CN101497861A - 一种对贴壁细胞进行循环牵拉的牵引器 - Google Patents

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唐康来
王慧聪
曹洪辉
陈磊
常廷杰
陈前博
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Abstract

本发明涉及一种医疗装置，具体是适用于对贴壁细胞特别是肌腱细胞进行牵拉的牵引器，由电子控制系统和机械系统两部分组成，其中，电子控制系统包括有驱动电机，机械系统包括有连接有凸轮的主轴、细胞培养皿支架、细胞培养皿，驱动电机连接并驱动主轴旋转，主轴上的凸轮驱动拉杆带动细胞培养皿支架往复运动，细胞培养皿固定在细胞培养皿支架上，可以通过对培养皿的动力性牵拉而间接牵拉贴壁细胞，从而研究贴壁细胞在循环载荷下生物学改变。

Description

一种对贴壁细胞进行循环牵拉的牵引器
技术领域
本发明涉及一种医疗装置，特别是一种生物力学研究中的细胞牵引器，适用于研究贴壁细胞在循环载荷下生物学改变研究，特别适用于贴壁细胞中的肌腱细胞在循环载荷下生物学改变研究。
背景技术
贴壁细胞在循环载荷下的生物学改变是生物力学的重要研究课题，但是，体内复杂的力学环境和生理生化过程使我们无法控制单因素所造成的影响；目前，研究方法中多采用离体细胞的培养技术来提供控制某些因素对细胞进行研究，针对体外细胞牵伸以研究细胞在牵伸条件下的生物学改变的细胞加载装置有很多，主要有：Flex cell细胞加载系统：为动态牵拉，但不能模仿体内肌腱细胞过度载荷；流体剪切力系统只适用于研究血管内皮细胞；双极细胞拉伸系统只适用于负荷载荷为循环双轴的细胞，以上这些细胞牵引器应用范围窄，人机交互性不强，培养皿不能控制肌腱细胞的排列方向。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种对贴壁细胞进行循环牵拉的牵引器，特别适用于对肌腱细胞进行循环牵拉，方便研究贴壁细胞在循环载荷下，对贴壁细胞生物学改变，以解决以往细胞牵引器应用范围窄，人机交互性不强，特别是现有的牵引器培养皿不能控制肌腱细胞的排列方向的技术问题。。
为了解决上述技术问题，本发明的一种对贴壁细胞进行循环牵拉的牵引器，由电子控制系统和机械系统两部分组成，电子控制系统包括有驱动电机，机械系统包括有连接有凸轮的主轴、拉杆、细胞培养皿支架、细胞培养皿，驱动电机连接并驱动主轴旋转，主轴上的凸轮驱动拉杆带动细胞培养皿支架往复运动，细胞培养皿固定在细胞培养皿支架上。
采用上述技术方案的对贴壁细胞进行循环牵拉的牵引器，使用时，将细胞放置在细胞培养皿中，然后将细胞培养皿固定在细胞培养皿支架上，驱动电机驱动主轴旋转，主轴带动凸轮旋转，旋转的凸轮周期性接触拉杆，并驱动拉杆连接的细胞培养皿支架作往复运动，从而使固定其上的细胞培养皿随之被牵拉作相同的往复运动而达到实验目的。
进一步，具体限定细胞培养皿的形状和结构，限定所述细胞培养皿为硅树脂原料，表面为光滑面，表面成矩形，长为6cm，宽为3cm。这种为表面层为光滑面的细胞培养皿，适合一般贴壁细胞生长。
进一步，针对适用于贴壁细胞中的肌腱细胞的培养皿进行限定，限定所述贴壁细胞是肌腱细胞，所述细胞培养皿为硅树脂原料，表面成矩形，长为6cm，宽为3cm，表面贴有微沟槽的膜，微槽宽和槽间桥宽均为10μm，槽深3μm，这种，带有微沟槽硅树脂培养皿，能对其表面生长的肌腱细胞排列进行改变，使肌腱细胞呈平行排列，与其在体内排列相符，能够模仿体内肌腱细胞过度载荷下所发生的生物学改变。
进一步，针对上述两种不同适用范围的贴壁细胞进行循环牵拉的牵引器进行限制，一种是适用一般的贴壁细胞，另一种是适用特殊的贴壁细胞—肌腱细胞：
为了达到对多种不同运动情况下的实验目的，限制所述电子控制系统还包括有调速系统，调速系统包括人机界面、可编程控制器PLC或工业MCU，通过可编程控制器PLC或工业MCU进行编程控制程序及周期设置，再通过人机界面的控制来根据需要进行操作，在设定的时间和频率下对细胞进行牵拉，能更好的适应不同的时间和频率下的实验，时间和频率可以通过微电脑控制，可以时间预约。
更进一步，对所述人机界面人机界面进行说明限定，限定所述人机界面由背光LCD屏，输入按键组成；通过输入键来执行程序，通过背光LCD屏来显示操作动作和反馈信息，使操作更具有操作性。
同样的道理，为了达到对多种不同运动情况下的实验目的，限制所述凸轮是可拆卸的连接在主轴上，拉杆上设置有调节装置，调节装置调节凸轮与拉杆的配合间隙，牵拉强度可有通过更换偏心轮而改变，更换不同形状和凸缘的凸轮，可以调整牵拉的强度和周期、时间，能更好的适应不同的时间和强度下的实验。
为了更好的保证细胞培养皿支架的运动，减少运动的摩擦力和运动的稳定性能，将机械系统中还设置有旋转固定在细胞培养皿支架底板上的滚轮，这样的设置使细胞培养皿支架在受到凸轮作用时，通过滚轮的作用使细胞培养皿支架得到支撑，另一方面也使细胞培养皿支架周期往复运动中将滑动摩擦变成了滚动摩擦，减少了摩擦阻力，保证了运动的平稳性，同时，还在细胞培养皿支架与细胞培养皿的接触处设置了细胞培养皿固定锁紧装置，设置这样的细胞培养皿固定锁紧装置是为了更好的将细胞培养皿固定锁紧在细胞培养皿支架上，也方便对不同的细胞培养皿进行更换，使用时，只需要将细胞培养皿放置在细胞培养皿支架上，然后用细胞培养皿固定锁紧装置进行固定锁紧既可，更换或者取下细胞培养皿时，只需要将固定锁紧装置打开即可完成，方便快捷。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明技术方案进一步说明：
图1是本发明一种对贴壁细胞进行循环牵拉的牵引器的结构示意图；
图2是图1中凸轮及细胞培养皿支架的局部左视示意图。
具体实施方式
如图1、图2所示，本发明一种对贴壁细胞进行循环牵拉的牵引器的实施例中，牵引器由电子控制系统1和机械系统2两部分组成，电子控制系统是一个驱动电机11，机械系统包括有连接有凸轮22的主轴21、拉杆26、细胞培养皿支架23、细胞培养皿24，其中，驱动电机11通过锥齿轮副连接方式连接并驱动主轴21旋转，主轴21上的凸轮22驱动拉杆26，拉杆26上设置有调节装置29，调节装置29调节凸轮22与拉杆26的配合间隙，拉杆26带动细胞培养皿支架23往复运动，凸轮22是可拆卸的连接在主轴21上；细胞培养皿24通过细胞培养皿固定锁紧装置25固定在细胞培养皿支架23上，细胞培养皿支架23连接着拉杆26，拉杆26两端活动的支撑在托轮27上，滚轮28旋转固定在细胞培养皿支架23的底板上。
使用时，操作者通过背光LCD屏显示操作动作和反馈信息，输入按键执行程序，程序中包含有可编程控制器PLC或工业MCU，通过可编程控制器PLC或工业MCU进行编程控制程序及周期设置，在设定的时间和0.5次/秒、1次/秒、2次/秒等多种频率下对细胞进行牵拉，可以时间预约0--24小时。本技术方案采用驱动电机11运转速度调节细胞培养皿的牵拉震荡频率，由PLC(或MCU)控制驱动电机11的运动状态，牵引器的牵拉震荡频率、预约终止时间，实验已完成时间都通过人机界面向PLC(或MCU)写入，并同时由背光LCD显示屏实时显示；驱动电机11转动驱动主轴21旋转，主轴21带动凸轮22旋转，旋转的凸轮22周期性接触推动拉杆26，并推动拉杆26进行往复运动，拉杆26连接着细胞培养皿支架23作往复运动，细胞培养皿支架23底板上的设置有旋转固定滚轮28，支撑着细胞培养皿24，支撑着细胞培养皿24在受到拉杆26的作用力时，细胞培养皿24在滚轮28上也做往复的滚动运动，同时，在细胞培养皿24通过细胞培养皿固定锁紧装置25固定在细胞培养皿支架23上；由于，凸轮22是可拆卸的连接在主轴21上，可以通过更换不同规格的凸轮来改变对细胞培养皿24的拉伸强度的控制和变化，同时，根据不同的凸轮调整拉杆26上设置的调节装置29，得到合适的凸轮与拉杆的配合间隙，保证不同的凸轮在转动时，能合适的接触并推动拉杆26带动细胞培养皿支架23往复运动，而拉伸细胞培养皿24，细胞培养皿24采用硅树脂原料，细胞培养皿24也都是采用表面成矩形，长为6cm，宽为3cm，通常细胞培养皿24器皿拉伸率为2％、4％、8％、12％。
另外，在上述的贴壁细胞特别是肌腱细胞进行循环牵拉的牵引器中，根据不同的贴壁细胞的性质，使用的细胞培养皿24的结构会有所不同，虽然，细胞培养皿24都是采用表面成矩形，长为6cm，宽为3cm的硅树脂细胞培养皿，但针对一般的贴壁细胞，使用细胞培养皿24的表面是光滑面；针对肌腱细胞，使用细胞培养皿24的表面则是贴有微沟槽的膜，微槽宽和槽间桥宽均为10μm，槽深3μm的硅树脂细胞培养皿。
本技术方案的优点表现为：
1、有比较完善的控制系统，能根据不同时间、频率和牵拉强度对细胞进行牵拉，牵拉强度可有通过更换偏心轮而改变，时间和频率可以通过微电脑控制，可以时间预约；
2、微沟槽硅树脂细胞培养皿能对肌腱细胞生长改向，使在培养皿的肌腱细胞呈平行排列，符合体内肌腱细胞排列方向，能建立模仿体内对肌腱牵拉的模型，能很好研究过度使用所致的肌腱病的病因机制；
3.由于频率，强度及时间可调节，可模仿运动员训练时肌腱所承受的强度、时间和频率对细胞进行牵拉，研究肌腱细胞在正常运动员训练时生物学改变，有利于预防肌腱病的发生，指导运动员科学、合理的训练
以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。

Claims (7)

1.一种对贴壁细胞进行循环牵拉的牵引器，由电子控制系统和机械系统两部分组成，其特征在于：电子控制系统包括有驱动电机，机械系统包括有连接有凸轮的主轴、拉杆、细胞培养皿支架、细胞培养皿，驱动电机连接并驱动主轴旋转，主轴上的凸轮驱动拉杆带动细胞培养皿支架往复运动，细胞培养皿固定在细胞培养皿支架上。
2.根据权利要求1所述的对贴壁细胞进行循环牵拉的牵引器，其特征在于：所述细胞培养皿为硅树脂原料，表面为光滑面，表面成矩形，长为6cm，宽为3cm。
3.根据权利要求1所述的对贴壁细胞进行循环牵拉的牵引器，其特征在于：所述贴壁细胞是肌腱细胞，所述的培养皿表面成矩形，长为6cm，宽为3cm，表面贴有微沟槽的膜，微槽宽和槽间桥宽均为10μm，槽深3μm。
4.根据权利要求1所述的对贴壁细胞进行循环牵拉的牵引器，其特征在于：所述电子控制系统还包括有调速系统，调速系统包括人机界面、可编程控制器PLC或工业MCU。
5.根据权利要求1所述的对贴壁细胞进行循环牵拉的牵引器，其特征在于：所述凸轮是可拆卸的连接在主轴上，拉杆上设置有调节装置，调节装置调节凸轮与拉杆的配合间隙。
6.根据权利要求1所述的对贴壁细胞进行循环牵拉的牵引器，其特征在于：所述机械系统还包括有旋转固定在细胞培养皿支架底板上的滚轮，滚轮设置在细胞培养皿支架的底部；细胞培养皿固定锁紧装置，细胞培养皿固定锁紧装置设置在细胞培养皿支架与细胞培养皿的接触处。
7.根据权利要求4所述的对贴壁细胞进行循环牵拉的牵引器，其特征在于：所述人机界面人机界面由背光LCD屏，输入按键组成。
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