一种细胞微尺度加热培养控制装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种细胞微尺度加热培养控制装置，包括细胞微尺度加热培养装置、加热控制系统和加热电源，所述细胞微尺度加热培养装置用于培养细胞，所述加热控制系统用于实现对细胞微尺度加热培养装置上的细胞培养温度的微尺度控制，所述加热电源用于对加热控制系统进行供电，所述细胞微尺度加热培养装置包括细胞培养皿、PDMS硅橡胶、加热微电极、微型温度传感器、培养皿，所述加热微电极采用具有生物兼容性的ITO材料并通过微流控技术制成。本发明专利技术设计的培养系统不仅具备生物兼容性，实现细胞的培养，而且还能实现同一培养环境下，微小区域内细胞的不同加热培养，并能在显微镜下同时观察不同加热条件下，细胞的生长变化过程。

Cell micro scale heating culture control device

The invention provides a micro cell culture heating control device, including cell culture device, micro scale heating heating control system and heating power supply, the micro scale heating cell culture device for cell culture, the heating control system used for cell culture micro micro scale heating control device on the cell culture temperature, the heating power supply is used for supplying power to the heating control system, wherein the heating device comprises a micro cell culture cell culture dish, PDMS silicone rubber, heating microelectrode, micro temperature sensor and the heating plate, using microelectrode biocompatible and ITO materials made by microfluidic technology. Training system designed by the invention not only has the biological compatibility, to realize the cultivation of cells, but also achieve the same culture conditions, different heating in a small region of cultured cells, and can be observed in different heating conditions under the microscope, the cell growth process.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于生物医学工程领域，尤其涉及一种细胞微尺度加热培养控制装置。
技术介绍
热物理治疗方法可以通过改变温度来实现对病变细胞及组织的消除，被广泛应用于肿瘤治疗中。然而，目前这一应用的基础理论研究主要集中在通过对细胞进行加热以观察温热对细胞生长的抑制作用。常用的加热方法主要有金属模块加热，培养基加热，烘箱加热及水浴锅加热等，但是这些加热方法均有其局限性。KojiOrihara等通过将细胞置于高于常规温度的培养箱中来观察长期温热作用对细胞的影响，但是采用长期温热作用的方法不太适合于短期的治疗；MasaoHamuro等通过水浴加热的方式对细胞进行加热。但是这种加热方式下，细胞受热不均匀，且由于水浴锅内温度分布亦不均匀，其对加热温度控制的准确性也会有所欠缺，从而导致实验结果出现跳动。以上方法均是对全部细胞在宏观尺度上进行加热，通过上述加热方法可以观察到温热处理对细胞产生的直接影响，这些影响包括细胞形态改变，细胞凋亡，坏死，对细胞增殖的抑制，影响细胞周期及一些细胞因子的表达。而随着分子生物学的深入发展，对单个细胞的微尺度的物理刺激，可以达到单细胞水平的生物调控。然而，TakatokiYamamoto等设计的加热与细胞培养分离的微反应阵列，可进行一系列蛋白质相关的实验。但是由于实验对操作及环境的要求较高，以及系统微型化也会带来一些局限性，导致反应阵列对其表面物理及化学性质的变化十分敏感。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于提供一种细胞微尺度加热培养控制装置，用以解决上述问题，实现通过微尺度对局部细胞进行加热，进而实现在其它条件相同的情况下对加热细胞和不加热细胞的生长进行研究。为达到以上目的，本专利技术采用的技术方案为：一种细胞微尺度加热培养控制装置，包括细胞微尺度加热培养装置、加热控制系统和加热电源，所述细胞微尺度加热培养装置用于培养细胞，所述加热控制系统用于实现对细胞微尺度加热培养装置上的细胞培养温度的微尺度控制，所述加热电源用于对加热控制系统进行供电，其特征在于，所述细胞微尺度加热培养装置包括电极层，所述电极层用以对培养的细胞根据需要进行加热，并且所述电极层采用了具有生物兼容性的透明ITO导电玻璃材料。优选地，所述细胞微尺度加热培养装置还包括培养皿、热电偶、PDMS硅橡胶层、培养皿底座，在所述培养皿内从下刀上依次为电极层、PDMS硅橡胶层，待培养的细胞放置在PDMS硅橡胶层上，所述热电偶设置在电极层下面并与电极层有一定距离用以检测电极层上的加热微电极的加热温度进而反应出PDMS硅橡胶层上细胞的培养温度，所述培养皿放置在培养皿底座上，并在所述加热微电极下侧设置有接线端。优选地，在所述培养皿底座上刻录有电极引线和温度传感器引线，并且电极引线和温度传感器引线汇集到培养皿底座一侧的接线口，当培养皿放在培养皿底座上时，所述接线端和热电偶将分别与电极引线和温度传感器引线自动连接。优选地，所述电极层上有多个加热微电极，每个加热微电极的加热直径小于0.5mm的范围，而该范围之外的温度保持不变；并且在每个加热微电极周围的热电偶为多个。优选地，所述加热控制系统包括微处理器控制电路、数据采集电路、电压电流反馈电路、可控恒流源电路，所述数据采集电路用以采集热电偶反馈的加热微电极的加热温度以及电压电流反馈电路反馈的实时的加热电压和加热电流，所述微处理器控制电路用以根据数据采集电路采集的加热温度、加热电压和加热电流进行控制算法处理后输出控制信号以控制可控恒流源电路输出的电压和电流，从而控制加热微电极的加热温度，使PDMS硅橡胶层上细胞的培养温度恒定或者使培养温度根据需要而变化。优选地，所述可控恒流源电路包括多路独立可控的恒流源，微处理器控制电路能够对任一路恒流源进行控制或者对多路恒流源同时进行相同或者不同的控制，进而在同一个细胞微尺度加热培养装置中能够实现同时在不同温度下对细胞的培养。优选地，所述加热控制系统还包括显示控制模块，所述显示控制模块用于设置对哪个或者哪几个加热微电极进行控制、该加热微电极的目标温度、加热速率以及加热时间，并实时显示该加热微电极的加热温度、加热电压、加热电流。优选地，所述加热控制系统还包括通信电路，所述微处理器控制电路能够通过通信电路将实时的参数发送到PC端。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：(1)细胞微尺度加热培养装置采用了透明ITO材料制成的多个微小加热微电极，能够在同一培养条件下，实现微小区域内细胞的不同加热培养，同时，非常方便的实现在其他同等环境下，研究不同加热条件与不同的培养温度对于细胞生长的影响。(2)采用上述方法设计的培养系统与加热微电极能够使得在在加热目标区域内，加热更加均匀，且加热可控性好；以及加热微电极采用的是透明的ITO材料，能够实现在细胞生长环境内培养的同时，在显微镜下观察不同加热条件下，细胞的生长过程。(3)同时在细胞微尺度加热培养装置上设置有微小热电偶，加热控制系统能够根据热电偶反馈的温度调节加热微电极的电压和电流进行实时控制，保证加热过程的稳定性与可靠性；(4)加热控制系统还包括显示控制模块，操作者能够方便地根据需要输入相应的参数，同时也能够实现地显示相应的参数。附图说明图1是本专利技术的一个优选实施例的结构原理图图2是本专利技术的一个优选实施例的细胞微尺度加热培养装置的结构示意图图3是本专利技术的一个优选实施例的一区域内多个有效的加热微电极排布阵列图4是本专利技术的对不同的加热微电极进行不同的控制的微尺度加热云图图5是常规培养皿和本专利技术的培养装置中乳腺癌细胞的生长情况图6是本专利技术对细胞加热培养前后的细胞生长对比图具体实施方式以下描述用于揭露本专利技术以使本领域技术人员能够实现本专利技术。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。如图1所示的一种细胞微尺度加热培养控制装置，包括细胞微尺度加热培养装置1、加热控制系统2和加热电源3，细胞微尺度加热培养装置1和加热控制系统2电连接，加热电源3为细胞微尺度加热培养装置1和加热控制系统2供电。如图2所示，细胞微尺度加热培养装置1包括培养皿11、电极层12、热电偶13、PDMS硅橡胶层14、培养皿底座15，在培养皿11内从下到上依次设置有热电偶13、电极层12、PDMS硅橡胶层14，电极层12用以对PDMS硅橡胶层14进行加热，PDMS硅橡胶层14用于放置待培养的细胞，在培养皿11的下表面设置有接线端122。热电偶13的一部分位于培养皿11下表面，在电极层12的下面且距离一定位置处，热电偶13用以检测电极层12的加热温度进而确定PDMS硅橡胶层14上的细胞的培养温度。培养皿11放置在培养皿底座15上。在培养皿底座15上面刻录有电极引线和温度传感器引线，在培养皿11放置在培养皿底座15上后，接线端122和热电偶13分别与电极引线和温度传感器引线连接，电极引线和温度传感器引线以及其它的引线汇集到位于培养皿底座15上的接线口151。电极层12由多个微小的加热微电极，在每个加热微电极的下面都布置有多个热电偶，用以使获取的温度更加准确。电极层12采用ITO导电玻璃，其通过微流控制技术将ITO材料溅射到具有良好导热性能的玻璃上制成，每个ITO导电玻璃上有多个微小的加热微电极，图3示出了一区域内的多个有效的加热微电极的排布阵列。采本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种细胞微尺度加热培养控制装置，包括细胞微尺度加热培养装置、加热控制系统和加热电源，所述细胞微尺度加热培养装置用于培养细胞，所述加热控制系统用于实现对细胞微尺度加热培养装置上的细胞培养温度的微尺度控制，所述加热电源用于对加热控制系统进行供电，其特征在于，所述细胞微尺度加热培养装置包括电极层，所述电极层用以对培养的细胞根据需要进行微尺度加热，并且所述电极层采用了具有生物兼容性的透明ITO导电玻璃材料。

【技术特征摘要】
1.一种细胞微尺度加热培养控制装置，包括细胞微尺度加热培养装置、加热控制系统和加热电源，所述细胞微尺度加热培养装置用于培养细胞，所述加热控制系统用于实现对细胞微尺度加热培养装置上的细胞培养温度的微尺度控制，所述加热电源用于对加热控制系统进行供电，其特征在于，所述细胞微尺度加热培养装置包括电极层，所述电极层用以对培养的细胞根据需要进行微尺度加热，并且所述电极层采用了具有生物兼容性的透明ITO导电玻璃材料。2.如权利要求1所述的一种细胞微尺度加热培养控制装置，其特征在于，所述细胞微尺度加热培养装置还包括培养皿、热电偶、PDMS硅橡胶层、培养皿底座，在所述培养皿内从下刀上依次为热电偶、电极层、PDMS硅橡胶层，待培养的细胞放置在PDMS硅橡胶层上，所述热电偶设置在电极层下面并与电极层有一定距离用以检测电极层上的加热微电极的加热温度进而反应出PDMS硅橡胶层上细胞的培养温度，所述培养皿放置在培养皿底座上，并在所述加热微电极下侧设置有接线端。3.如权利要求2所述的一种细胞微尺度加热培养控制装置，其特征在于，在所述培养皿底座上刻录有电极引线和温度传感器引线，并且电极引线和温度传感器引线汇集到培养皿底座一侧的接线口，当培养皿放在培养皿底座上时，所述接线端和热电偶将分别与电极引线和温度传感器引线自动连接。4.如权利要求3所述的一种细胞微尺度加热培养控制装置，其特征在于，所述电极层上有多个加热微电极，每个加热微电极的加热直径小于0.5mm的范围，而该范围之外的温...

【专利技术属性】
技术研发人员：张爱丽，邹金成，蒋作敏，徐学敏，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海;31