是相通的小室構成，中間較大的小室為記錄浴槽，兩側的小室分別用於灌流液 體的輸入槽和輸出槽。標本灌流浴槽中間小室的容積決定了本灌流裝置收集液體的容量，
因此設計為225iiL，以確便於提高收集液體中需要檢測成分的濃度。標本灌流浴槽的三個
槽底固定一整片蓋玻片。
進一步，本裝置設置了顯微鏡適配單元，它是本灌流裝置能夠具有通用性的關鍵，顯 微鏡適配單元為外形與顯微鏡載物臺上的預留孔形狀匹配，中間有用於嵌入式放置標本灌 流浴槽的凹槽。
另外，為了將細胞或腦片保持在一個相對的恆溫系統中，在所述灌流液輸入系統連接
標本灌流浴槽的管道上設置有恆溫水浴系統，按照電生理實驗的一般需要，溫度設定在25 一32。C，由附屬的水浴設定，保證系統的溫度無漂移。
還有將標本灌流浴槽的高度設計在3mm，結合嵌入顯微鏡適配單元的設計不但可用於 倒置顯微鏡觀察，也可以用於正置水浸物鏡顯微鏡的觀察。
灌流液體流動管道均使用塑料或玻璃管，包被一層接地的鋁箔形成類似BNC電纜線的 屏蔽效果，防止持續流動的灌流液形成"天線"所帶來的工頻幹擾。
液體按照設定的灌流速度由輸入系統流出，在恆溫水浴系統的加熱後，進入標本灌流 浴槽，最後由灌流液收集系統回收灌流液供分析細胞分泌活動檢測。本裝置通過灌流液輸 入系統加入經過氧氣飽和的細胞外液，並設定依據實驗需要的液體流速，因此本裝置的灌流速度取決於灌流液輸入系統的調節。
本裝置通過標本灌流浴槽的三個獨立但相通的小室，精確控制細胞外液體積，保證灌 流液體流速穩定，便於檢測細胞分泌活動；標本灌流浴槽設計為開放式的結構；設計簡潔、 成本低廉、容易拆卸更換、可以兼容所有顯微鏡載物臺，達到對組織細胞可視化進行電生 理功能記錄的要求；對灌流液體流動管道合理的屏蔽與接地可以用於電生理記錄，結合標 本灌流浴槽的容積控制，使本裝置可以從形態到功能，實時動態觀察生物功能活動與分泌 活動之間的關係。


圖1組織及細胞灌流裝置結構示意圖
圖2A是標本灌流浴槽的主視圖
圖2B是圖2A的A-A剖視圖
圖3A和圖3B顯微鏡適配單元的主視和剖視圖
圖4A是標本灌流浴槽結合顯微鏡適配單元配合的主視圖
圖4B是圖4A的B-B剖視圖
具體實施方式
以下結合附圖和具體工作過程對本裝置構造作詳細說明。
圖1為組織及細胞灌流裝置結構示意圖，裝置包括灌流液輸入系統1、恆溫水浴系統2、 標本灌流浴槽3、顯微鏡適配單元4和灌流液收集系統5。灌流液輸入系統1和灌流液收集 系統5分別通過灌流液體流動管道連接標本灌流浴槽3的輸入槽31和輸出槽33。在灌流 液輸入系統1連接標本灌流浴槽3的管道上設置有恆溫水浴系統2。標本灌流浴槽3以嵌 入方式放置在顯微鏡適配單元4中間的凹槽中。
圖2A和圖2B為標本灌流浴槽3的主剖視圖。標本灌流浴槽3是在全透明的聚四氟 乙烯材料上形成三個獨立但相通的小室構成的結構，中間較大的小室為記錄浴槽32，兩側 的小室分別用於灌流液體的輸入槽31和輸出槽33，標本灌流浴槽3的槽底固定有24X 50mm的蓋玻片。在標本灌流浴槽3的記錄浴槽32與兩側的輸入槽31和輸出槽33之間通 過底部的設計的導流通道進行連通，使藥物可以迅速作用於標本，且不影響中間小室內液 體穩定性。
使用本系統時，在標本灌流浴槽3的底部和顯微鏡適配單元4之間固定24X50mm大 小的蓋玻片6，可使標本灌流浴槽3的三個小室在底部相通，而組織切片或培養細胞置於中間小室內的蓋玻片上。液體由標本灌流浴槽3的左側輸入槽31進入，經底部的兩條設計 暗槽充滿中間記錄浴槽32，進而流入右側輸出槽33。在右側輸出槽33邊緣放置內徑L5mm 的玻璃毛細管(外徑2mm)引流輸出灌流液。待液體在三個小室持續充灌切流動穩定後， 中間記錄浴槽32內液體容積可控制在225yL。由於三個小室以底部流通液體，可以確保 在流速相對較小、組織細胞外液容量小的情況下，仍舊可以快速、徹底地更換液體，不留 死腔。標本灌流浴槽3是一個開放的系統，尤其可以適合於單細胞、腦片的膜片鉗及其它 電生理實驗。在與電生理相關的實驗中，標本灌流浴槽3所應用的三小室換液系統，可減 小細胞槽內的離子幹擾以及灌流液體液面不穩定產生的幹擾。實驗記錄中的參考電極放在 右側的輸出槽33內，靠近收集液，也可減少參考電極極化電壓引入的漂移。
圖3A和圖3B為顯微鏡適配單元4的主剖視圖，顯微鏡適配單元4為外形與顯微鏡載 物臺上的預留孔形狀匹配，中間有放置標本灌流浴槽3，使本系統適合各種顯微鏡載物臺 以及電生理實驗需要的加寬固定載物臺。
圖4A和圖4B為標本灌流浴槽3結合顯微鏡適配單元4在應用中的主剖視圖。標本灌 流浴槽3的高度為3mm，可完全嵌入顯微鏡適配單元4中間的凹槽中。本裝置為開放式的 活體細胞觀察灌流系統，可完全裝在倒置或正置顯微鏡上，也可以用於水浸物鏡的紅外微 分幹涉相差顯微鏡，進行活體細胞在各種不同條件下的形態觀測。顯微鏡適配單元4可方 便提供與各種給藥系統、泵相連，連接標本灌流浴槽3，由於底部導流槽的設計，使藥物 可以迅速作用於標本，且不影響中間小室內液體穩定性。
使用時首先用少量凡士林膏固定蓋玻片(24X50mm)於標本灌流浴槽3和顯微鏡適配 單元4之間，二者聯合使用。組織切片或培養細胞置於標本灌流浴槽3內。組織或細胞灌 流液經輸入系統1按照需要設定的流速(一般實驗需要為2 4mL/min)，經過恆溫水浴系 統2加溫為需要的溫度(一般設定為25 28'C)，進入標本灌流浴槽3，最後由灌流液收集 系統4回收灌流液供分析細胞分泌活動檢測。恆溫水浴系統2為灌流液輸入時的輔助單元， 與灌流液完全隔離，依據實驗研究需要也可以撤除。灌流液輸入系統持續通入95%氧氣和 5%二氧化碳的混合氣，應用恆溫控制系統2將細胞或腦片保持在一個相對的恆溫系統中， 聯合使用恆溫及充氧可以充分保持標本活性。灌流液收集系統5應用恆流蠕動泵引流，可 以實現快速、實時、定時收集灌流液，供生化檢測細胞分泌或代謝情況。
權利要求1、適用於功能研究的活體組織標本及細胞灌流裝置，所述裝置包括灌流液輸入系統(1)、標本灌流浴槽(3)和灌流液收集系統(5)；灌流液輸入系統(1)和灌流液收集系統(5)分別通過灌流液體流動管道連接標本灌流浴槽(3)的輸入槽和輸出槽；其特徵在於所述標本灌流浴槽(3)是在全透明的聚四氟乙烯材料上形成三個獨立但相通的小室構成的結構，中間較大的小室為記錄浴槽(32)，兩側的小室分別是灌流液體的輸入槽(31)和輸出槽(32)，標本灌流浴槽(3)的三個槽底固定一整片蓋玻片。
2、 根據權利要求l所述的適用於功能研究的活體組織標本及細胞灌流裝置，其特徵在 於，還設置有顯微鏡適配單元(4),顯微鏡適配單元(4)為外形與顯微鏡載物臺上的預留 孔形狀匹配，中間有用於嵌入標本灌流浴槽(3)的凹槽。
3、 根據權利要求1或2所述的適用於功能研究的活體組織標本及細胞灌流裝置，其特 徵在於，所述標本灌流浴槽(3)的記錄浴槽(32)與兩側的輸入槽(31)和輸出槽(33) 通過底部的設計的導流通道進行連通。
4、 根據權利要求1或2所述的適用於功能研究的活體組織標本及細胞灌流裝置，其特 徵在於，在所述的灌流液輸入系統(1)和連接標本灌流浴槽(3)的灌流液體流動管道上 設置有恆溫水浴系統(2)。
5、 根據權利要求1或2所述的適用於功能研究的活體組織標本及細胞灌流裝置，其 特徵在於，標本灌流浴槽(3)的高度為3mm。
6、 根據權利要求1或2所述的適用於功能研究的活體組織標本及細胞灌流裝置，其 特徵在於所述標本灌流浴槽(3)中間的記錄浴槽(32)的容積設計為225uL。
7、 根據權利要求1或2所述的適用於功能研究的活體組織標本及細胞灌流裝置，其 特徵在於所述灌流液體流動管道均使用塑料或玻璃管，並包被一層接地的鋁箔。
專利摘要一種適用於功能研究的活體組織標本及細胞灌流裝置，包括灌流液輸入系統、標本灌流浴槽和灌流液收集系統；灌流液輸入系統和灌流液收集系統分別通過灌流液體流動管道連接標本灌流浴槽；標本灌流浴槽是在全透明的聚四氟乙烯材料上形成三個獨立但相通的小室構成的結構，中間為記錄浴槽，兩側分別是灌流液體的輸入槽和輸出槽，標本灌流浴槽的槽底固定一整片蓋玻片。本裝置通過標本灌流浴槽的三個獨立但相通的小室，精確控制細胞外液體積，保證灌流液體流速穩定，便於檢測細胞分泌活動；標本灌流浴槽設計為開放式的結構，設計簡潔、成本低廉、容易拆卸更換、可以兼容所有顯微鏡載物臺，達到對組織細胞可視化進行電生理功能記錄的要求。
文檔編號C12M3/00GK201372287SQ200920126738

公開日2009年12月30日 申請日期2009年3月23日 優先權日2009年3月23日
發明者吳喜貴, 蔡文琴, 阮懷珍, 陳鵬慧 申請人:中國人民解放軍第三軍醫大學