一种多功能可原位监测的离体三维神经组织培养装置

本发明属于离体三维神经组织培养以及原位监测，涉及一种多功能可原位监测的离体三维神经组织培养装置。

背景技术：

1、构建相关模型已成为神经科学研究的一种重要科研手段。一般模型构建分为体内模型和体外模型。但是体内模型通常需要动物实验，涉及伦理和动物权益问题，在某些情况下受到法律法规的限制，限制了研究的深入和发展，而且建立和维护神经组织体内模型的成本高昂，且需要较长时间来培养和观察神经组织的变化，限制了研究的规模和速度。除此之外，体内模型很难控制各种外部因素的影响，如代谢产物、免疫反应等，导致实验结果的可重复性和解释性受到影响。综合考虑以上局限性，研究人员在神经科学领域逐渐转向体外模型以弥补体内模型的局限性并推动神经科学研究的发展。

2、对于体外模型，长期培养离体三维神经组织是至关重要的。相比于二维模型难以概括三维(3d)活组织的结构和功能，离体三维培养神经组织可更好地用于探究神经细胞的生理活动、神经信号传导机制以及神经网络的形成和功能，为神经科学研究提供重要的实验数据和理论支持。除此之外，体外三维培养神经组织还可为研究神经发育的过程提供了独特的平台，可以观察神经元的生长、分化和连接形成等过程，有助于揭示神经系统发育的规律。同时，通过体外三维培养神经组织，研究人员可以模拟多种神经系统疾病的发生机制，如神经退行性疾病、脑损伤和癫痫等，同时可以用于药物筛选和疗效评估，加速新药开发的过程等。

3、现有的离体三维神经组织培养装置，药物或试剂加入上无法提供有效的机制来控制药物加入和监测药物在离体三维神经组织中的效应，这会限制研究人员进行药物筛选和神经药理学研究，难以更好地理解药物对神经系统的影响；在光遗传方面缺乏对光遗传操作的支持，现有装置设计难以精准可控的进行光刺激，导致体外光遗传研究不能高效进展；电信号采集方面，现有装置无法实现高精度可调节的神经信号检测和记录，神经信号检测结果不稳定对各种相关实验结果都会产生负面影响；温度调节方面，现有装置无法做到稳定的控制温度，加热或制冷不均会干扰实验结果并影响研究的可重复性且现有装置温度控制并不能配合其他研究。除此之外，现有离体三维神经组织培养装置功能单一且由于测试需要频繁操作装置，影响神经细胞生长和神经活动发生，存在许多局限性，无法实现多功能性的神经组织研究，限制了体外模型的发展。

4、因此，为了更好地支持神经科学研究和神经药理学领域的发展，有必要研发一种新型的装置，能够集成多种功能，提高神经信号检测的效果和研究的全面性。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供一种多功能可原位监测的离体三维神经组织培养装置，其具有可进行培养液体交换，长期自动、可控的药物或试剂注入，可对三维神经组织进行光遗传反应研究以及生理和药理电信号表征原位监测，可进行稳定温度控制，能探索低温疗法和配合温度敏感药物的特点。

2、为了解决上述问题，本发明的实施例提供了一种多功能可原位监测的离体三维神经组织培养装置，其特殊之处在于：

3、包括箱体、箱体盖和箱体底座，所述箱体底座上设置有细胞培养槽；

4、所述箱体盖上设置有移动机构，所述移动机构下方连接移动平台，所述移动平台与电极固定平台连接，电极固定在电极固定平台上，移动机构带动移动平台、电极固定平台移动，实现电极在三维空间内移动；

5、所述箱体侧壁上开有换液流道，换液流道的换液进液口与箱体外壁上的加液箱相连通，所述加液箱的入口通过密封塞密封；

6、所述箱体底座上设有排液管，所述排液管出口处设有密封结构；

7、所述箱体的一侧加工有微流道，所述微流道下方出口与所述箱体内腔相通，微流道入口处与在箱体外侧的液体储存箱相连；

8、所述箱体内部还设有多组光导纤维，位于培养的神经组织周围，所述光导纤维同箱体盖上侧的发光二极管连接；

9、所述的箱体内腔的安装有温度传感器，且有一组制冷片和一组加热片设置于箱体底座中。

10、在一些实施例中，所述箱体盖上侧设有运动控制器，运动控制器控制移动机构带动电极三维空间内移动。

11、在一些实施例中，所述液体储存箱出液口与液体控制阀进液口连接，所述液体控制阀出液口通过管道与所述微流道上方入口连通，所述液体控制阀与第二时间开关经导线连接。

12、在一些实施例中，所述多组光导纤维分布于细胞培养槽周围，光导纤维的上部固定安装在箱体盖上加工预留的孔中，光导纤维上端同发光二极管连接，所述发光二极管经导线与盖子上侧对应的第一时间开关连接。

13、在一些实施例中，所述电极固定平台与移动平台可拆卸连接，例如螺纹连接方式，电极固定平台可根据选用的神经电极形状进行个性化设计。

14、在一些实施例中，所述箱体底座上设有温控器，所述温控器分别与温度传感器、制冷片和加热片相连。

15、在一些实施例中，所述箱体底座可选择导热性能良好的材料进行加工制作，使温度控制更为优良稳定，如硅胶、玻璃、聚二甲基硅氧烷和聚乳酸等材料。

16、在一些实施例中，所述排液管出口处的密封结构包括密封螺柱，排液管出口处设有用于与密封螺柱配合的螺纹结构。

17、与现有技术相比，本发明的多功能可原位监测的离体三维神经组织培养装置至少具有下列有益效果：

18、该装置具有换液流道，用于进行培养液体的交换，操作简单且无需打开盖子确保细胞培养环境的稳定和可控；装置采用微流道结构并配有液体控制阀和时间开关，可实现长期自动、可控的外界药物或试剂注入，无需过多人工操作，操作简单，可控性强，不暴露细胞影响其生长，为神经细胞研究提供了更灵活的选择和操作手段；装置设计了光学刺激系统，包括时间开关控制的多组发光二极管，发光二极管连接光导纤维，可进行可控光学刺激用于研究神经细胞的光遗传反应；该装置还包括位置三维可调控的可灵活设计的电极固定平台固定测量电极和刺激电极，可对三维神经组织进行生理和药理电信号表征原位监测，能适应多种神经电极，同时提高了电信号测量的精度和准确性，有助于长期监测神经细胞电信号活动；除此之外，装置集成了实时温度传感器、温控器和半导体片，可保证培养装置内腔温度的实时监控和稳定控制，可探索低温疗法以及可调控温度来观测温度敏感药物对神经细胞的影响，为研究提供了更为全面的技术支持；该发明的多功能可原位监测的离体三维神经组织长期培养装置旨在弥补传统装置的不足，提供了更全面、多维度、灵活的研究技术条件并具有较高的自动化程度，可进行复杂的交叉配合研究，推动神经生物学研究的发展和创新。

19、上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。

技术特征：

1.一种多功能可原位监测的离体三维神经组织培养装置，其特征在于：

2.根据权利要求1所述的多功能可原位监测的离体三维神经组织培养装置，其特征在于：

3.根据权利要求1所述的多功能可原位监测的离体三维神经组织培养装置，其特征在于：

4.根据权利要求1所述的多功能可原位监测的离体三维神经组织培养装置，其特征在于：

5.根据权利要求1-4任一所述的多功能可原位监测的离体三维神经组织培养装置，其特征在于：

6.根据权利要求1-4任一所述的多功能可原位监测的离体三维神经组织培养装置，其特征在于：

7.根据权利要求1-4任一所述的多功能可原位监测的离体三维神经组织培养装置，其特征在于：

8.根据权利要求1-4任一所述的多功能可原位监测的离体三维神经组织培养装置，其特征在于：

技术总结
本发明公开了一种多功能可原位监测的离体三维神经组织培养装置，包括箱体、箱体盖和箱体底座，箱体盖上设置有移动机构，移动机构带动电极在三维空间内移动；箱体侧壁上开有换液流道，其与加液箱相连通；箱体底座上设有排液管；箱体的微流道下方出口与箱体内腔相通，微流道入口处与液体储存箱相连；箱体内部设有光导纤维，同箱体盖上侧的发光二极管连接；箱体内腔的安装有温度传感器，且有制冷片和加热片设置于箱体底座中。本发明具有可进行培养液体交换，长期自动、可控的药物或试剂注入，可对三维神经组织进行光遗传反应研究以及生理和药理电信号表征原位监测，可进行稳定温度控制，能探索低温疗法和配合温度敏感药物的特点。

技术研发人员：王玲,高宇飞,白路歌,张晨蕊,李涤尘
受保护的技术使用者：西安交通大学
技术研发日：
技术公布日：2024/8/13