自动换液培养皿

1.本发明涉及类器官培养技术领域，特别涉及一种自动换液培养皿。


背景技术：

2.类器官是一种在体外发育而成的具有来源器官显微解剖特征的多细胞三维结构，类器官的工具细胞主要为组织特异性多能干细胞或前体细胞。类器官不仅可用于药物的毒性检测、药效评价和新药筛选等，用于建立疾病模型研究遗传病、传染病和癌症，还可用于精准医疗、研究组织器官发育及用于组织器官的移植和修复。
3.目前类器官的3d培养主要有如下几种模式，一是利用细胞外基质支架进行立体培养，二是无支架立体培养，利用细胞培养微环境的变化诱导细胞自发地形成组织或是类器官，三是利用人工材料进行立体培养，例如凝胶材料起到类似细胞外基质的作用，不仅可以在生长空间上对细胞给予支持，同时也可以在凝胶培养中动态地更改环境因素以操控细胞的命运走向。
4.类器官的3d培养可以采用开放孔板式培养或采取微流控芯片培养方式，孔板式培养是将类器官容纳于多孔板中开放式悬浮培养，相对操作简单，只能静态培养，能实现大通量的培养，适合药物筛选；微流控芯片培养采用封闭式灌流培养，控制较为复杂，一般用于类器官发育研究，可实现静态和动态培养。这两种方式在换液时均需要小心，避免类器官随流体排出，封闭式灌流容易引入气泡，影响培养和观察，因此对自动换液的控制和操作提出较高要求。


技术实现要素：

5.本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种自动换液培养皿。
6.为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种自动换液培养皿，包括：
7.培养板，其表面设置有沿y方向间隔布置的若干培养单元、与所述培养单元两侧连通的两废液流道以及与两废液流道均连通的废液腔，每个培养单元均包括位于中间的一个注液孔和对称设置在该培养孔两侧的两个培养孔，所有注液孔沿y方向呈一字直线排列分布且位于所述培养板的中轴线上；所述培养板的底面沿y方向开设有数量和位置与所述培养单元匹配的若干换液槽，每个换液槽均沿x方向延伸成矩形状，所述培养孔、注液孔和废液腔均上下贯通所述培养板，每一个所述培养单元中的一个注液孔和两个培养孔的底部均与一个对应位置上的换液槽连通，每一个所述培养单元中的两个培养孔的侧部均分别与两侧的两个废液流道连通；
8.培养孔盖，其包括用于配合插入所述培养孔中以进行封闭的塞柱；
9.以及底板，其密封连接在所述培养板底部。
10.优选的是，所述换液槽的宽度与培养孔直径相同。
11.优选的是，所述换液槽的深度为1
±
0.2mm，所述培养孔和注液孔的孔径均为6
±
0.2mm。
12.优选的是，所述培养孔上表面与培养板的表面齐平，所述培养孔上靠外侧的半圆下凹为台阶面，所述台阶面与侧部的废液流道相通。
13.优选的是，所述培养板沿y方向具有第一端和第二端，所述废液腔位于所述培养板的第二端；
14.所述废液流道沿y方向开设在所述培养板的表面，且所述废液流道的底面沿y方向沿展为斜面，沿所述培养板的第一端朝第二端的方向，所述废液流道的底面的高度逐渐降低，且所述废液流道的底面的最大高度不高于所述培养孔的台阶面。
15.优选的是，所述塞柱的底面低于所述台阶面。
16.优选的是，所述塞柱的直径小于所述培养孔，使得所述塞柱和培养孔之间具有小于培养孔中培养的类器官尺寸的间隙。
17.优选的是，所述培养孔盖和底板均为透明材质。
18.优选的是，每个所述塞柱上均连接有一个直径大于所述培养孔的盖帽。
19.优选的是，所有所述塞柱均连接在一块透明盖板上，形成一体式培养孔盖结构，且所述透明盖板的中部开设有用于与所述注液孔连通的注液槽。
20.本发明的有益效果是：
21.本发明提供的自动换液培养皿支持手动换液和自动换液操作，换液过程中能限制类器官随流道逸出，且支持多通道扩展功能，能够根据培养容量需求增减培养单元；
22.本发明的培养皿换液时不会将气泡引入培养液中而影响观察和培养效果，培养皿换液是从底部向上换液，相对常规换液方式更彻底，且本发明的培养皿在线换液时不影响光学观察；
23.本发明中，换液时通过调节注液流量，可以调节换液流速，从而达到静态和动态培养的效果；
24.本发明的培养皿的结构简单、制作工艺简易，成本低。
附图说明
25.图1为本发明的实施例1中的自动换液培养皿的分解结构示意图；
26.图2为本发明的实施例1中的培养板的表面结构示意图；
27.图3为本发明的实施例1中的培养板的底面结构示意图；
28.图4为本发明的实施例1中的换液槽的截面示意图；
29.图5为本发明的实施例1中的废液流道的截面示意图；
30.图6为本发明的实施例1中的培养孔盖的结构示意图；
31.图7为本发明的实施例1中的自动换液培养皿装配注液针和排液针后的结构示意图；
32.图8为本发明的实施例1中的自动换液培养皿进行换液的原理示意图；
33.图9为本发明的图8中培养孔盖处的局部放大结构示意图；
34.图10为本发明的实施例1中的自动换液培养皿进行换液的俯视方向的原理示意图；
35.图11为本发明的实施例2中的培养孔盖的结构示意图；
36.图12为本发明的实施例2中的自动换液培养皿的结构示意图。
37.附图标记说明：
38.1—培养板；10—培养单元；11—废液流道；12—废液腔；13—换液槽；100—注液孔；101—培养孔；110—斜面；1010—台阶面；
39.2—培养孔盖；20—塞柱；21—盖帽；22—透明盖板；23—注液槽；
40.3—底板；
41.4—注液针；
42.5—排液针。
具体实施方式
43.下面结合实施例对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
44.应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不排除一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。
45.实施例1
46.如图1-10所示，本实施例提供一种自动换液培养皿，包括：
47.培养板1，其表面设置有沿y方向间隔布置的若干培养单元10、与培养单元10两侧连通的两废液流道11以及与两废液流道11均连通的废液腔12，每个培养单元10均包括位于中间的一个注液孔100和对称设置在该培养孔101两侧的两个培养孔101，所有注液孔100沿y方向呈一字直线排列分布且位于培养板1的中轴线上；培养板1的底面沿y方向开设有数量和位置与培养单元10匹配的若干换液槽13，每个换液槽13均沿x方向延伸成矩形状，培养孔101、注液孔100和废液腔12均上下贯通培养板1，每一个培养单元10中的一个注液孔100和两个培养孔101的底部均与一个对应位置上的换液槽13连通，每一个培养单元10中的两个培养孔101的侧部均分别与两侧的两个废液流道11连通；
48.培养孔盖2，其包括用于配合插入培养孔101中以进行封闭的塞柱20；每个塞柱20上均连接有一个直径大于培养孔101的盖帽21，每个培养孔盖2为独立的结构，盖帽21可以搭在培养板1上表面；
49.以及底板3，其密封连接在培养板1底部。
50.本实施例中，以培养单元10的数量为4个(包括4个注液孔100和8个培养孔101，每个注液孔100对应两个培养孔101)进行了示意，需要理解的是，根据培养容量需求也可采用其他数量。
51.其中，换液槽13的宽度与培养孔101直径相同，换液槽13的深度为1mm左右，例如1
±
0.2mm，便于培养液流动。培养孔101和注液孔100的孔径接近，均为6mm左右，如6
±
0.2mm。
52.在优选的实施例中，废液腔12为长方体容器特征。
53.其中，参照图2和图4，培养孔101上表面与培养板1的表面齐平，培养孔101上靠外侧的半圆下凹为台阶面1010，台阶面1010与侧部的废液流道11相通。培养板1沿y方向具有第一端和第二端，废液腔12位于培养板1的第二端；
54.废液流道11沿y方向开设在培养板1的表面，且废液流道11的底面沿y方向沿展为斜面110，沿培养板1的第一端朝第二端的方向，废液流道11的底面的高度逐渐降低，且废液
流道11的底面的最大高度不高于培养孔101的台阶面1010。
55.其中，塞柱20的长度略大于培养孔101半圆下凹深度，使得塞柱20的底面低于台阶面1010，例如塞柱20的长度为3.2mm，培养孔101半圆下凹深度为3mm。
56.其中，塞柱20的直径小于培养孔101，使得塞柱20和培养孔101之间具有小于培养孔101中培养的类器官尺寸的间隙。
57.其中，培养孔盖2和底板3均为透明材质，例如，培养孔盖2为玻璃材质，上下通透，便于光学观察。底板3为完整平面结构且透明的玻璃或聚酯材料，便于工艺制作，底板3与培养板1可通过键合或者粘接方式进行连接。
58.其中，培养板1材料可以为pdms或透明聚酯材料，通过注塑成型。
59.其中，进行换液操作时，每个注液孔100内设置一根注液针4，以向每个培养单元10中的两个培养孔101中注入培养液，并在废液腔12内至少插入1根排液针5，以将培养废液外排。在一种实施例中，参照图8，换液原理为：
60.在进行换液操作前，在皿内预先制备好培养液，并排除内部气泡；
61.自动换液操作时，注液针4悬挂于注液孔100上口，控制外部泵经由管路将培养液注入到注液孔100，采用自由滴落缓慢注入到注液孔100内。由于培养孔101台阶面1010(即排液面)低于注液孔100上口，液体通过重力差由注液孔100挤压扩散到两侧的培养孔101内，该换液操作能有效避免气泡进入到培养孔101内，同时培养液是由下自上流动，能实现较为充分的换液；通过调节注液流量，可以调节换液流速，使流体产生对类器官的剪切力作用，从而达到静态或动态培养的效果；
62.培养孔盖2和培养孔101之间有间隙0.1mm左右，可允许培养液自由流动，培养孔盖2底面高度低于培养孔101台阶面1010 0.2mm，这样控制了培养孔101内的培养液流到废液流道11的最大间隙量，从而能避免类器官随流体排出，保证培养的有效性；类器官大小一般为0.1-0.2mm左右，也可以通过修改结构尺寸来调整流道间隙量，以适配更小或更大的类器官培养需求；
63.从培养孔101排出的废液经台阶面1010溢流进入到废液流道11，因为废液流道11底面具有斜面110特征，培养液会在重力作用下沿斜坡自然下滑流入到废液腔12内；其中，废液针悬挂于废液腔12上部，废液针的底部略高于底板3表面，如0.5mm，能保证正常排液动作不会堵塞。
64.实施例2
65.参照图11-12，本实施例提供的自动换液培养皿中，所有塞柱20均连接在一块透明盖板22上，形成一体式培养孔盖2结构，通过设置一体式培养孔盖2结构，能够更加便于培养孔101的加盖操作。且透明盖板22的中部开设有用于与注液孔100连通的注液槽23，通过注液槽23便于对注液孔100的注液操作。
66.尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节。