电刺激细胞试验装置

1.本技术涉及医疗设备技术领域，特别是涉及一种电刺激细胞试验装置。


背景技术：

2.电场或电流疗法目前已在多种疾病的治疗中广泛应用，相应的，对于电场疗法的机理研究也在不断开展，尤其是细胞层面的原理研究。针对电场刺激细胞实验的实验，例如肿瘤治疗电场细胞实验，可以采用novocure公司的inovitro系统，该系统使用特制培养皿以及适配的可调温度的培养箱，以实现电场加载及温度控制等功能。但是现有的电场试验装置所使用的电极基本固定，无法进行更换，不能满足在同一实验条件下试验不同电极材料的需要。


技术实现要素：

3.基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够对电极进行更新替换的电刺激细胞试验装置。
4.第一方面，本技术提供了一种电刺激细胞试验装置，所述装置包括细胞培养皿本体、皿架、皿盖和测试弹簧，所述皿架用于容纳所述细胞培养皿本体，所述皿盖盖设于所述细胞培养皿本体之上，所述细胞培养皿本体用于容纳培养基；
5.所述细胞培养皿本体包括底板和围绕所述底板设置的多个侧壁，各所述侧壁上设置有电极卡槽，所述电极卡槽用于卡设测试电极；
6.所述测试弹簧与所述测试电极连接和电场发生器连接，用于在所述电场发生器通过所述测试弹簧对所述测试电极供电的情况下，所述测试电极对所述培养基施加电刺激进行电刺激试验。
7.在其中一个实施例中，所述细胞培养皿本体包括固定架，所述固定架包括第一固定板和第二固定板；所述固定架设置在相邻两个侧壁的夹角处；所述第一固定板和所述相邻两个侧壁中的一个侧壁之间形成所述电极卡槽，所述第二固定板和所述相邻两个侧壁中的另一个侧壁之间形成所述电极卡槽。
8.在其中一个实施例中，所述细胞培养皿本体还包括通孔，所述通孔开设于各所述侧壁上，其中，所述通孔的最低位置高于所述底板的位置。
9.在其中一个实施例中，各所述侧壁绕所述底板形成多面体，各所述侧壁的总个数为大于等于4的偶数。
10.在其中一个实施例中，所述皿架的底部设置有第一线槽，所述皿架的侧壁上设置有第二线槽，用于通过所述第一线槽和所述第二线槽将与所述测试弹簧连接的引线与所述电场发生器连接。
11.在其中一个实施例中，所述皿架上设置有弹簧片卡槽，用于固定所述测试弹簧。
12.在其中一个实施例中，所述电刺激细胞试验装置还包括散热架，所述散热架设置于所述皿架的下方，用于控制所述培养基的温度。
13.在其中一个实施例中，所述散热架包括与所述皿架一一对应的容纳腔和第三线槽，所述第三线槽设置于所述散热架的底部；
14.所述容纳腔用于容纳散热风扇；
15.所述第三线槽，用于将与所述散热风扇连接的引线与外电路连接。
16.在其中一个实施例中，所述散热架包括出入口，用于通过控制从所述出入口流经的冷却液的温度和流速，控制所述培养基的温度。
17.在其中一个实施例中，所述皿架的底部设置有定位孔，所述散热架的顶部设置有定位柱，用于通过所述定位孔和所述定位柱对所述皿架和所述散热架进行固定。
18.上述电刺激细胞试验装置，电刺激细胞试验装置包括细胞培养皿本体、皿架、皿盖和测试弹簧，皿架用于容纳细胞培养皿本体，皿盖盖设于细胞培养皿本体之上，细胞培养皿本体用于容纳培养基；细胞培养皿本体包括底板和围绕底板设置的多个侧壁，各侧壁上设置有电极卡槽，电极卡槽用于卡设测试电极；测试弹簧与测试电极连接和电场发生器连接，用于在电场发生器通过测试弹簧对测试电极供电的情况下，测试电极对培养基施加电刺激进行电刺激试验。本技术中由于细胞培养皿本体的侧壁上设置有电极卡槽，用来卡设测试电极，而且测试弹簧与测试电极之间接触连接，可以方便随时拆卸和更换测试电极，在同一试验条件下，可以满足不同测试电极的需求。
附图说明
19.图1为一个实施例中电刺激细胞试验装置的第一结构示意图；
20.图2为一个实施例中测试弹簧的结构示意图；
21.图3为一个实施例中细胞培养皿本体的形状示意图；
22.图4为一个实施例中细胞培养皿本体的结构示意图；
23.图5为一个实施例中细胞培养皿本体的结构示意图；
24.图6为一个实施例中皿架的第一结构示意图；
25.图7为一个实施例中与测试弹簧连接的引线的连接示意图；
26.图8为一个实施例中散热架的第一结构示意图；
27.图9为一个实施例中散热架的第二结构示意图；
28.图10为一个实施例中散热风扇接口连接示意图；
29.图11为一个实施例中电刺激细胞试验装置的第二结构示意图；
30.图12为一个实施例中培养基的温度控制的流程示意图；
31.图13为一个实施例中电刺激试验的示意图；
32.图14为一个实施例中温度-电压曲线示意图；
33.图15为一个实施例中温度-功率曲线示意图。
34.附图标记说明：
35.100、电刺激细胞试验装置；
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10、细胞培养皿本体；
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20、皿架；
36.30、测试弹簧；
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101、底板；
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102、侧壁；
37.103、电极卡槽；
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104、测试电极；
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105、固定架；
38.1051、第一固定板；
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1052、第二固定板；
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106、通孔；
39.40、皿盖；
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201、第一线槽；
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202、第二线槽；
40.203、弹簧片卡槽；
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50、散热架；
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501容纳强；
41.502、散热风扇；
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503、出入口；
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504、冷却液；
42.505、定位柱；
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506、第三线槽；
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107培养基。
具体实施方式
43.为了使本技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本技术进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本技术，并不用于限定本技术。
44.在本技术的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。
45.在本技术中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本技术的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如，两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
46.在本技术中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
47.在本技术中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
48.电场或电流疗法目前已在多种疾病的治疗中广泛应用，相应的，对于电场疗法的机理研究也在不断开展，尤其是细胞层面的原理研究。针对电场刺激细胞实验，例如肿瘤治疗电场细胞实验中常用的设备为novocure公司的inovitro系统，该系统使用特制培养皿以及适配的可调温度的培养箱，以实现电场加载及温度控制等功能。现有的不论是电流刺激装置，还是电场实验装置，都是通过将电极喷涂在外面的方式得到电刺激细胞实验装置，这些装置都存在如下缺陷：所使用的电极基本固定，无法进行更换，不能满足在同一实验条件下试验不同材料电极的需要；电场实验装置采用特制培养皿，不便于直接观察细胞；电场实验装置为控制温升，需要搭配专用低温培养箱进行试验，成本较高，且温度控制不够灵活。为了解决上述技术问题，本技术提出了一种电刺激细胞实验装置。
49.图1为一个实施例中电刺激细胞试验装置的第一结构示意图，如图2所示，电刺激细胞试验装置100包括细胞培养皿本体10、皿架20、皿盖40和测试弹簧30，皿架20用于容纳细胞培养皿本体10，皿盖40盖设于细胞培养皿本体10之上，细胞培养皿本体10用于容纳培
养基；细胞培养皿本体10包括底板101和围绕底板101设置的多个侧壁，各侧壁上设置有电极卡槽103，电极卡槽103用于卡设测试电极104；测试弹簧30与测试电极104连接和电场发生器连接，用于在电场发生器通过测试弹簧30对测试电极104供电的情况下，测试电极104对培养基施加电刺激进行电刺激试验。
50.在本实施例中，电刺激细胞试验装置的形状可以为方形的，也可以为多边形的或者是圆形的，如图1所示，细胞培养皿本体带有底板101，用于容纳培养基，其侧壁的最上端有向外延伸出的挡板，四周的挡板将细胞培养皿本体10卡设在皿架20的腔体中，皿盖40盖设于细胞培养皿本体之上。可选的，还可以为在皿架20的底端设置强度较大的网格状的底板，形成带有底板的容纳腔，直接将细胞培养皿本体10放置在容纳腔中。
51.进一步地，细胞培养皿本体上10设置有电极卡槽，用来卡设测试电极，在细胞培养皿本体10和皿架20之间放置测试弹簧30，测试弹簧30的一端与测试电极104接触连接，另一端通过缠绕引线或焊接引线的方式与电场发生器连接，在电场发生器通过测试弹簧30对测试电极104供电的情况下，测试电极104对培养基施加电刺激进行电刺激试验，可在相对的两测试电极104之间产生电场，不同方向的测试电极104之间交替工作，即可产生方向实时改变的电场。可选的，可以在所有的细胞培养皿本体10中放置同一类型的测试电极104，也可以在不同的细胞培养皿本体10中放置不同的测试电极104。
52.可选的，细胞培养皿本体10可以为透明、生物相容材料，方便观察直接观察细胞。
53.可选的，测试电极104可采用金属材料、绝缘陶瓷材料等不同材料制成，例如不锈钢电极、铜电极、铂铱电极、高介电性能绝缘陶瓷电极等。
54.可选的，皿架20采用强度较高的绝缘材料。例如，采用树脂或亚克力等强度较好的材料加工制作。
55.可选的，测试弹簧30可采用铍铜材料，弹性较好，形状为中间突起的平滑过渡曲线。
56.可选的，皿盖40可以为透明材料，便于观察细胞。
57.在本实施例中，图2为一个实施例中测试弹簧的结构示意图，如图2所示，可以将测试弹簧向外突出的部分与测试电极接触连接，在测试弹簧的下端焊接引线或缠绕引线，将引线与电场发生器连接，本技术实施例只是提供一种测试弹簧可能的结构形式，并不是对测试弹簧结构的具体限制。
58.如图3所示，各侧壁绕底板形成多面体，各侧壁的总个数为大于等于4的偶数。具体地，细胞培养皿本体的形状可以为四边形的，也可以为大于等于4的偶数的多边形，例如，可以为四边形，六边形，八边形，十二边形等多种形状，相应的，用于放置细胞培养皿本体的皿架的腔体也为与之对应的大于等于4的偶数的多边形。
59.本技术实施例中，电刺激细胞试验装置包括细胞培养皿本体、皿架、皿盖和测试弹簧，皿架用于容纳细胞培养皿本体，皿盖盖设于细胞培养皿本体之上，细胞培养皿本体用于容纳培养基；细胞培养皿本体包括底板和围绕底板设置的多个侧壁，各侧壁上设置有电极卡槽，电极卡槽用于卡设测试电极；测试弹簧与测试电极连接和电场发生器连接，用于在电场发生器通过测试弹簧对测试电极供电的情况下，测试电极对培养基施加电刺激进行电刺激试验。本技术中由于细胞培养皿本体的侧壁上设置有电极卡槽，用来卡设测试电极，而且测试弹簧与测试电极之间接触连接，可以方便随时拆卸和更换测试电极，在同一试验条件
下，可以满足不同测试电极的需求。
60.图4为一个实施例中细胞培养皿本体的结构示意图，图5为另一个实施例中细胞培养皿本体的结构示意图，如图4所示，细胞培养皿本体10包括固定架105，固定架105包括第一固定板1051和第二固定板1052；固定架105设置在相邻两个侧壁102的夹角处；第一固定板1051和相邻两个侧壁102中的一个侧壁102之间形成电极卡槽103，第二固定板1052和相邻两个侧壁102中的另一个侧壁102之间形成电极卡槽103。
61.在本实施例中，如图4所示，以四边形的培养皿本体10为例进行介绍，在培养皿本体10的两个侧壁102的夹角处设置固定架105，固定架包括第一固定板1051和第二固定板1052，第一固定板1051平行于其中一个侧壁102设置，与侧壁102之间形成电极卡槽，第二固定板1052与平行于其中另一个侧壁102设置，与侧壁102之间形成电极卡槽103，将测试电极卡设在电极卡槽103中。可以按照同样的方式将固定架设置在其余三个夹角处。可选的，第一固定板1051和第二固定板1052可以为如图4所示的四边形形状，也可以为其他任意形状，本技术实施例对此不做限制。
62.进一步地，如图5所示，细胞培养皿本体10还包括通孔106，通孔106开设于各侧壁102上，其中，通孔106的最低位置高于底板的位置。
63.在本实施例中，如图5所示，细胞培养皿本体10的侧壁上还包括通孔106，方便测试弹簧与测试电极104的连接，由于细胞培养皿本体10用于容纳培养基，所以通孔106的最低位置高于底板的位置。
64.图6为一个实施例中皿架的第一结构示意图，如图6所示，皿架20的底部设置有第一线槽201，皿架20的侧壁上设置有第二线槽202，用于通过第一线槽201和第二线槽202将与测试弹簧连接的引线与电场发生器连接。可选的，如图7所示，与测试弹簧连接的引线，从侧面统一引出后与电场发生器连接。
65.在本实施例中，皿架20的底部设置有第一线槽201，皿架20的侧壁上设置有第二线槽202，与测试弹簧连接的引线从皿架20的第一线槽201引出至侧面，从侧壁上的第二线槽202引出与电场发生器连接。
66.进一步地，皿架上设置有弹簧片卡槽203，用于固定测试弹簧。
67.在本实施例中，如图6所示，皿架上设置有弹簧片卡槽203，用于固定测试弹簧，测试弹簧与细胞培养皿本体的测试电极通过弹力压接相连。
68.图8为一个实施例中散热架的第一结构示意图，如图8所示，电刺激细胞试验装置还包括散热架50，散热架50设置于皿架的下方，用于控制培养基的温度。皿架的底部设置有定位孔，散热架50的顶部设置有定位柱505，用于通过定位孔和定位柱505对皿架和散热架50进行固定。
69.在本实施例中，如上述图8所示，皿架的底部设置有定位孔，散热架50的顶部设置有定位柱505，通过定位孔和定位柱505对皿架和散热架50进行固定，将散热架50设置于皿架的正下方，利用散热架50对设置于细胞培养皿本体中的培养基进行降温，控制培养基的温度，达到恒温的目的。
70.可选的，皿架的底部的定位孔以及散热架50的顶部的定位柱505具体设置的位置、数目可以根据实际情况确定，本技术实施例对此不做限制。
71.对于散热架的具体设置，本技术实施例提供了以下两种散热架的结构示意图：
72.图9为一个实施例中散热架的第二结构示意图，如图9所示，散热架50包括与皿架一一对应的容纳腔501和第三线槽506，第三线槽506设置于散热架的底部，容纳腔501用于容纳散热风扇502；第三线槽506，用于将与散热风扇502连接的引线与外电路连接。
73.在本实施例中，如图9所示，散热架50包括与皿架一一对应的容纳腔501，散热架50的底部包括第三线槽506，将散热风扇502放置在容纳腔501中，与散热风扇502连接的引线通过第三线槽506统一引出，集成后与外电路连接，在进行电刺激细胞试验时，通过散热风扇502进行降温，控制培养基的温度。可选的，如图10所示，通过直流电源给散热风扇进行供电。
74.可选的，与散热风扇502连接的引线可以与外电路连接，也可以和电场发生器连接，通过电场发生器控制细胞培养皿本体中培养基的温度。
75.进一步地，散热风扇502与细胞培养皿本体的底板、散热片、散热凝胶等连接，利用散热风扇502进行降温时，可以将散热风扇502功率与细胞培养皿本体中电场发热功率相匹配，可通过实验前标定，绑定电场输出与散热输出，也可实验中实时测定细胞培养皿本体中培养基的温度，进而调整散热风扇502的功率。
76.图11为一个实施例中电刺激细胞试验装置的第二结构示意图，如图11所示，散热架50包括出入口503，用于通过控制从出入口503流经的冷却液504的温度和流速，控制培养基107的温度。
77.在本实施例中，如图11所示，散热架50包括出入口503，散热架50中装有冷却液504，细胞培养皿本体10安装在皿架20上，皿架20整体放置在散热架50上，细胞培养皿本体10底部的培养基107部分浸入冷却液504中，通过控制流经出入口503的冷却液504的温度和流速，控制实验中培养基107的温度，以此达到恒温的目的。
78.在一个实施例中，利用散热风扇控制培养基的温度的流程示意图如图12所示，试验中对培养皿中的温度进行实时监测，如果培养液温度高于设定温度，散热风扇则启动工作开始散热，直至温度降到设定温度以下。
79.如图13所示，通过电场发生器对测试电极供电，测试电极对培养基施加电刺激进行电刺激试验。试验前对不同测试电极的发热情况进行测定，测得加载不同电压对应培养基的温升情况如图14所示，散热风扇的功率与对应培养基的温升情况如图15所示，根据图14所示的温升-加载电压曲线，图15所示的温升-功率曲线，在固定试验条件下，可将实验输出电压与散热风扇的功率进行标定，采用档位制输出，每一档输出的电压与散热风扇不同的功率一一对应，从而实现简便的协调温控方案。
80.以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
81.以上所述实施例仅表达了本技术的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本技术专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本技术的保护范围。因此，本技术的保护范围应以所附权利要求为准。