CN103160436B - 血管内皮细胞弹性基底培养装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种血管内皮细胞弹性基底培养装置，弹性基底培养腔内部通过一组滚轮连接弹性基底，滚轮的驱动轴连接步进电机，弹性基底培养腔上底板上设有CO2进出气口和透明观察窗，弹性基底培养腔的进液口通过蓄能器连接心泵，心泵进液口连接储液槽及恒温装置，弹性基底培养腔通过进、出液口连至整个装置，主通路和脉动分流通路中分别连接有第一外周阻力器和第二外周阻力器。心泵模拟心脏的间隙性射血功能，为脉动分流通路和主通路分别提供脉动流。在脉动流条件下，可为内皮细胞生长提供适宜的温度、PH值和CO2浓度稳定的体外环境，可实现正应力，切应力和张应力同时存在，并能相互独立调节的内皮细胞动态培养。
Description
技术领域
本发明涉及一种血管内皮细胞培养装置，尤其是一种可为内皮细胞提供可调张应力的弹性基底培养腔，可实现正应力，切应力和张应力相对独立调节的内皮细胞动态培养。
背景技术
血管内皮细胞是人体最大的具有分泌功能的组织之一，参与机体正常调节。内皮细胞结构变异、功能障碍，易诱发动脉粥样硬化等一系列血管相关性疾病。然而，体外内皮细胞可作为研究这些疾病的实验材料，因此，脉动流条件下，提供更接近人体血液动力学环境的血管内皮细胞动态培养装置至关重要，其重要性在于提供一个接近人体生理条件的血流动力学环境及多参数、可控制的实验条件，为深入研究内皮细胞结构变异与动脉粥样硬化病变之间的关系和探索动脉粥样硬化形成机理提供较理想的体外实验装置，并可与临床研究和动物实验的结果互为补充，相互验证。
目前内皮细胞培养装置难以实现内皮细胞张应力的相对独立调节，同时难以解决内皮细胞生长所需培养基底与人体血管仿真程度间的矛盾，即：弹性圆管更接近人体血管，但体外圆管环境不易于内皮细胞种植与生长且实验观察不方便，而载玻片或细胞培养板便于内皮细胞种植与生长，但却与人体血管的特性相差很大。
因此，本发明所涉及的血管内皮细胞弹性基底培养装置，除了能为内皮细胞提供正应力和切应力外，最重要的是还能提供张应力，提供接近人体生理条件的血流动力学环境，实现了内皮细胞的动态培养。
发明内容
本发明是要提供一种血管内皮细胞弹性基底培养装置，在脉动流条件下，可为内皮细胞生长提供适宜的温度、PH值和CO2浓度稳定的体外环境。其中，弹性基底培养腔可为内皮细胞提供可调张应力，可实现正应力，切应力和张应力相对独立调节的内皮细胞动态培养。
为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种血管内皮细胞弹性基底培养装置，包括心泵、蓄能器、主通路(3)、脉动分流通路（4）、第一，二外周阻力器（8，9）、储液槽及恒温装置、弹性基底培养腔、流体参数测控系统，其特点是：弹性基底培养腔内部通过一组滚轮连接弹性基底，滚轮的驱动轴连接步进电机，弹性基底培养腔上底板上设有CO2进出气口和透明观察窗，弹性基底培养腔的进液口通过蓄能器连接心泵，心泵进液口连接储液槽及恒温装置，弹性基底培养腔的出液口连接储液槽及恒温装置的回液口，弹性基底培养腔通过进、出液口连至整个装置，主通路和脉动分流通路中分别连接有第一外周阻力器和第二外周阻力器，弹性基底培养腔内设有温控传感器和与步进电机连接的扭力传感器，弹性基底培养腔进、出液口上分别设有压力传感器和流量传感器，且温控传感器、流量传感器和压力传感器分别与流体参数测控系统中的数据采集板及计算机连接，扭力传感器与流体参数测控系统中的高精度步进电机控制系统连接。
弹性基底培养腔由上下底板构成，下底板为内皮细胞培养腔，腔内部包含由硅胶片构成的弹性基底，弹性基底上面种植有内皮细胞。心泵为脉动泵。第一，二外周阻力器由节流阀构成。储液槽及恒温装置，储液槽里存储内皮细胞培养所需液体培养液。弹性基底培养腔有一个长50mm、宽30mm的流场，植有内皮细胞的弹性基底处在该流场中。
本发明的有益效果：
1.血管内皮细胞弹性基底培养装置为内皮细胞生长提供适宜的温度、PH值和CO2浓度稳定的体外环境；
2.弹性基底为硅胶片，解决了内皮细胞生长所需培养基底与人体血管仿真程度间的矛盾。与载玻片或细胞培养板相比，硅胶片的特性更接近人体血管，并且承载内皮细胞的平面硅胶片有利于内皮形态的观察；
3.弹性基底培养腔可为内皮细胞提供可调张应力，可实现正应力，切应力和张应力相对独立调节的内皮细胞动态培养。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是弹性基底培养腔的下底板结构示意图；
图3是弹性基底培养腔的上底板结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明作进一步的说明。
如图1至图3所示，本发明的血管内皮细胞弹性基底培养装置，包括心泵1、蓄能器2、主通路3、脉动分流通路4、弹性基底5（硅胶片）、滚轮6、步进电机7、外周阻力8、9、储液槽及恒温装置10、弹性基底培养腔11、内皮细胞12、进液口13、出液口14、透明观察窗15、显微镜16和流体参数测控系统。
弹性基底培养腔11内部通过一组滚轮6连接弹性基底5，滚轮6的驱动轴连接步进电机7，弹性基底培养腔11上底板上设有CO2进出气口和透明观察窗15，弹性基底培养腔11的进液口13通过蓄能器2连接心泵1，心泵1进液口连接储液槽及恒温装置10，弹性基底培养腔11的出液口14连接储液槽及恒温装置10的回液口，弹性基底培养腔11通过进、出液口13，14连至整个装置，主通路3和脉动分流通路4中分别连接有第一外周阻力器8和第二外周阻力器9，弹性基底培养腔11内设有温控传感器b和与步进电机7连接的扭力传感器c，弹性基底培养腔11进、出液口13，14上分别设有压力传感器a和流量传感器d，且温控传感器b、流量传感器d和压力传感器a分别与流体参数测控系统中的数据采集板及计算机连接，扭力传感器c与高精度步进电机控制系统连接。
心泵1模拟心脏的周期性射血功能，产生脉动流，其输出端连接蓄能器2，蓄能器2具有缓冲作用，将心泵射出的间歇脉动流转化为连续脉动流，连续脉动流流至脉动分流通路4和主通路3两个分支。
蓄能器2采用气液式结构，可调节气液比例，实现对血压幅度的调节，即脉压的调节。
流体参数测控系统由温控传感器b、压力传感器a、流量传感器d、高精度步进电机控制系统、数据采集板及电脑组成。
流量传感器d放置在弹性基底培养腔11流出端和储液槽回路之间，用于显示流过弹性基底培养腔11的瞬时流量和累计流量，可通过调节第一，二外周阻力器8，9进行切应力大小的调节。
如图1，2所示，弹性基底培养腔11的下底板内部包含弹性基底5（弹性基底5由硅胶片制成），滚轮6，步进电机7和扭力传感器c。其中，内皮细胞12种植于弹性基底5上，由步进电机7带动与承载内皮细胞的弹性基底5端相连的滚轮6转动，在滚轮6下方有一对反向转动滚轮，在步进电机7的带动下，两反向转动滚轮预压紧后按图2所示的转动方向转动，通过滚轮间的摩擦力带动弹性基底5向下运动，从而对弹性基底5起到拉伸作用，为内皮细胞的生长提供张应力，张应力大小由扭力传感器c测量得到。当步进电机7转动反向时，弹性基底5回缩，张应力减小。
由流体参数测控系统和扭力传感器c，将培养装置里的温度、正应力、切应力和张应力的波形图在计算机上进行实时显示。
弹性基底培养腔11由上下底板组成，下底板如图2所示，弹性基底培养腔营造了一个长50mm、宽30mm的流场，植有内皮细胞12的弹性基底5就处在该流场中。弹性基底5上的内皮细胞12受到与液体流动方向反向的切应力，同时，液体培养基在弹性基底5上方流过，内皮细胞12受到与弹性基底垂直方向上的正应力，步进电机7带动滚轮6转动对弹性基底5起到拉伸作用，使内皮细胞受到水平方向上的张应力。
如图3所示，弹性基底培养腔11的上底板上设有CO2进出气口和透明观察窗15。
内皮细胞12培养过程中，可用显微镜16在透明观察窗实时观测内皮细胞生长状况。
Claims (6)
1.一种血管内皮细胞弹性基底培养装置，包括心泵（1）、蓄能器（2）、主通路(3)、脉动分流通路（4）、第一，二外周阻力器（8，9）、储液槽及恒温装置（10）、弹性基底培养腔（11）、流体参数测控系统，其特征在于： 所述弹性基底培养腔（11）内部通过一组滚轮（6）连接弹性基底（5），滚轮（6）的驱动轴连接步进电机（7），弹性基底培养腔（11）上底板上设有CO2进出气口和透明观察窗（15），弹性基底培养腔（11）的进液口（13）通过蓄能器（2）连接心泵（1），心泵（1）进液口连接储液槽及恒温装置（10），弹性基底培养腔（11）的出液口（14）连接储液槽及恒温装置（10）的回液口，弹性基底培养腔（11）通过进、出液口（13，14）连至整个装置，主通路(3)和脉动分流通路（4）中分别连接有第一外周阻力器（8）和第二外周阻力器（9），弹性基底培养腔（11）内设有温控传感器和与步进电机（7）连接的扭力传感器，弹性基底培养腔（11）进、出液口（13，14）上分别设有压力传感器和流量传感器，且温控传感器、流量传感器和压力传感器分别与流体参数测控系统中的数据采集板及计算机连接，扭力传感器与高精度步进电机控制系统连接。
2.根据权利要求1所述的血管内皮细胞弹性基底培养装置，其特征在于：所述弹性基底培养腔（11）由上下底板构成，下底板为内皮细胞培养腔，腔内部包含由硅胶片构成的弹性基底（5），弹性基底（5）上面种植有内皮细胞（12）。
3.根据权利要求1所述的血管内皮细胞弹性基底培养装置，其特征在于：所述心泵（1）为脉动泵。
4.根据权利要求1所述的血管内皮细胞弹性基底培养装置，其特征在于：所述第一，二外周阻力器（8，9）由节流阀构成。
5.根据权利要求1所述的血管内皮细胞弹性基底培养装置，其特征在于：所述储液槽及恒温装置（10），储液槽里存储内皮细胞培养所需液体培养液。
6.根据权利要求1所述的血管内皮细胞弹性基底培养装置，其特征在于：所述弹性基底培养腔（11）有一个长50mm、宽30mm的流场，植有内皮细胞的弹性基底（5）处在该流场中。
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| 纳米仿生组织工程血管体外构建的实验研究;郑晓兵等;《中国修复重建外科杂志》;20080115(第01期);全文 * |
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