一种用于培养细胞的电刺激装置的制作方法

本实用新型涉及细胞培养技术领域，尤其涉及一种用于培养细胞的电刺激装置。

背景技术：

在医学和生物学基础研究中，细胞学水平的实验已成为探究疾病机制和药物治疗作用的常规手段。神经生物学研究常培养神经细胞用于探究神经冲动的传导及神经递质的传递，维持培养的神经细胞的活性是实验的关键，给予神经细胞低频率电刺激可有效模拟细胞在体内的状态。另外，心血管研究中对于心律失常研究的瓶颈是缺乏有效的细胞水平电刺激设备，因而很难将人体或动物的整体研究现象在细胞水平上复制。

目前，培养细胞的电刺激装置主要有两种类型：一种类型是将两根电极丝的一端放置在细胞培养皿中，另一端连接脉冲发生器；另外一种类型是将培养细胞的特殊的微孔基质内槽放置在装有细胞培养基的培养皿中，在微孔基质内槽的上下两侧插入电极给予电刺激。

已知的电刺激装置存在操作困难、成本高、稳定性差的问题。对于两根电极丝类型的电刺激装置，两根电极丝需要手工制作和固定，一旦需要培养大量细胞，实验过程将变得异常繁琐；并且固定的电极丝往往高度不一致，所以需要使用较多的细胞培养基以确保覆盖电极丝；此外，由于电极丝与培养基接触面积较小，所以常常不能有效地给予设定输出的电刺激。另一方面，在微孔基质内槽上下两侧进行电刺激虽然解决了电极丝手工制作和固定的困难，但是由于电极的放置影响了通过显微成像系统观察培养细胞的状态。另外，微孔基质内槽是一次性使用的，而且为了保证电极的有效接触需要使细胞培养基盖过微孔基质内槽上侧的电极，从而需要使用更多的细胞培养基，这增加了实验成本。

技术实现要素：

本实用新型的目的是为了解决现有技术中存在的问题，在医学和生物学基础研究中通过简便易用的装置对培养的细胞给予有效的电刺激，以便维持培养细胞的活性、制备细胞水平病理损伤模型以及在电刺激条件下观察细胞和采集图像。

为此，本实用新型提供了一种用于培养细胞的电刺激装置，所述电刺激装置可以包括：

电路板；

多个片状电极对，垂直于所述电路板布置在所述电路板的下侧；

脉冲输入接口，通过所述电路板上的线路分别与所述多个片状电极对连接。

与普通电极丝构成的电极相比，通过电极的片状设计，增加了电极与细胞培养基的接触面积，从而增加了对细胞刺激的有效性。此外，通过多个片状电极对放电实现了多块刺激器的作用。

根据本实用新型的一个优选实施方案，所述多个片状电极对可以是石墨片状电极。采用石墨材料制作刺激电极避免了金属对培养基成分的干扰，然而本实用新型还可以采用其他材料制作刺激电极。

根据本实用新型的一个优选实施方案，所述电路板上设置有多个观察窗，并且所述多个片状电极对中的每一个片状电极对分别与所述多个观察窗中的一个对应并且以对应的观察窗为中心对置地布置。

根据本实用新型的一个优选实施方案，所述多个观察窗是圆形的或矩形(长方形)的，并且所述多个观察窗可以是镂空的。但是，本实用新型的观察窗不限于圆形和矩形，也可以是其他适用形状。由于设置了观察窗，可以用显微成像系统(诸如，倒置显微镜、激光共聚焦显微镜等)通过观察窗来观察细胞的状态，从而可以在基于刺激的条件下分析细胞的变化。

根据本实用新型的一个优选实施方案，所述电刺激装置与用于培养细胞的细胞培养板匹配，以使得当所述电刺激装置设置在所述细胞培养板上时所述多个片状电极对中的每一个片状电极对分别插入到所述细胞培养板的一个孔中。

根据本实用新型的一个优选实施方案，所述电路板上设置有6个、12个、24个、48个、96个或更多个观察窗以使得所述电刺激装置分别与6孔、12孔、24孔、48孔、96孔或更多孔的细胞培养板匹配。

根据本实用新型的一个优选实施方案，所述多个片状电极对的长度被设置成当所述电刺激装置设置在细胞培养板上时所述多个片状电极对接触所述细胞培养板的底板。由于片状电极的长度被设置成能够接触细胞培养板的底板，所以仅需要很少的细胞培养基就保证了片状电极与培养基的充分接触，从而减少了细胞培养基的使用量。此外，所述片状电极可以根据需要设置成其他适用的长度。

根据本实用新型的一个优选实施方案，所述脉冲输入接口可以具有一路接收通道，优选地多路接收通道。在脉冲输入接口具有一路接收通道的情况下，所有电极对根据相同的脉冲信号施加电刺激；而在脉冲输入接口具有多路接收通道的情况下，可以使不同的电极对根据不同的脉冲信号施加电刺激，从而便于进行对照实验。

本实用新型的用于培养细胞的电刺激装置的优点是，电极的片状设计增加了对细胞刺激的有效性；石墨材料避免了金属对培养基成分的干扰；镂空观察窗的设计有助于观察细胞的实时状态；由于片状电极的长度设置减少了细胞培养基的使用量。此外，本实用新型的电刺激装置机械强度和集成度高，不仅多个电极对可以同时使用，甚至多个电极对可以同时施加不同的电刺激进行对照实验，提高实验效率，而且其可重复使用亦降低了实验成本。

附图说明

现将参照附图详细地描述本实用新型的优点、特征，在附图中，各部件未必按比例绘制，其中：

图1例示了本实用新型的用于培养细胞的电刺激装置的一个实施方案的立体示意图；

图2示出了使用本实用新型的一个实施方案的电刺激装置制备房颤细胞模型的技术验证实验的流程图；

图3示出了采用Western blot法检测图2所述对照实验中的细胞电重构相关蛋白SERCA的表达量的柱状图；

图4示出了采用Western blot法检测图2所述对照实验中的细胞电重构相关蛋白SBPA1的表达量的柱状图；

图5示出了采用化学方法检测图2所述对照实验中的SOD含量的柱状图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型的具体实施方案作说明进行清楚、完整地描述，但是，本实用新型不受这些具体实施方案的限制。

图1例示了本实用新型的用于培养细胞的电刺激装置的一个实施方案的立体示意图。如图1所示，用于培养细胞的电刺激装置包括电路板2、六个片状电极对3和脉冲输入接口4。有利地，片状电极对3是用石墨材料制作的，避免了金属对培养基成分的干扰。电路板2上设置有六个圆形的镂空观察窗1，其位置分别与细胞培养中最常采用的六孔细胞培养板的六个孔对应并且小于细胞培养板的孔。六个片状电极对3垂直于电路板2布置在电路板2的下侧(电刺激装置设置在细胞培养板上时细胞培养板所在的一侧)，每一个片状电极对3分别与一个观察窗1对应并且以对应的观察窗1为中心对置地布置。图1中的电刺激装置与用于培养细胞的细胞培养板匹配，以使得当电刺激装置设置在细胞培养板上时，六个片状电极对3分别插入到六孔细胞培养板的六个孔中，从而可以用显微成像系统(诸如，倒置显微镜、激光共聚焦显微镜等)通过观察窗1来观察在细胞培养板的孔中培养细胞的状态，进而可以在基于刺激的条件下分析细胞的变化。与普通电极丝构成的电极相比，通过电极的片状设计，增加了电极与细胞培养基的接触面积，从而增加了对细胞刺激的有效性。此外，脉冲输入接口4布置在电路板2的一端并且通过电路板2上的线路分别与六个片状电极对3连接，通过六个片状电极对4放电实现了多块刺激器的作用。

还有利地，片状电极对3的长度被设置成当电刺激装置设置在细胞培养板上时片状电极对3接触细胞培养板的底板。由于片状电极的长度被设置成能够接触细胞培养板的底板，所以仅需要很少的细胞培养基就保证了片状电极与培养基的充分接触，从而减少了细胞培养基的使用量。

实施例

心律失常是临床上较为常见的心血管疾病，严重威胁生命健康。心房颤动(以下简称房颤)作为房性/室上性心律失常代表疾病，全球预计房颤发病人数超过3300万。目前，对于房颤的基础研究因技术手段的限制多为在动物心房植入起搏器超速起搏来制备房颤动物学模型。在细胞层面研究，结合本实用新型的电刺激装置可简便有效的制备房颤细胞模型：将心房肌细胞系HL-1细胞按照常规细胞培养方式接种到六孔细胞培养板上，6-8小时待细胞贴壁后，将电刺激装置放置在六孔细胞培养板上，使石墨片状电极与细胞培养基接触；随后，将所述装置平稳的放置在细胞培养箱中，将电刺激装置通过转接口与信号发生器相连接，调节信号发生器发出4V，3Hz的直流方波，波宽5ms，持续刺激48小时，通过分子生物学手段鉴定离子通道等细胞标志物即可判断模型制备成功。可通过此模型探究房颤发生过程中心房肌细胞的病理生理变化，并可在细胞中加入研究药物研究潜在的治疗手段。

图2示出了使用本实用新型的一个实施方案的电刺激装置制备房颤细胞模型的技术验证实验的流程图。所述实验以房颤疾病细胞学水平研究中常用的心房肌细胞系HL-1细胞作为研究对象，验证根据本实用新型的一个实施方案自主设计的电刺激装置与传统手工制作的金属电极刺激装置对于细胞电刺激的有效性。首先，将心房肌细胞系HL-1细胞按照常规细胞培养方式接种到六孔细胞培养板上，8小时待细胞贴壁后，将细胞随机分成3组：1.正常对照组；2.传统金属电极刺激装置组；3.自主设计的电刺激装置组。正常对照组将本实用新型的电刺激装置放置在六孔细胞培养板上，使石墨片状电极与细胞培养基接触，但不给予电刺激；传统金属电极刺激装置组将两根金属电极丝塑性后，一端浸于细胞培养基中，一端用胶带粘于培养板边框；自主设计的电刺激装置组的电极放置同正常对照组。随后，将上述3组装置平稳地放置在细胞培养箱中，将信号发生器连接到传统组(传统金属电极刺激装置组)的培养板边框上的两根金属电极丝以及设计组(自主设计的电刺激装置组)中的电刺激装置的脉冲输入接口；调节信号发生器发出4V，3Hz的直流方波，波宽5ms，持续刺激48小时。每组重复实验3次，刺激结束后收集细胞。采用Western blot法检测细胞电重构相关蛋白SERCA、SBPA1表达，并且采用化学法检测细胞应激指标，超氧化物歧化酶(SOD)含量。如图3和图4所示，设计组的SERCA、SBPA1蛋白表达量较对照组和传统组明显增多，证明根据本实用新型的一个实施方案自主设计的电刺激器更能有效的制备HL-1细胞房颤模型。

此外，图5示出了采用化学方法检测图2所述对照实验中的SOD含量的柱状图。从图5中可以看出，设计组的SOD含量较对照组和传统组明显增多，证明了根据本实用新型的一个实施方案自主设计的电刺激器更能有效地制备HL-1细胞房颤导致的应激。

本实用新型的用于培养细胞的电刺激装置因石墨片状电极与细胞培养基接触面极大且电刺激输出稳定，所以对细胞的电刺激效果优于传统手工制作的刺激装置。本实用新型的用于培养细胞的电刺激装置采用石墨材料避免了金属对培养基成分的干扰，镂空观察窗的设计有助于通过显微成像系统观察细胞的实时状态，由于片状电极的长度设置减少了细胞培养基的使用量。此外，本实用新型的电刺激装置机械强度和集成度高，不仅多个电极对可以同时使用，甚至多个电极对可以同时施加不同的电刺激进行对照实验，提高实验效率，而且其可重复使用亦降低了实验成本。

虽然在上文展示和描述了多种优选实施方案，但对本领域技术人员显而易见的是，可以在不背离所附权利要求书所定义的本实用新型范围的前提下做出修改和变化。