WO2010006482A1 - 一种多用途微电场网细胞处理装置 - Google Patents

一种多用途微电场网细胞处理装置 Download PDF

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    • C12N15/00—Mutation or genetic engineering; DNA or RNA concerning genetic engineering, vectors, e.g. plasmids, or their isolation, preparation or purification; Use of hosts therefor
    • C12N15/09—Recombinant DNA-technology
    • C12N15/87—Introduction of foreign genetic material using processes not otherwise provided for, e.g. co-transformation

Definitions

  • the invention belongs to the field of microbiology, and in particular to a microbiology device for cell processing. Background art
  • Petri dish is an essential test vessel or cell treatment device.
  • a typical bacterial/cell culture dish is a disk-shaped or dish-shaped container made of a transparent material and having a convex edge, which contains a medium or a culture medium, and has a culture target on the medium or in the culture solution ( Bacteria or cells), usually the petri dish also needs to be equipped with a lid to seal or seal it to prevent contamination of the culture target.
  • the culture dish containing the medium or the culture solution and the culture target is usually placed at a certain temperature to culture or preserve the bacteria or cells.
  • the existing culture dish capable of applying an electric field during cell culture is usually in the form of a structure with two additional electrode needles, as disclosed in the Chinese Patent No. CN 2440820Y, published on August 1, 2001, with the publication number CN 2440820Y.
  • a "cell culture dish” having a groove-shaped cell culture chamber at the center and a height of at least 2.0 mm, the outer diameter of which fits the groove on the holder.
  • the cell culture dish is provided with an upper cover having a hole in the center, and two electrodes can be vertically inserted on the upper cover, and the insertion ends thereof are bent in the horizontal direction in parallel with each other and at the bottom of the cell culture chamber.
  • the bioelectric application of the present invention is referred to as a low intensity electric field network (LSEFN) in the following application and in the medical field.
  • LSEFN low intensity electric field network
  • the technical solution of the present invention is: providing a multi-purpose micro electric field network cell processing device, wherein: a hollow frame structure is disposed; and a transparent film layer is respectively disposed on the upper and lower sides of the frame; On one side of the transparent film layer, an electrode group for generating a low-intensity electric field is disposed; at at least one end of the frame, a terminal of the electrode group is disposed; at two corresponding ends of the frame, a culture/treatment liquid inlet and outlet are disposed; The sandwich space enclosed by the two transparent film layers and the frame constitutes a cell culture/treatment chamber.
  • the positive and negative electrode groups are disposed in the same transparent film layer, on both sides of the same transparent film layer, respectively correspondingly disposed in two corresponding transparent film layers or respectively corresponding to two corresponding transparent film layers. On the surface.
  • a scale/scale is provided around the frame.
  • the culture/treatment liquid inlet and outlet are set, and the flowability, replaceability and measurability of the cell culture/treatment liquid are realized.
  • in the culture/ The treatment liquid inlet and outlet can also be connected to various biological, physical and chemical measurement meters. Through various measurement data, the entire experiment/process can be monitored and controlled more accurately;
  • the cleavable transparent membrane layer structure is used to facilitate the separation and selection of the cultured/treated target cells, and it is also convenient to observe the whole under the microscope.
  • Figure 1 is a schematic view showing the structure of the frame of the present invention
  • the transparent film layer is a transparent plastic film layer.
  • terminals 4-1 and 4-2 of the electrode group are provided, which are respectively connected to the positive and negative electrode bus bars 8 and 9 which are disposed on the transparent film layer (see Fig. 4). Contact connection to form an electrical path.
  • the positive and negative electrode distribution structures shown in this figure are only structurally schematic. In practice, the distribution is not limited to the illustrated distribution. It is also possible to use two or two phases or other forms in order to achieve better electric field distribution.
  • the printed circuit copper foil layers constituting the electrode group may be disposed in the same transparent film layer, or may be disposed on two corresponding side surfaces of the same transparent film layer, or respectively disposed in two corresponding transparent film layers, or They are respectively disposed on one of the two corresponding transparent film layers, and the purpose thereof is to obtain a better electric field distribution effect or to facilitate processing and manufacturing.
  • the electric field distribution of the low-intensity electric field network generated by the electrode array is more uniform than that of the prior art, and the applied voltage can be as low as millivolts, which is safer for the target cells and long-term. Applying an applied electric field does not cause "electric breakdown" damage to the target cells.
  • the invention is widely applicable to the fields of medical clinical, basic experiment and biological science.

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Description

一种多用途微电场网细胞处理装置 技术领域
本发明属于微生物学领域， 尤其涉及一种用于细胞处理的微生物学装置。 背景技术 说
在生物学试验、细菌或细胞的培养以及各种医学研究过程中， 细菌 /细胞培养皿
(又称皮氏培养皿） 是一种必不可少的试验器皿或细胞处理装置。
书
通常的细菌 /细胞培养皿为一由透明材质材料制成的、具有凸起边缘的盘状或碟 状的容器， 其中容纳有培养基或培养液， 培养基上或培养液中有培养目标 （细菌或 细胞）， 通常培养皿还需要配备有一盖子以将其封闭或密封， 防止培养目标被污染。
实验过程中， 一般是将载有培养基或培养液及培养目标的培养皿放置于一定的 温度下进行细菌或细胞的培养或保藏。
由于在生物、 医学或轻工业行业中使用培养皿的普遍性， 所以对培养皿的结构 进行改进的努力一直没有停止，公开日为 2003年 10月 8日，公开号为 CN 1446903A 的中国发明专利申请 "正反两面可用的皮氏培养皿" 即为此种努力之一。
随着实验手段的变化和生物医学技术的发展， 很多时候需要对培养目标外加一 作用电场， 以其得到某些特定条件下细菌或细胞的生长结果或变化趋势。
现有的、 能在细胞培养过程中施加作用电场的培养皿， 通常采用外加两根电极 针的结构形式， 如公告日期为 2001年 8月 1日， 公告号为 CN 2440820Y的中国专 利中， 公开了一种 "细胞培养皿"， 其中心处设有一凹槽形细胞培养腔， 且高度至 少是 2.0 mm， 其外径与托架上的凹槽相配合。 细胞培养皿上设有中心有孔的上盖， 在上盖上可竖直插入两个电极， 其插入端互相平行地向水平方向弯曲， 且位于细胞 培养腔的底部。
上述技术方案虽然解决了在细胞培养、 处理过程中引入作用电场的问题， 但是 由于其电极的结构形式所限， 导致其在培养皿中所产生的作用电场强度不均匀， 不 便于在显微镜下观察实验结果等诸多不便。
本申请的发明人在多年的研究实践中， 提出和发明了一种在外加弱电场网的条 件下， 对细胞有效导入或递送药物、基因、 siRNA ( Small interfering RNA )、 shRNA (short hairpin RNA), 蛋白质、 肽、 抗体或其它生物医学和治疗学分子和制剂的方 法，其采用电极阵列形成的网络，用低电压电场长时间地施加短时脉冲和 /或脉冲组， 使细胞膜电渗透， 从而将基因、 蛋白质、 药物靶向输送入离体和体内的皮肤、 软组 织和骨（细胞内）， 其具体内容可以参考国际申请号为 PCT/US2006/011355， 申请日 为 2006年 3月 16日的国际专利申请 "超低强度电场网络介导的向离体细胞内递送 基因、 蛋白质和药物" 以及国际申请号为 PCT/US2007/008445， 申请日为 2007年 4 月 2日的国际专利申请"低强度电场网络介导向皮肤、软组织， 关节和骨递送药物、 基因、 siRNA、 shRNA、 蛋白质、 肽、 抗体或其它生物医学和治疗学分子和制剂的 方法和装置"， 还可以参考本申请人申请号为 200810036767.4的中国发明专利申请 "生物与医用多路低电压微电场发生仪"和申请号为 PCT/CN2008/001022 的 PCT 申请 "生物与医用多路低电压微电场发生仪" 中的相关内容。 应该声明的是， 上述 参考文件所公开的内容， 应看作是本申请的背景资料或解释性资料， 而不应看作是 对本申请的某种限制或界定。
上述参考文件中所提到的"网络"所提供的电磁场模式在性质上不同于常规 "电 穿孔"技术所提供的电磁场模式的性质， 其电磁场本身不是 "电穿孔" 电磁场， 而 是低强度电场网络 （ Low Strength Electric Field Networking， LSEFN )。
本申请的发明人认为， 本发明所用的生物电机制和本质， 在性质上不同于现有 的 "电穿孔"技术， 因此， 将本发明的生物电应用称为 "电穿孔"是误导和不正确 的。 故在本申请书下文中和在医学领域中将本发明的生物电应用称为低强度电场网 络 (LSEFN)。
低强度电场网络 （LSEFN) 可用于对离体的细胞和组织进行药物和生物质体的 细胞内的传递。 这些经生物工程改造的细胞和组织可再被系统性地输入、 递送或植 入到各种器官或组织， 用于治疗疾病。
低强度电场网络 （LSEFN) 也可以被直接用于对在体的器官和组织进行靶向 性的药物和生物质体的细胞内的传递。
现在， 尚无可以在上述低强度电场网络条件下对培养目标细胞施加作用电场的 培养皿， 或者是满足上述低强度电场网络条件下可对培养目标细胞施加作用电场的 细胞处理装置。 发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种多用途微电场网细胞处理装置， 其除了 具有现有细胞处理装置的常规功能之外， 还可为目标细胞提供一种低强度电场网络 环境条件， 以便于对目标细胞进行药物传递， 或者， 对细胞有效地导入或递送药物、 基因、 siRNA、 shRNA、 蛋白质、 肽、 抗体或其它生物医学和治疗学分子和制剂， 实现了细胞培养 /处理液的可流动、 可替换和可测量， 通过各种测量数据， 可以更 精确地监测、 控制整个实验 /处理过程。
本发明的技术方案是： 提供一种多用途微电场网细胞处理装置， 其特征是： 设 置一中空的框架结构； 在所述框架的上、 下侧面， 分别对应设置一透明膜层； 在至 少一侧的透明膜层上， 设置用于产生低强度电场的电极组； 在框架的至少一端， 设 置所述电极组的接线端； 在框架的两对应端， 设置培养 /处理液进、 出口； 两透明膜 层和框架所围成的夹层空间， 构成细胞培养 /处理腔。
其中， 所述框架的外形为矩形或正多边形， 其内边的上、 下侧面设置有承载边 沿， 所述的透明膜层经承载边沿与框架粘结 /固结为一体。
其所述的透明膜层为透明塑料薄膜层。
其所述的电极组为印刷电路铜箔层， 其以正、 负电极相间的结构分布在透明膜 层中或透明膜层表面， 其正、 负电极组经汇流条和位于框架一端的接线端与外部仪 器电连接。
其所述的电极组设置在透明膜层中， 经过与之相连且穿透透明膜表面的白金 / 钨金点， 在透明膜表面构成电极点阵群。
或者， 所述的正、 负电极组设置在同一透明膜层中、 同一透明膜层的两面上、 分别对应设置在两片对应透明膜层中或分别对应设置在两片对应透明膜层的一个 面上。
其所述的培养 /处理液进、 出口设置在框架体中， 其一端为收缩锥状口结构， 另 一端与细胞培养 /处理腔相通。
其所述细胞培养 /处理腔为一薄层空腔， 其厚度不大于 2毫米。
进一步地， 在所述框架的周边， 设置标度 /刻度尺。
与现有技术比较， 本发明的优点是：
1. 通过设置正、 负电极组， 为在细胞培养 /处理腔建立一低强度电场网络环境 创造了条件， 实现了在低强度电场网络环境条件， 对目标细胞有效地导入或递送药 物、 基因、 siRNA、 shRNA、 蛋白质、 肽、 抗体或其它生物医学和治疗学分子和制 剂的发明目的。
2. 设置了培养 /处理液进、 出口， 实现了细胞培养 /处理液的可流动性、 可替换 性和可测量性， 除具备现有细胞培养 /处理装置的常规功能外， 在其培养 /处理液进、 出口还可连接各种生、 物、 化测量表计， 通过各种测量数据， 可以更精确地监测、 控制整个实验 /处理过程；
3. 采用可切割的透明膜层结构， 便于培养 /处理目标细胞的分离和挑选， 还便 于将其整体置于显微镜下进行观察。 附图概述
图 1是本发明的框架结构示意图；
图 2是图 1框架的 A-A' 剖面视图；
图 3为图 1框架的 B-B ' 剖面视图；
图 4为透明薄膜中电极组的结构示意图；
图 5为图 4中 C部的局部结构放大示意图。
图中 1为框架， 2为承载边沿， 3-1、 3-2为培养 /处理液进、 出口， 4-1、 4-2为 电极组的接线端， 5、 5-1、 5-2为透明膜层， 6为标度 /刻度尺， 7为细胞培养 /处理腔， 8、 9为正、 负电极汇流条， 10为白金 /钨金点， 11、 12为正、 负电极。 具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明。
图 1中， 本处理装置， 设置有一中空的框架结构 1， 在框架的上、 下侧面， 分 别对应设置一透明膜层 5， 在至少一侧的透明膜层上， 设置用于产生低强度电场的 电极组 （本图中为简洁期间未示出， 具体可参见图 4所示）， 在框架的一端， 设置 有电极组的接线端 4-1、 4-2， 在框架的两对应端， 对应设置了培养 /处理液的进、 出 口 3-1、 3-2， 两透明膜层和框架所围成的夹层空间， 构成细胞培养 /处理腔。
其中， 所述框架的外形为矩形或正多边形， 其内边的上、 下侧面设置有承载边 沿 2， 透明膜层经承载边沿与框架粘结 /固结为一体。
其所述的透明膜层为透明塑料薄膜层。
图 2中， 培养 /处理液进、 出口 3-1、 3-2设置在框架 1体中， 其一端为收缩锥 状口结构， 另一端与细胞培养 /处理腔 7相通。
两透明膜层 5-1、 5-2和框架所围成的夹层空间， 构成细胞培养 /处理腔 7。 由图可见， 其细胞培养 /处理腔为一薄层空腔， 其厚度不大于 2毫米。
进一步地， 在所述框架的周边， 设置标度 /刻度尺 6 。
图 3中， 在框架 1的一端， 设置有电极组的接线端 4-1和 4-2， 其分别与设置在 透明膜层伤的正负电极汇流条 8和 9 (参见图 4所示） 接触连接， 形成电通路。
在框架的两对应端， 设置有培养 /处理液进、 出口， 从图中所示剖视方向正好可 见培养 /处理液的出口 3-2。
图 4中， 其所述的电极组为印刷电路铜箔层， 电极组以正、 负电极 11、 12相间 的结构分布在透明膜层 5 中或透明膜层的表面， 其正、 负电极组经汇流条 8、 9和 位于框架一端的接线端 （参见图 4中的 4-1、 4-2) 与外部仪器电连接。
其电极组 11、 12设置在透明膜层中， 经过与之相连且穿透透明膜表面的白金 / 钨金点 10， 在透明膜表面构成电极点阵群。
本图中所示的正、 负电极分布结构仅为结构示意， 实际实施时不仅仅局限于图 示的分布形式， 还可以采用两两相间或其他形式， 以期取得更好的电场分布效果。
此外， 构成电极组的印刷电路铜箔层可以设置在同一透明膜层中， 也可以设置 在同一透明膜层的两个对应侧面上， 或者分别对应设置在两片对应透明膜层中， 还 可以分别对应设置在两片对应透明膜层的某一个面上， 其目的都是为了取得更好的 电场分布效果或便于加工制造。
图 5中， 电极印刷电路铜箔层 11设置在透明膜层的一个侧面，经过与之相连且 穿透透明膜 5表面的白金 /钨金点 10， 在透明膜层的表面构成电极点阵群。
由于采用电极点阵群的结构形式， 与现有技术相比， 其所产生的低强度电场网 络的电场分布更加均匀， 其施加电压可以低至毫伏级， 对于目标细胞更加安全， 长 时间的施加作用电场也不会对目标细胞造成 "电击穿"伤害。
本发明的实施， 有助于实现在低强度电场网络环境条件， 对目标细胞有效地导 入或递送药物、 基因、 siRNA、 shRNA、 蛋白质、 肽、 抗体或其它生物医学和治疗 学分子和制剂的发明目的， 同时， 除具备现有细胞培养 /处理装置的常规功能外， 还 可以更精确地监测、控制整个实验 /处理过程，便于将其整体置于显微镜下进行观察， 有利于培养 /处理目标细胞的分离和挑选。
以上的各实施例仅仅是用来解释和说明本发明的， 而并非用作对本发明技术方 案的限定； 本领域的普通技术人员应当认识到， 只要在本发明的实质精神范围内， 对以上实施例的变化、 变形， 都将落在本发明权利要求所要求的保护范围内。
本发明可广泛适用于医学临床、 基础实验和生物科学领域。

Claims

权 利 要 求 书
1.一种多用途微电场网细胞处理装置， 其特征是：
设置一中空的框架结构；
在所述框架的上、 下侧面， 分别对应设置一透明膜层；
在至少一侧的透明膜层上， 设置用于产生低强度电场的电极组；
在框架的至少一端， 设置所述电极组的接线端；
在框架的两对应端， 设置培养 /处理液进、 出口；
两透明膜层和框架所围成的夹层空间， 构成细胞培养 /处理腔。
2. 按照权利要求 1所述的多用途微电场网细胞处理装置，其特征是所述框架的 外形为矩形或正多边形， 其内边的上、 下侧面设置有承载边沿， 所述的透明膜层经 承载边沿与框架粘结 /固结为一体。
3. 按照权利要求 1所述的多用途微电场网细胞处理装置，其特征是所述的透明 膜层为透明塑料薄膜层。
4. 按照权利要求 1所述的多用途微电场网细胞处理装置，其特征是所述的电极 组为印刷电路铜箔层， 其以正、 负电极相间的结构分布在透明膜层中或透明膜层表 面， 其正、 负电极组经汇流条和位于框架一端的接线端与外部仪器电连接。
5. 按照权利要求 4所述的多用途微电场网细胞处理装置，其特征是所述的电极 组设置在透明膜层中， 经过与之相连且穿透透明膜表面的白金 /钨金点， 在透明膜表 面构成电极点阵群。
6. 按照权利要求 4所述的多用途微电场网细胞处理装置， 其特征是所述的正、 负电极组设置在同一透明膜层中、 同一透明膜层的两面上、 分别对应设置在两片对 应透明膜层中或分别对应设置在两片对应透明膜层的一个面上。
7. 按照权利要求 1所述的多用途微电场网细胞处理装置，其特征是所述的培养
/处理液进、 出口设置在框架体中， 其一端为收缩锥状口结构， 另一端与细胞培养 / 处理腔相通。
8. 按照权利要求 1所述的多用途微电场网细胞处理装置，其特征是所述细胞培 养 /处理腔为一薄层空腔， 其厚度不大于 2毫米。
9. 按照权利要求 1所述的多用途微电场网细胞处理装置，其特征是在所述框架 的周边， 设置标度 /刻度尺。
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