一种用于测量机械应力的细胞鼓电极装置的制作方法

本发明涉及一种用于测量机械应力的细胞鼓(celldrum)电极装置。

背景技术：

在药房内，有必要测试物质的效果。可以通过几种方式进行测试，包括将物质应用于动物。

值得注意的是，在德国，某些疾病如高血压和心血管疾病具有最大的风险，预计在未来30年内，病例数将增加100％以上。

测试本身非常昂贵。

在过去，已经开发出新的方法，减少了用于测试的动物的数量。

此类方法例如从wo2002018937a1中已知。使用所谓的细胞鼓。细胞鼓是由生物层覆盖的膜。当生物层经受某些待测试的试剂时，生物层的细胞受到应力，从而向膜施加力，从而诱导其变形/弯曲。通过激光测量膜本身的变形/弯曲。

本领域已知的其他方法描述了细胞膜片起皱，其中相当不柔韧的膜在受到试剂作用时通过施加的力起皱。

另外，已知测量单个细胞的拉伸强度的方法。

然而，作为药学/毒理学中的有意义测试，通常需要平行进行多次测量以便能够处理可接受量的试样。

到目前为止，只有基于上述激光技术的方法才能精确测量细胞在膜上施加的力。

这些激光测量系统所涉及的成本非常高，因此可能无法进行平行测量。然而，多个细胞的顺序测量也是不可行的，因为精确测量可能仅由于精确对准而执行，这是耗时的。

此外，上述技术中的一些仅允许测量变形，并且一些上述技术容易出错，因为外围条件可能极大地影响测量。

即已知技术可以允许以至少另一种性质为代价实现某些性质，诸如精度、再现性、灵敏度、速度、成本。

从这种情况下出发，本发明的一个目的是提供一种新的测试系统，能够更快且低成本的得到测试结果。

技术实现要素：

本发明的目的是通过一种用于测量机械应力的细胞鼓电极装置来实现的。细胞鼓电极装置包括机械支架和非导电膜。膜在其圆周处至少部分地固定到机械支架上，当膜可能由于作用在膜上的力而弯曲和/或拉伸时将膜固定在适当的位置。

机械支架和膜形成容器，由此容器内的膜包括粘附在可变形膜上的生物材料的细胞膜化合物层，其响应于试剂的刺激可以对膜施加机械应力，使得膜弯曲阶段发生变化。

容器可以填充有电解质，由此布置电触点，当填充到容器中时允许接触所述电解质，由此在膜的预先固定的几何形状内布置电极，由此电极相对于电触点以及电解质电绝缘，由此可以将由于试剂引起的机械应力测量为电容的变化。

其他有利实施例均隶属于从属权利要求。

附图说明

在下文中将参考附图。在这些附图中，

图1示出根据本发明的细胞鼓电极的实施方案的设置，

图2示出用根据本发明的细胞鼓电极进行的测量，以及

图3示出用根据本发明的细胞鼓电极进行的进一步测量。

具体实施方式

本公开参考附图描述了优选实施例，其中相同的附图标记表示相同或相似的元件。在整个说明书中对“一个实施例”、“实施例”或类似语言的引用意味着结合该实施例描述的特定特征、结构或特性包括在本发明的至少一个实施例中。因此，在整个说明书中出现的短语“在一个实施例中”，“在实施例中”和类似语言可以但不是必须全部指代相同的实施例。

所描述的本发明的特征、结构或特性可以在一个或多个实施例中以任何合适的方式组合。在说明书中，叙述了许多具体细节以提供对本发明实施例的透彻理解。

即，除非另有说明，否则在另一个实施例中也可以仅使用实施例的任何特征。

另外，即使在某些情况下将参考单个实体描述某些特征，但是这样的描述仅用于说明目的，并且本发明的实际植入还可以包括这些实体中的一个或多个。即除非另有说明，否则单数的使用也包括多个实体。

现在将参考附图描述示例性实施例。

在图中示意性地示出了用于测量机械应力的细胞鼓电极装置。细胞鼓电极装置尤其包括机械支架1和非导电膜4。

膜4在其圆周处至少部分地固定到机械支架1上，当膜4可能由于作用在膜4上的力而弯曲时将膜4保持在适当位置。

机械支架1和膜4形成容器。容器可以填充有包含待测试剂在内的液体。

容器内的膜1包括粘附在可变形的非导电膜4上的生物材料的细胞膜化合物层3，其响应于试剂的刺激可以对膜4施加机械应力，使得膜弯曲阶段发生变化。即在由生物材料的细胞膜化合物层3施加额外的应力之前，膜可能已经弯曲。因此，可以测量弯曲状态的变化，该变化是在施加到粘附在可变形的非导电膜4上的生物材料的细胞膜化合物层3时由试剂引起的。

由机械支架1和膜4形成的容器可以填充有电解质。

布置电触点2，允许在填充到容器中时接触所述电解质，由此在膜4的预先固定的几何形状内布置电极7，由此电极7相对于电触点2以及所述电解质电绝缘，由此可以将由于试剂引起的机械应力测量为电容的变化。

即膜4和电极7形成电容器的极板。该电容器的电容尤其由极板的尺寸和它们彼此的距离以及极板之间的介质的电敏感性决定限定。由于极板的膜可能弯曲，电容器的电容将立即改变。因此，电容的直接或间接测量可立即响应。这也可以理解为电场测量。

在本发明的一个实施例中，电容器可以与电感8一起布置，从而形成可调振荡电路。即可以测量电容的变化作为频移，例如通过微控制器11测量。应注意，术语微控制器不是限制性的，并且可以替代使用类似的装置，诸如配备有相应的存储器的微处理器和/或现场可编程门阵列(fpga)、片上系统(soc)等。

在本发明的另一实施例中，膜4和电极7之间的空间可以填充有预定量的导电流体。借助于导电流体，可以调整电容器极板的总距离。因此，当遇到细胞力引起的整体弯曲相当小的情况下，可以通过最小化总距离来调节电容从而分别增加灵敏度。

在本发明的另一个实施例中，可以调整电解质和/或容器内部的温度。通过调节温度，可以诱导或抑制某些试剂以及加速或减缓试剂与粘附在可变形的非导电膜4上的生物材料的细胞膜化合物层3的相互作用。

在本发明的另一个实施例中，可以调整电解质和/或容器内部的压力。通过调节压力，可以诱导或抑制某些试剂以及加速或减缓试剂与粘附在可变形的非导电膜4上的生物材料的细胞膜化合物层3的相互作用。还可以对该装置进行消毒。因此，可以预见到提供泵9和压力传感器10，且两者都可连接到如上所述的微控制器11。

在本发明的另一个实施例中，可以调整容器内部的气态组合物。通过调整气态组合物，可以诱导或抑制某些试剂以及加速或减缓试剂与粘附在可变形膜4上的生物材料的细胞膜化合物层3的相互作用。还可以对该装置进行消毒。因此，可以预见到提供泵9和压力传感器10，且两者都可连接到如上所述的微控制器11。

在本发明的另一个实施例中，膜将通过抵抗膜上的细胞弯曲力的外部压力额外地弯曲，这可以模拟高“血压”情况。

在本发明的另一个实施例中，能够快速测量所述膜的弯曲对时间的函数关系，以实现药物作用的时间恒定测量等。

例如在图2中，示出了根据本发明的4种不同的细胞鼓电极装置内的心肌细胞的搏动幅度。其中以hz表示的纵坐标是膜4的位移/弯曲的量度，而以s表示的横坐标是相应的经过的时间。

在图3中，示出了根据本发明的细胞鼓电极装置内的心肌细胞单层搏动幅度。有不同的探针用浓度增加的物质sbayk8466处理。各个浓度显示在信号的右侧。同样，以hz表示的纵坐标是膜4的位移/弯曲的量度，而以s表示的横坐标是相应的经过的时间。

粘附在可变形的非导电膜4上的生物材料的细胞膜化合物层3可包含心肌细胞，特别是单层心肌细胞。心肌细胞可以源自干细胞。

本发明的装置允许直接测量心肌细胞的收缩力。因此，当测试新物质时，该装置具有特别的价值，这些物质制造了极其昂贵的测量装置，例如langendorff灌注心脏。

细胞力是机械力，源自细胞并直接或通过分泌的细胞基质转移到其他细胞(细胞间)或底物(诸如膜4)。

膜4或其与细胞接触的表面可以是天然的或人造的。与机械支架1之间的整体尺寸相比，膜4以及粘附在可变形的非导电膜4上的生物材料的细胞膜化合物层3可以相当薄。

借助于本发明，甚至可以测量随时间由生物材料的细胞膜化合物层3施加到膜4上的小的横向拉力。这些力通过其周边的固定作用到机械支架1上，从而使膜4弯曲。在测量过程中可以接近细胞膜化合物层或生物材料层3。因此，可以容易地应用诸如化学化合物或药理学物质的试剂，并且还可以改变周围条件。

由于该装置相当便宜，人们可以容易地平行提供多种装置，允许在不同条件下平行测量不同浓度的物质。

该装置可以由微控制器11控制，并且还可以通过膜4的弯曲变化的直接或间接测量来提供数据12。

因此，该系统也可以是完全自动化的。此外，该装置也可以在co2气氛中和任何种类的环境温度下保存。

由于该装置允许小型装置，因此待测物质的量可保持在最小水平。这是特别有价值的，因为需测试的许多物质非常昂贵。