CN101818117A - 一种对贴壁细胞施加振荡性恒定流体剪切力作用的装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种对贴壁细胞施加振荡性恒定流体剪切力作用的装置，它包括微升注射器、连接管、流体小室、振荡性流体加载装置及单片机。其微升注射器通过连接管与流体小室一端的进出液口相连，另一根连接管连接流体小室另一端的进出液口，并插入储液瓶中；振荡性流体加载装置工作时，能够均匀、精确地控制注射器的注射体积和注射速度，从而控制其内液体的流速和振荡频率进行往复式运动。本发明装置结构简单、操作方便、且能组成一密闭的环境，在实验研究中可防止细菌的污染并能调节振荡频率及作用剪切力的大小。
Description
技术领域
本发明属于生物力学领域，涉及到一种细胞力学加载装置，具体地说，涉及一种用于对体外培养的贴壁细胞施加振荡性恒定流体剪切力作用的装置。
背景技术
流体剪切力是在生物体内血液流动和骨组织等中普遍存在的一种应力。例如对于多孔弹性介质的骨组织，力学加载会引起骨基质以及存在于骨空隙中的液体流动通道的形变，导致空隙间的液体流动，从而产生流体剪切应力。这种流体剪切应力是振荡式的。
在JA Frangos等人于1988年发表题为Shear stress induced stimulationof mammalian cell metabolism的文章中，首先提出了一种平行平板流室，在细胞力学实验中得到广泛应用。其主要用于研究细胞与细胞、细胞与基底材料之间的粘附作用等，同时也用于研究骨组织细胞对力学刺激的反应。在此研究的基础上，亦有专利号为200420034438.3的发明专利公开描述了一种细胞流体力学实验装置。该细胞流体力学实验装置由下储液池、蠕动泵，上储液池及平行平板流室四大部分组成，各部分之间由管道连接。其平行平板流室的流槽中央的槽沟上放置载玻片，流槽的槽沟外围设有密封槽，密封槽内置放硅胶密封圈，平行平板流室上安装有盖板、盖板上装设缓冲垫，流室的两端通过金属夹具B上的螺丝固定，流室出入口处的开口与上储液池和下储液池分别用橡胶管连接导通。平行平板流室的前后通过金属夹具A上的螺丝固定，金属夹具A上设有观察孔，四块金属夹具环绕在流室四周固定构成平行平板流室整体。这种平行平板流室设计主要解决了细胞在加力过程中的易污染问题。
该细胞流体力学实验装置通过蠕动泵提供动力，可对细胞进行单向流体剪切力的处理研究。其不足之处在于，平行平板流室的构造虽解决加力后的易污染问题，但其构造不利于实验的快速进行。
本发明提供了一种可以加载振荡性恒定流体剪切力的实验装置，能很好地模拟骨组织中的振荡流体剪切力的作用，以及其它组织中振荡流体的作用，进而可以研究双向的流体剪切力对贴壁细胞的影响。并且流体小室不仅构造相对简单，而且加力后也不易受污染。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种对体外培养的贴壁细胞施加振荡性恒定流体剪切力作用的装置，研究不同的振荡性恒定流体剪切力对贴壁细胞的作用，还可以研究双向的流体剪切力对贴壁细胞的影响。本发明的特点是装置结构简单、操作方便、且能组成一密闭的环境，在实验研究中可防止细菌的污染并能调节振荡频率及作用剪切力的大小。
本发明的上述技术问题是通过提供一种具有如下结构的，对贴壁细胞施加振荡性恒定流体剪切力作用的装置来解决的，该装置包括微升注射器、连接管、流体小室、硅胶密封圈、振荡性流体加载装置以及单片机。
所述微升注射器是通过连接管与流体小室一端的液体进出口相连接；另一根连接管连接流体小室的另一端的液体进出口，并插入储液瓶中。将微升注射器固定在振荡性流体加载装置中的安装微升注射器组卡槽内，即构成整个装置的整体。
所述振荡性流体加载装置由直线运动电机组，往复直线运动滑车，安装微升注射器组卡槽(七只)等组成。
步进电机转动螺杆，推动螺帽，使脚架作匀速直线运动。电机正转或反转，则相应脚架作前进或后退运动。
脚架带动直线移动的滑车作匀速直线往复运动。
微升注射器管身安装在工作平台上，固定不动。微升注射器活塞杆尾端用卡具固定在滑车上，并被滑车牵动着作匀速直线往复运动，从而使微升注射器内的液体作推出或抽回的流动。此流体的往复的流动，通过连接管传输到流体小室内。
电机匀速转动使滑车产生匀速直线运动。滑车运动速度，及往复运动的周期与振幅由单片机控制，连续可调。
流体小室中央的流槽上放置玻璃片，玻璃片载有细胞的一面朝下；流槽外围设置密封槽，密封槽上放置硅胶密封圈；流体小室上设置有盖板，并通过周围8个对称螺丝进行旋紧密封。
本发明对贴壁细胞施加振荡性恒定流体剪切力作用的装置，结构简单，易于操作；并且由于其体积小的特点，整个装置包括注射器推动器，都可以放置于细胞培养箱中，这样就完全可以保证了流体小室内的pH及温度的恒定。
本发明对贴壁细胞施加振荡性恒定流体剪切力作用的装置无菌处理简单。连接管、螺丝可用高压灭菌处理，流体小室部分、注射器可先用纯净水清洗，再浸入75％乙醇过液。实验前放置于超净紫外灯下风干即可，保证了加力后的无菌。
本发明装置采用振荡性流体加载装置提供驱动力，能够均匀、精确地控制微升注射器的注射体积和注射速度，从而控制其内液体的流速和振荡频率进行往复式运动。通过振荡性流体加载装置，可以连续调控流体剪切力的大小。
本发明对贴壁细胞施加振荡性恒定流体剪切力作用的装置是采用聚四氟乙烯材料制成的连接管，其管道壁刚度好，在流体压力作用下不易产生显著的形变，因此能保证细胞所受到的力与振荡性流体加载装置驱动的力基本相同。
附图说明
下面结合附图对本发明对贴壁细胞施加振荡性恒定流体剪切力作用的装置作进一步详细描述。
图1为本发明对贴壁细胞施加振荡性恒定流体剪切力作用的装置示意图。
图2为本发明装置的振荡性流体加载装置主视图。
图3为本发明装置的振荡性流体加载装置剖面图。
图4为本发明装置的流体小室主视图。
图5为本发明装置的流体小室剖面图。
1单片机 2振荡性流体加载装置 3微升注射器 4连接管5流体小室 6安装卡槽 7步进电机 8卡具 9滑车10脚架 11螺丝孔 12液体进出口 13密封槽14流体小室内腔进出液口 15中央流槽
具体实施方式
首先参看图1，是本发明对贴壁细胞施加振荡性恒定流体剪切力作用的装置。该装置由微升注射器3、连接管4、流体小室5、硅胶密封圈、振荡性流体加载装置2以及单片机1组成。所述的微升注射器3是通过连接管4与流体小室5一端的液体进出口12相连接；另一根连接管4连接流体小室5的另一端的液体进出口12，并插入储液瓶中。将微升注射器3固定在振荡性流体加载装置2中的安装微升注射器组卡槽6内，即构成整个装置的整体。微升注射器3柱塞的往复运动即形成对贴壁细胞施加的振荡性流体剪切力作用。
图2和图3展示了本发明装置的振荡性流体加载装置。所述的振荡性流体加载装置由直线运动步进电机，往复直线运动滑车，安装微升注射器组卡槽(七只)等组成。其步进电机7转动螺杆推动螺帽，使脚架10作匀速直线运动。步进电机7正转或反转，则相应脚架10作前进或后退运动。脚架10带动直线移动的滑车9作直线往复运动。微升注射器3管身安装在注射器卡槽6内固定不动。微升注射器3活塞杆尾端用卡具8固定在滑车9上，并被滑车9牵动着作往复运动，从而使微升注射器3内的液体作推出或抽回的流动。步进电机7匀速转动使滑车9产生匀速直线运动。滑车9运动速度及往复运动的周期与振幅由单片机1控制步进电机7的转速、正反转换向周期来实现，周期与振幅连续可调。
图4和图5是本发明装置的流体小室的示意图。流体小室5的中央流槽15部分放置玻璃片，玻璃片载有细胞的一面朝下；流槽外围设置密封槽13，密封槽13内放置硅胶密封圈，流体小室5上方设置有盖板，盖板与流体小室5的固定是通过其周围的8个对称螺丝进行旋紧并密封。流体小室5则通过锥形的进出液口12来紧固连接管4，连接管4并与微升注射器3相连接。
本发明对贴壁细胞施加振荡性恒定流体剪切力作用的装置，其连接管4采用聚四氟乙烯材料制成，连接管4管道壁刚度好、不易脆裂，在流体压力作用下不易产生显著的形变，因此能保证细胞所受到的力与振荡性流体加载装置驱动的力基本相同。
所述流体小室5的材料采用为聚甲基丙烯酸甲酯。
本发明对贴壁细胞施加振荡性恒定流体剪切力作用的装置无菌处理简单。连接管4、螺丝可用高压灭菌处理，流体小室5部分、微升注射器3必须先用纯净水清洗，再浸入75％乙醇过液，实验前放置于超净紫外灯下风干即可，保证了加力后的无菌。整个装置包括注射器推动器，都可以放入细胞培养箱中，完全可以保证了流体小室内的pH及温度的恒定。。
Claims (5)
1.一种对贴壁细胞施加振荡性恒定流体剪切力作用的装置，由微升注射器、连接管、流体小室、振荡性流体加载装置及单片机组成，其特征在于：微升注射器(3)通过连接管(4)与流体小室(5)一端的液体进出口(12)相连，另一根连接管(4)连接流体小室(5)另一端的液体进出口(12)，并插入储液瓶中，连接管(4)通过流体小室(5)锥形的进出液口(12)来固定。
2.根据权利要求1所述的对贴壁细胞施加振荡性恒定流体剪切力作用的装置，其特征在于：流体小室(5)的中央流槽(15)部分放置玻璃片，流槽外围设有密封槽(13)，密封槽(13)内置硅胶密封圈，流体小室(5)上方设有盖板，盖板与流体小室(5)通过8个对称螺丝紧固并密封。
3.根据权利要求1所述的对贴壁细胞施加振荡性恒定流体剪切力作用的装置，其特征在于：振荡性流体加载装置(2)工作时，其步进电机(7)转动螺杆推动螺帽，使脚架(10)带动滑车(9)作匀速直线往复运动，步进电机(7)匀速转动使滑车(9)产生匀速直线运动，滑车(9)运动速度及往复运动的周期与振幅由单片机(1)控制，周期与振幅连续可调。
4.根据权利要求1所述的对贴壁细胞施加振荡性恒定流体剪切力作用的装置，其特征在于：微升注射器(3)管身固定在振荡性流体加载装置(2)中的安装微升注射器组卡槽(6)内，微升注射器活塞杆尾端用卡具(8)固定在滑车(9)上，并被滑车(9)牵动着作往复运动，使微升注射器内的液体作推出或抽回的流动，微升注射器(3)柱塞的往复运动即形成对贴壁细胞施加的振荡性流体剪切力作用。
5.根据权利要求1所述的对贴壁细胞施加振荡性恒定流体剪切力作用的装置，其特征在于：连接管(4)的材料为聚四氟乙烯，流体小室(5)的材料为聚甲基丙烯酸甲酯。
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