CN116496904A - 细胞培养单元、装置、应用以及培养方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开一种细胞细胞培养单元、装置、应用以及培养方法，其中，细胞培养单元包括基体，基体内形成有培养腔、储液腔以及流道腔，且，培养腔和储液腔于基体的顶部具有敞口，流道腔的两端分别连通培养腔和储液腔，流道腔包括与储液腔连通的第一端口部和与培养腔连通的第二端口部，流道腔还于第一端口部和第二端口部之间形成有缩口部，缩口部的开口面积均小于第一端口部和第二端口部的开口面积。本申请技术方案能够避免流速过快造成对生物样本的冲击，导致液态凝胶内的细胞被培养基冲散，增加培养基浸润生物样本的时间，以充分浸润生物样本，进而能够提高最终获得的细胞模型的模拟程度以及提高培养的成功率。

Description

细胞培养单元、装置、应用以及培养方法

技术领域

本申请涉及细胞培养技术领域，特别涉及一种细胞培养单元、装置、应用以及培养方法。

背景技术

三维细胞模型例如类器官、体外三维器官模型可以模拟人体内具有一定功能的生物组织，在疾病药物的响应、组织功能的分子机制、信号通路等研究中具有较大优势。与传统的二维细胞培养方法相比，三维细胞模型的培养可以更好地模拟体内器官的功能特点。然而，在相关技术中，在进行细胞培养过程时，培养基对培养对象的培养效果较差，导致最终成型的细胞模型模拟效果较差。

发明内容

本申请实施例提供一种细胞培养单元、装置、应用以及培养方法，能够实现得到模拟效果较好的细胞模型(例如类器官、体外三维器官模型等)且提高培养成功率。

第一方面，本申请实施例提供了一种细胞培养单元，该细胞培养单元包括基体，内形成有培养腔、储液腔以及流道腔，且，所述培养腔和所述储液腔于所述基体的顶部具有敞口，所述流道腔的两端分别连通所述培养腔和所述储液腔；

所述流道腔包括与所述储液腔连通的第一端口部和与所述培养腔连通的第二端口部，所述流道腔还于所述第一端口部和所述第二端口部之间形成有缩口部，所述缩口部的开口面积均小于所述第一端口部和所述第二端口部的开口面积。

基于本申请实施例的细胞培养单元，通过采用在流道腔内的第一端口部和第二端口部之间形成有缩口部，且缩口部的开口面积均小于第一端口部和第二端口部的开口面积，使得相同体量的培养基流经流道腔的缩口部后，其自身的流速能够降低变缓，从而可以能够避免流速过快造成对生物样本的冲击，导致液态凝胶内的细胞被培养基冲散，增加培养基浸润生物样本的时间，以充分浸润生物样本，进而能够提高最终获得的细胞模型的模拟程度以及提高培养的成功率。

在其中一些实施例中，在水平方向上，所述缩口部的宽度均小于所述第一端口部和所述第二端口部的宽度。

在其中一些实施例中，所述流道腔包括第一腔道段，所述第一腔道段连通所述第一端口部和所述缩口部；

在所述储液腔至所述流道腔的方向上，所述第一腔道段在水平方向上的宽度逐渐变小。

在其中一些实施例中，所述流道腔还包括第二腔道段，所述第二腔道段连通所述缩口部和所述第二端口部；

在所述储液腔至所述流道腔的方向上，所述第二腔道段在水平方向上的宽度逐渐变大。

在其中一些实施例中，所述培养腔包括第一腔底壁，所述流道腔包括由所述第一端口部延伸至所述第二端口部的第二腔底壁，其中，在所述基体的高度方向上，所述第一腔底壁与所述第二腔底壁具有高度差，且所述第一腔底壁低于所述第二腔底壁。

在其中一些实施例中，所述基体包括培养层和储液层，所述储液层盖设于所述培养层，所述储液层内形成有分别具有所述敞口的第一流道和第二流道；

所述培养层靠近所述储液层的表面凹陷形成有相连通的第一凹槽、第二凹槽以及第三凹槽，所述第一流道与所述第一凹槽相连通构成所述培养腔，所述第二流道与所述第二凹槽相连通构成所述储液腔，所述储液层的下表面与所述第三凹槽配合形成所述流道腔，所述第一凹槽的槽底壁形成为所述第一腔底壁，所述第三凹槽的槽底壁形成为所述第二腔底壁；

所述第一凹槽还包括槽侧壁，所述槽侧壁环绕在所述第一腔底壁外侧，并具有与所述第一腔底壁相交的下边缘和与所述第二腔底壁相交的上边缘，所述上边缘与所述第二腔底壁共面设置，且，所述上边缘与所述第二腔底壁相交部分为弧形构造。

在其中一些实施例中，所述上边缘位于水平面上的投影位于所述下边缘位于水平面上的投影的外侧。

在其中一些实施例中，所述槽侧壁为弧面，且，所述上边缘和所述下边缘与竖直切面相交的交点的连接线与水平面之间的夹角大于0度且小于90度；

或者，所述槽侧壁为倾斜面，所述槽侧壁与水平面之间的夹角大于0度且小于90度。

在其中一些实施例中，所述细胞培养单元还包括分隔膜，所述分隔膜覆盖于至少部分所述第一流道的侧壁上。

在其中一些实施例中，所述储液腔包括第三腔底壁，所述第三腔底壁与所述第二腔底壁共面设置。

在其中一些实施例中，所述储液腔的数量为两个，所述流道腔的数量为两个，在所述储液腔至所述培养腔的流动方向上，两个所述储液腔呈对称设置，且所述培养腔位于两个所述储液腔之间，两个所述储液腔与两个所述流道腔一一对应。

第二方面，本申请实施例提供了一种细胞培养装置，包括多个如上所述的细胞培养单元，所述多个细胞培养单元呈阵列排布。

第三方面，本申请实施例提供了一种细胞培养方法，应用于如上所述的细胞培养装置，包括以下步骤：

将生物样本注入至细胞培养单元的培养腔内；

向所述细胞培养单元的储液腔加入培养基，并使得所述培养基浸润所述生物样本；

对细胞培养装置进行摆动调节，以动态培养所述生物样本后获得体外三维生物模型。

第四方面，本申请实施例提供了一种如上所述的细胞培养装置在细胞模型培养及药物分析中的应用。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本申请细胞培养装置一实施例的结构示意图；

图2为图1中细胞培养装置的细胞培养单元一实施例的结构示意图；

图3为图2中细胞培养单元的分解示意图；

图4为图3中细胞培养单元的基体的培养层的分解示意图；

图5为图4所示A处的局部放大图；

图6为图2中细胞培养单元一实施例的剖面图；

图7为图2中细胞培养单元另一实施例的剖面图；

图8为图4中细胞培养单元的培养腔的部分结构图；

图9为本申请细胞培养方法一实施例的流程示意图。

附图标号说明：

100、细胞培养单元；10、基体；10a、培养腔；10b、储液腔；10c、流道腔；10d、第一端口部；10e、第二端口部；10f、缩口部；10g、第一腔道段；10h、第二腔道段；11、培养层；11a、第一凹槽；11b、第一腔底壁；11c、槽侧壁；11d、上边缘；11e、下边缘；11f、第二凹槽；11g、第三腔底壁；11h、第三凹槽；11i、第二腔底壁；13、储液层；13a、第一流道；13b、第二流道；30、分隔膜；300、细胞培养装置；500、细胞模型；600、竖直切面；700、连接线。

本申请目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下部将结合附图对本申请实施例方式作进一步地详细描述。

下部的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。相反，它们仅是如所附权利要求书中所详述的、本申请的一些方部相一致的装置和方法的例子。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。此外，在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”是指两个或两个以上。“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

请参阅图1至图2，本申请的一方面提出了一种细胞培养装置300，该细胞培养装置300包括外壳和多个细胞培养单元100，外壳内形成有容纳腔，多个细胞培养单元100收容在容纳腔内，并呈阵列排布。

其中，多个细胞培养单元100可以呈M列*N行排布，其中，M表示每一行中的细胞培养单元100的数量，N表示每一列中的细胞培养单元100的数量，M≥1，N≥1，M和N为整数且M和N不同时为1。在位于同一行的多个细胞培养单元100中，前一细胞培养单元100的敞口与后一细胞培养单元100的敞口的间距可采用自动化移液器预设通道间距(例如9毫米)，在位于同一列的多个细胞培养单元100中，相邻细胞培养单元100的两个敞口的间距或者两个敞口的间距也可以采用自动化移液器预设通道间距(例如9毫米)。

该细胞培养装置300中细胞培养单元100的数量例如可以是64个、80个、96个、112个或者128个等，以实现高通量要求。作为示例，如图1所示，细胞培养装置300包括128个细胞培养单元100，该128个细胞培养单元100呈16行*8列的方式排布，并且当细胞培养单元100的数量为128个时，能够适配市场上大多的成像设备和液体控制系统，使得细胞培养装置300的通用性更广。成像设备上一般配置有夹具，以适配不同形状的待观察容器，传统标准孔板是常用的细胞培养板，一般的成像设备的夹具与标准孔板的尺寸适配。而本申请的细胞培养单元100外形与传统的标准孔板尺寸大小一致，因此能够适配与之相适应的夹具，也即。其中，液体控制系统可以用于对生物样本进行自动移液处理，例如通过移液枪的自动控制实现移液处理，其中，生物样本可以为含有生物样本的水性介质或者含有生物样本的液态凝胶。而为了方便解释，下文中以生物样本为含有生物样本的液态凝胶进行描述。

为了使得最终获得的细胞模型500的模拟效果较佳以及提高培养成功的效果，本申请着重对细胞培养单元100进行了改进，请参阅图3至图5，在本申请实施例中，该细胞培养单元100包括基体10。

在一实施例中，基体10包括培养层11和储液层13，储液层13盖设于培养层11，也即，培养层11与储液层13可以是以热压、超声波、激光等组装方式完成两者的连接，如此设计能够有效降低基体10的加工难度。或者，基体10的培养层11和储液层13可以是通过3D打印技术一体成型。

请参阅图3至图5，储液层13内形成有分别具有敞口的第一流道13a和第二流道13b，培养层11靠近培养层11的表面凹陷形成有相连通的第一凹槽11a、第二凹槽11f以及第三凹槽11h，第一流道13a与第一凹槽11a相连通构成培养腔10a，第二流道13b与第二凹槽11f相连通构成储液腔10b，储液层13的下表面与第三凹槽11h配合形成流道腔10c。如此，可以通过第一流道13a的敞口注入含有生物样本的液态凝胶，以使液态凝胶进入至培养腔10a内，且可以通过第二流道13b的敞口注入培养基、药物或者加入药物的培养基，使其流向储液腔10b后能够通过流道腔10c流入培养腔10a以浸没生物样本(含有生物样本的水性介质或者含有生物样本的液态凝胶)。具体地，培养基可以是为生物样本提供营养物质的营养基质，药物可以作用于生物样本。其中，生物样本可以但不仅限于包括细胞、肿瘤组织、类器官等，为类器官时，具体可以为结肠癌类器官、肺癌类器官、胃癌类器官或者乳腺癌类器官等等。需要说明的是，液态凝胶以及培养基的添加方式可为无泵式重力驱动，也可以使用外置蠕动泵、注射泵等装置驱动液态凝胶以及培养基流动，以提供细胞所需的生长环境。

其中，基体10的储液层13和培养层11的制备材料可以但不仅限于包括玻璃、塑料或者PDMS(polydimethylsiloxane，聚二甲基硅氧烷)等。通过合理地选择基体10的储液层13和培养层11的制备材料，使得该细胞培养单元100能够拥有良好的生物亲和性。这里对基体10的储液层13和培养层11的具体形状不做限定，设计人员可根据实际需要进行合理设计，例如，基体10的储液层13和培养层11可以呈矩形板状结构。

可以理解的，在基体10设置为培养层11和储液层13两部分结构的情况下，具有能够将培养层11和储液层13的其中之任一进行替换配套的优点。当然，本申请的基体10也可以是单独设置为一个整体的板状结构，也即培养层11和储液层13是一个整体形式，这样制造工艺上可以简化。接下来的内容还是以基体10设置为培养层11和储液层13两部分的形式，对本申请能提高最终获得的细胞模型500的模拟效果的情况进行进一步阐述。

培养腔10a由第一腔底壁11b、第一凹槽11a的腔侧壁11c以及第一流道13a的侧壁围设而成，且第一凹槽11a的槽底壁形成为第一腔底壁11b，第一凹槽11a由槽侧壁11c和槽底壁围设而成，槽侧壁11c环绕在第一腔底壁11b外侧，流道腔10c由其自身的腔侧壁和第二腔底壁11i围设而成，储液腔10b由其自身腔侧壁和第三腔底壁11g围设而成。其中，槽侧壁11c具有与第一腔底壁11b相交的下边缘11e和与第二腔底壁11i相交的上边缘11d。第三凹槽11h的槽底壁形成为第二腔底壁11i。第二凹槽11f的槽底壁形成为第三腔底壁11g。具体地，培养腔10a在基体10的高度方向所在的横截面的形状可以是方形、圆形或者三角形等等，储液腔10b的储液主腔在基体10的高度方向所在的横截面的形状也可以是方形、圆形或者三角形等等，对此均不作限定，当培养腔10a和储液腔10b的储液主腔的横截面形状为圆形时，相较于为方形而言，可以减少其自身拐角处残留有培养基，以保证培养基的流动性。

储液腔10b的数量为两个，流道腔10c的数量为两个，在储液腔10b至培养腔10a的流动方向上，两个储液腔10b呈对称设置，且，培养腔10a位于两个储液腔10b之间，两个储液腔10b与两个流道腔10c一一对应。这样设置下，可以对细胞培养装置300进行摆动，此时在摆动下，培养基可以在两个储液腔10b之间进行来回移动，通过产生流体剪切力、机械应力、生化浓度梯度等理化刺激实现动态培养，展现更真实的生理学功能的同时；可以更好地实现培养基与液态凝胶之间的物质交换，且可以将液态凝胶中的生物样本的排泄物带走，更能模拟出真实的细胞环境。当然，根据培养的具体需求，储液腔10b的数量还可以是三个、四个或者五个等等，示范性地，当储液腔10b的数量为三个时，可以是通过其中两个储液腔10b以实现培养基在两个储液腔10b之间进行来回移动的形式，而剩余一个储液腔10b可以是通过加入与上述两个储液腔10b内的培养基类型不同的培养基，以满足多种不同类型的培养基内对细胞的生长所需的营养物质的需求，培养腔10a的数量还可以是两个、三个或者四个等等，对此不作限定。

在一实施例中，该细胞培养单元100还包括分隔膜30，分隔膜30覆盖于至少部分第一流道13a的侧壁上。如此，可以通过分隔膜30将培养腔10a分隔为至少两个子培养腔10a，以通过不同的子培养腔10a以培养不同的液态凝胶以得到不同的细胞模型500，以满足多器官共同培养的要求，示范例地，培养腔10a被分隔为两个子培养腔10a时，可以是一个液态凝胶由第一腔底壁11b进行承载，另一个液态凝胶有分隔膜30进行承载。进一步地，分隔膜30可以是多孔膜，其中，多孔模上形成有连通储液腔10b的通孔，以借由该通孔使得培养基能够流入由分隔膜30进行承载的液态凝胶，和/或由分隔膜30进行承载的液态凝胶中的排出物质能够流入培养基起到物质交换的作用。

流道腔10c包括第一端口部10d、第二端口部10e、第一腔道段10g以及第二腔道段10h，其中，流道腔10c还于第一端口部10d和第二端口部10e之间形成有缩口部10f，第一腔道段10g连通第一端口部10d和缩口部10f，第二腔道段10h连通缩口部10f和第二端口部10e。可以理解的，流道腔10c的第一端口部10d可以为流道腔10c的进口位置的部分，而第二端口部10e可以为流道腔10c出口位置的部分，而缩口部10f的位置可以设置在第一端口部10d和第二端口部10e之间的任一位置，例如可以是设置在靠近第一端口部10d的位置，也可以是设置在靠近第二端口部10e的位置，还可以是设置在第一端口部10d和第二端口部10e之间的位置，对此不作限定。

其中，缩口部10f的开口面积均小于第一端口部10d和第二端口部10e的开口面积，也即当培养基经由缩口部10f的时候，由于缩口部10f的开口体积相较于第一端口部10d和第二端口部10e的开口面积变小，使得相同体量的培养基流经流道腔10c的缩口部10f后能够减少其自身的流速。具体地，缩口部10f的开口面积减小的方式可以是减小缩口部10f在水平方向上的宽度、也可以是减小缩口部10f在高度方向上的长度，还可以是同时减小缩口部10f在水平方向上的宽度和缩口部10f在高度方向上的长度。

本申请技术方案通过采用在流道腔10c内的第一端口部10d和第二端口部10e之间形成有缩口部10f，且缩口部10f的开口面积均小于第一端口部10d和第二端口部10e的开口面积，使得相同体量的培养基流经流道腔10c的缩口部10f后，其自身的流速能够降低变缓，从而可以能够避免流速过快造成对液态凝胶内细胞的冲击，导致生物样本(固化后的液态凝胶或者水性介质)被培养基冲散，增加培养基浸润液态凝胶的时间，以充分浸润培养对象，进而能够提高最终获得的细胞模型500的模拟程度以及提高培养的成功率。

在一实施例中，请参阅图4，在水平方向上，缩口部10f的宽度均小于第一端口部10d和第二端口部10e的宽度。如此，通过在水平方向上对缩口部10f的宽度进行减小，以减小至其宽度均小于第一端口部10d和第二端口部10e的宽度，使得相同体量的培养基流经流道腔10c的缩口部10f后，能够减低培养基的流速，使得培养基可以较为低速地流向培养腔10a内的液态凝胶，从而能够避免流速过快导致造成对液态凝胶内细胞的冲击较大使得液态凝胶内的细胞被培养基冲散，并且可以增加培养基在培养腔10a流动的时间，以增加培养基浸润液态凝胶的时间，从而能够充分浸润培养对象。

而为了能够更好地减缓培养基的流速，进一步地，请参阅图4，在储液腔10b至流道腔10c的方向上，第一腔道段10g在水平方向上的宽度逐渐变小。这样设置下，当培养基开始由储液腔10b进入到流道腔10c内时，可以通过第一腔道段10g实现培养基的流速逐步减低，以避免培养基内部发生紊流，使得培养基流动更为顺畅。

在储液腔10b至流道腔10c的方向上，第二腔道段10h在水平方向上的宽度逐渐变大。如此，当培养基通过第一腔道段10g后实现流速降低后，可以通过在水平方向上宽度逐渐变大的第二腔道段10h以流入培养腔10a内，相较于第二腔道段10h的在水平方向上的宽度与缩口部10f在水平方向上的宽度相同，使得培养基能够增大浸润液态凝胶的范围，提高培养基的利用率。需要说明的是，上述内容所指的储液腔10b至流道腔10c的方向上即为图3中的流动方向。

以上内容，从细胞培养单元100的流道腔10c的结构形式方面具体介绍了本申请的细胞培养装置300能够培养出模拟效果较佳的细胞模型500的优点。在此基础上，请参阅图4至图7，在基体10的高度方向上，第一腔底壁11b与第二腔底壁11i具有高度差，且第一腔底壁11b低于第二腔底壁11i。这样设置下，培养腔10a相较于储液腔10b而言，下陷程度会更大，也即培养腔10a的第一凹槽11a的槽侧壁11c能防止培养腔10a内的液态凝胶流向流道腔10c，使得在向培养腔10a注入液态凝胶时，减少注入液态凝胶过多导致液态凝胶流向储液腔10b的流道腔10c以造成流道腔10c堵塞的风险，从而能够保证培养基流向液态凝胶时或者培养基由培养腔10a流回储液腔10b时的流畅性，使得培养腔10a中的液态凝胶的细胞能够与培养基更好地进行物质交换，更真实地模拟细胞在体内的生长环境，从而提高细胞模型500的培养成功率。此外能够避免液态凝胶在培养腔10a内过于摊开，使得液态凝胶在具有一定凹陷深度的培养腔10a内更为立体化，使得最终成型的细胞模型500具有三维化。

在图中示例性示出的方案中，请参阅图4，上边缘11d与第二腔底壁11i共面设置。如此，流道腔10c的第二腔底壁11i与上边缘11d不具有高度差，培养基在流道腔10c和上边缘11d之间流动时，能够始终维持在同一高度上进行流动，从而能够保证培养基的流动顺畅性，使得培养基与液态凝胶可以更好地进行物质交换。

其中，为了实现培养基流向液态凝胶时，能够尽可能在环向上浸润生物样本(固化后的液态凝胶)，在一种结构形式中，上边缘11d与第二腔底壁11i相交部分为弧形构造。弧形构造下，也即第二腔底壁11i的部分能够延伸至上边缘11d在水平方向上的两侧以对培养基进行支撑，使得培养基部分会由第二腔底壁11i的中部流下，而培养基其余部分在第二腔底壁11i延伸至上边缘11d在水平方向上的两侧的部分进行支撑以继续流动，从而在上边缘11d水平方向上的两侧流下，如此能够形成一个环流浸润的效果，使得生物样本内的细胞能够与培养基更好地进行物质交换。

进一步地，请参阅图4，上边缘11d位于水平面上的投影位于下边缘11e位于水平面上的投影的外侧。这样设置下，槽侧壁11c能相较于水平面进行倾斜，使得在能够防止液态凝胶注入过多以流向流道腔10c以造成流道腔10c堵塞的风险下，同时能够通过倾斜以减缓培养基在培养腔10a和流道腔10c之间流动的流速，也即能够减缓培养基流向液态凝胶的流速，避免流速过快造成对液态凝胶的冲击，导致液态凝胶内的细胞被培养基冲散，同时也能够减缓培养基流回流道腔10c的流速，增加培养基浸润液态凝胶的时间，以更为充分地浸润培养对象。

在一种结构形式中，槽侧壁11c为弧面，弧面设置下，可以使得培养基在培养腔10a的槽侧壁11c流动时更为平缓。且，上边缘11d和下边缘11e与竖直切面600相交的交点的连接线700与水平面之间的夹角大于0度且小于90度。当上边缘11d和下边缘11e与竖直切面600相交的交点的连接线700与水平面之间的夹角过小时，腔侧壁对液态凝胶的阻挡效果较差，导致当注入液态凝胶过多时对流道腔10c的堵塞可能性仍较大，且液态凝胶仍容易摊开，使得最终成型的液态凝胶三维化程度较差，而当夹角过大时，使得培养基在培养腔10a和流道腔10c之间流动的流速过大，导致培养基对生物样本(例如，固化后的液态凝胶)的冲击较大且培养基无法充分浸润生物样本。具体地，上边缘11d和下边缘11e与竖直切面600相交的交点的连接线700与水平面之间的夹角可以具体设置为10度、20度、30度、40度、45度、50度、60度、70度或者80度等等，对此不作限定。需要说明的是，请结合图8进行理解，此处所指的上边缘11d和下边缘11e与竖直切面600相交的交点的连接线700，是指上边缘11d和下边缘11e位于培养腔10a内的同一侧的位置上与竖直切面600所相交的交点，且两者的连线即为上述而言的连接线700。

在另一种结构形式中，槽侧壁11c为倾斜面，槽侧壁11c为倾斜面与水平面之间的夹角大于0度且小于90度。当槽侧壁11c为倾斜面与水平面之间的夹角过小时，槽侧壁11c为倾斜面对液态凝胶的阻挡效果较差，导致当注入液态凝胶过多时对流道腔10c的堵塞可能性仍较大，且液态凝胶仍容易摊开，使得最终成型的液态凝胶三维化程度较差，而当夹角过大时，使得培养基在培养腔10a和流动腔之间流动的流速过大，导致培养基对生物样本(例如，固化后的液态凝胶)的冲击较大且培养基无法充分浸润生物样本。具体地，槽侧壁11c与水平面之间的夹角可以具体设置为10度、20度、30度、40度、45度、50度、60度、70度或者80度等等，对此不作限定。

在图中示例性示出的方案中，储液腔10b包括第三腔底壁11g，第三腔底壁11g与第二腔底壁11i共面设置。这样设置下，储液腔10b的第三腔底壁11g与流道腔10c的第二腔底壁11i不具有高度差，培养基在储液腔10b和流道腔10c之间流动时，能够始终维持在同一高度上进行流动，从而能够保证培养基的流动顺畅性，使得培养基与液态凝胶可以更好地进行物质交换。

以上内容，从细胞培养装置300的细胞培养单元100的整体结构形式方面具体介绍了本申请的细胞培养装置300能够培养出模拟效果较佳的细胞模型500的优点。在此基础上，请参阅图9，本申请的另一方面提出了一种细胞培养方法，细胞培养装置300的培养方法包括以下步骤：

步骤S10：将生物样本注入至细胞培养单元100的培养腔10a内。其中，在该步骤中，生物样本可以为水性介质，例如混合悬液，也可以为液态凝胶，并且生物样本可以是通过无泵式重力驱动的方式，通过移液枪经第一流道13a的敞口注入生物样本，生物样本受自身重力的影响下，能自上而下由第一流道13a流向培养腔10a，当然也可以是通过使用外置蠕动泵、注射泵等装置驱动生物样本由基体10的储液层13的第一流道13a流向培养腔10a，对此不作限定。而生物样本为液态凝胶时，可以是将完成注入液态凝胶后的细胞培养装置300进行倒置，由于液态凝胶本身的粘附性和重力影响，使得倒置下液态凝胶可以吸附在培养腔10a的第一腔底壁11b的同时，液态凝胶中含有生物样本细胞受重力影响沉积在液态凝胶中远离第一腔底壁11b的一侧，使得后续添加培养基时，液态凝胶中的细胞处于三维的培养环境下的同时，能够与培养基进行充分接触，当然，细胞培养装置300也可以是在非倒置状态下置于培养箱内。而当置于预设温度的培养箱内预设时间下，液态凝胶可以凝固成型，例如将倒置的细胞培养装置300放在37摄氏度下的培养箱内预设时间下进行凝固成型形成固化凝胶。

步骤S20：向细胞培养单元100的储液腔10b加入培养基，并使得培养基浸润生物样本。同样地，在该步骤中，也可以是通过无泵式重力驱动的方式，通过移液枪经第二流道13b的敞口注入培养基，培养基受自身重力的影响下，能自上而下由第二流道13b流向储液腔10b，后续再由储液腔10b流入培养腔10a内以浸润生物样本，当然也可以是通过使用外置蠕动泵、注射泵等装置驱动培养基由基体10的储液层13的第二流道13b流向储液腔10b，对此不作限定。需要说明的是，培养基浸润生物样本可以是在动态培养的状态下浸润生物样本，也可以是在静态培养的状态下浸润生物样本。

步骤S30：对细胞培养装置300进行摆动调节，以动态培养生物样本后获得体外三维生物模型。具体地，可以是将细胞培养装置300放于摆动设备上并进行预设角度往复摆动，使得培养基在储液腔10b和培养腔10a之间来回流动。而为了实现培养基对生物样本的动态培养，通过摆动设备带动细胞培养装置300进行预设角度往复摆动，结合图3所示，该实施例下便能够使得培养基能够在两个储液腔10b和培养腔10a之间来回流动，以实现动态培养，更好地模拟出细胞的生长环境，具体地，在摆动过程中，两个储液腔10b之间的会有一者高度较高，另一者高度较低，受重力作用下，较高的储液腔10b内的培养基会流向培养腔10a后再流向较低的储液腔10b，如此在来回摆动下，能够通过培养基在两储液腔10b内的来回流淌实现对生物样本的动态培养。需要说明的是，摆动设备可以是摇床或者具有驱动细胞培养装置300进行摆动的设备，当然也可以通过工作人员手动进行摆动，对此不作限定。

步骤S30包括：对细胞培养装置300进行摆动调节，以动态培养生物样本；周期性更换储液腔10b内的培养基，并最终获得细胞模型500。

在该步骤下，由于培养基与细胞进行物质交换下，液态凝胶内的细胞的排泄物带走，因此部分培养基内会有排泄物的存在，因此需要周期性更换储液腔10b内的培养基，使得培养基对液态凝胶的细胞培养效果更好，更好地模拟出细胞的生长环境，从而在最终能够获取所需的细胞模型500。其中，可以是2-3天的时间作为更换储液腔10b内的培养基的一个周期，当然也可以是别的时间周期，对此不作限定。

本申请技术方案通过采用上述的细胞培养方法，能够实现培养基对液态凝胶的动态培养，相较于静态培养，本申请的细胞培养方法能够更好地模拟出细胞的生长环境，以最终获取模拟效果更好的细胞模型500，同时能够提高培养细胞模型500的成功率。

本申请技术方案通过采用上述的细胞培养方法，能够实现培养基对液态凝胶的动态培养，相较于静态培养，本申请的细胞培养方法能够更好地模拟出细胞的生长环境，以最终获取模拟效果更好的细胞模型500，同时能够提高培养细胞模型500的成功率。

本申请的再一方面提出了一种如上所述的细胞培养装置300在细胞模型培养及药物分析中的应用。

其中，可以通过向细胞培养装置300内加入药物，例如可以与培养基进行搭配后流向液态凝胶并将液态凝胶进行浸润。如此，通过本申请的细胞培养装置300可以研究药物对细胞球的影响，以在药物分析等药物领域加以利用。

本实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本申请的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”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申请和简化描述，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，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，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的具体含义。

以上仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (14)

1.一种细胞培养单元，其特征在于，包括：

基体，内形成有培养腔、储液腔以及流道腔，且，所述培养腔和所述储液腔于所述基体的顶部具有敞口，所述流道腔的两端分别连通所述培养腔和所述储液腔；

所述流道腔包括与所述储液腔连通的第一端口部和与所述培养腔连通的第二端口部，所述流道腔还于所述第一端口部和所述第二端口部之间形成有缩口部，所述缩口部的开口面积均小于所述第一端口部和所述第二端口部的开口面积。

2.如权利要求1所述的细胞培养单元，其特征在于，在水平方向上，所述缩口部的宽度均小于所述第一端口部和所述第二端口部的宽度。

3.如权利要求2所述的细胞培养单元，其特征在于，所述流道腔包括第一腔道段，所述第一腔道段连通所述第一端口部和所述缩口部；

在所述储液腔至所述流道腔的方向上，所述第一腔道段在水平方向上的宽度逐渐变小。

4.如权利要求3所述的细胞培养单元，其特征在于，所述流道腔还包括第二腔道段，所述第二腔道段连通所述缩口部和所述第二端口部；

在所述储液腔至所述流道腔的方向上，所述第二腔道段在水平方向上的宽度逐渐变大。

5.如权利要求1所述的细胞培养单元，其特征在于，所述培养腔包括第一腔底壁，所述流道腔包括由所述第一端口部延伸至所述第二端口部的第二腔底壁，其中，在所述基体的高度方向上，所述第一腔底壁与所述第二腔底壁具有高度差，且所述第一腔底壁低于所述第二腔底壁。

6.如权利要求5所述的细胞培养单元，其特征在于，所述基体包括培养层和储液层，所述储液层盖设于所述培养层，所述储液层内形成有分别具有所述敞口的第一流道和第二流道；

所述培养层靠近所述储液层的表面凹陷形成有相连通的第一凹槽、第二凹槽以及第三凹槽，所述第一流道与所述第一凹槽相连通构成所述培养腔，所述第二流道与所述第二凹槽相连通构成所述储液腔，所述储液层的下表面与所述第三凹槽配合形成所述流道腔，所述第一凹槽的槽底壁形成为所述第一腔底壁，所述第三凹槽的槽底壁形成为所述第二腔底壁；

所述第一凹槽还包括槽侧壁，所述槽侧壁环绕在所述第一腔底壁外侧，并具有与所述第一腔底壁相交的下边缘和与所述第二腔底壁相交的上边缘，所述上边缘与所述第二腔底壁共面设置，且，所述上边缘与所述第二腔底壁相交部分为弧形构造。

7.如权利要求6所述的细胞培养单元，其特征在于，所述上边缘位于水平面上的投影位于所述下边缘位于水平面上的投影的外侧。

8.如权利要求7所述的细胞培养单元，其特征在于，所述槽侧壁为弧面，且，所述上边缘和所述下边缘与竖直切面相交的交点的连接线与水平面之间的夹角大于0度且小于90度；

或者，所述槽侧壁为倾斜面，所述槽侧壁与水平面之间的夹角大于0度且小于90度。

9.如权利要求6所述的细胞培养单元，其特征在于，所述细胞培养单元还包括分隔膜，所述分隔膜覆盖于至少部分所述第一流道的侧壁上。

10.如权利要求5所述的细胞培养单元，其特征在于，所述储液腔包括第三腔底壁，所述第三腔底壁与所述第二腔底壁共面设置。

11.如权利要求1至10中任意一项所述的细胞培养单元，其特征在于，所述储液腔的数量为两个，所述流道腔的数量为两个，在所述储液腔至所述培养腔的流动方向上，两个所述储液腔呈对称设置，且所述培养腔位于两个所述储液腔之间，两个所述储液腔与两个所述流道腔一一对应。

12.一种细胞培养装置，其特征在于，包括多个如权利要求1至11中任意一项所述的细胞培养单元，所述多个细胞培养单元呈阵列排布。

13.一种细胞培养方法，应用于如权利要求12所述的细胞培养装置，其特征在于，包括以下步骤：

将生物样本注入至细胞培养单元的培养腔内；

向所述细胞培养单元的储液腔加入培养基，并使得所述培养基浸润所述生物样本；

对细胞培养装置进行摆动调节，以动态培养所述生物样本后获得体外三维生物模型。

14.一种如权利要求12所述的细胞培养装置在细胞模型培养及药物分析中的应用。