CN103756899B - 可用于稳态强磁场效应研究的生物连续培养及显微成像装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种可用于稳态强磁场效应研究的生物连续培养及显微成像装置，包括样品腔、磁场发生装置、温度控制装置、光源及显微成像装置；培养装置包括支架、壳体；温度控制装置包括进水/气口、出水/气口、水/气管，进/水气口、出/水气口设置在外壳，水/气管一端连接进水气口，另一端设置在壳体的双层之间，水/气管盘旋在壳体的双层之间；光源及显微成像装置包括光纤、柱状透镜、目镜，光纤一端连接光源，另一端位于在样品腔底部并且设置有电子放大内镜，柱状透镜一端接入光纤，另一端安装目镜。本发明的特点在于该装置适用于多种细胞及小型动物的连续培养与实时观测，可长时间保持样品腔磁场强度稳定，样品放置操作简单易控，适用于高精度稳态磁场生物学研究。

Description

可用于稳态强磁场效应研究的生物连续培养及显微成像装置
技术领域
本发明涉及一种可用于稳态强磁场效应研究的生物连续培养及显微成像装置，主要应用于稳态高强磁场中连续长时间暴露和动态观测过程的技术领域。
背景技术
稳态强磁场技术是目前在材料学、工程学和医学领域广泛应用的一种技术。目前可用于研究磁场生物效应的装置较少，且样品的暴露条件过于依赖磁场发生装置的样品腔，存在无法长期连续培养和动态观测等技术缺陷。中国专利（公开号CN101892219A）采用的磁场暴露方法，磁场位于细胞培养瓶的底部，虽然通过选择培养瓶的方法可保证细胞所受磁场暴露值一致，但其无法保证处于培养瓶不同高度的细胞所暴露的磁场强度一样，温度和空气环境（无法实现5%CO2的气体环境）不适用于细胞长期暴露。该方法只适用于贴壁细胞，若使用悬浮细胞，每个细胞受到的磁场暴露强度便存在差异。并且该磁场范围值仅为0.05—0.3T。中国专利（CN101755516A）采用超强永久磁铁处理种子，使用传送带的方法传送。虽然该方法可以大量处理种子，但磁场暴露强度值固定，为0.3T。不适用于除植物外的其他生命体的磁场暴露实验，且其暴露剂量难以计算，不适用于科学研究。中国专利（CN102300450A）采用电磁场处理植物的方法，其脉冲时间为0.1—0.3秒，磁场强度为2×10-6—1×10-4T。其脉冲产生装置位于植物或种子的下方，该方法无法产生稳态磁场，且磁场强度较小。由此可见，现有的稳态强磁场生物样品暴露方法存在磁场强度较低，实现均一场强的样品腔体积太小，暴露气体环境难以控制，无菌环境难以保证，无法在线监测等缺点。
因此研制一种适用于生物样品的磁场暴露装置，且具备动植物及细胞均适用、温度和气体成分可调控并能够实时显微观察和监测的条件，具有非常重要的应用价值。同时也是一个技术难点，本发明正是针对上述问题，着重围绕连续培养，温度和气体控制，动态观测等方面进行改进。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种可用于稳态强磁场效应研究的生物连续培养及显微成像装置，解决了以往磁场强度较低，实现均一场强的放置区体积太小，暴露气体环境难以控制，灭菌过程难以实现，无法实时在线观测等缺点，克服了现有技术的不足。
本发明是通过以下技术方案来实现的。
一种可用于稳态强磁场效应研究的生物连续培养及显微成像装置，包括样品腔、磁场发生装置、温度控制装置、光源及显微成像装置；
上述样品腔包括支架、壳体，上述壳体为双层结构并罩住上述支架，上述支架顶面开放；
上述温度控制装置包括进水/气口、出水/气口、水/气管，上述进水/气口、出水/气口设置在上述壳体外层，上述水/气管一端连接上述进水/气口，另一端设置在上述壳体、支架之间，上述水/气管盘旋在上述壳体的双层之间；
上述光源及显微成像装置包括光纤、柱状透镜、目镜，上述光纤一端连接光源，另一端位于在上述放置区底部并且设置有电子放大内镜，上述柱状透镜一端接入上述光纤，另一端安装上述目镜。
进一步地，上述进水/气口连接有输气瓶，上述输气瓶输出端设置有加热器。
进一步地，上述进水/气口并联连接有恒温控制槽。
进一步地，上述进水/气口和上述出水/气口设置在上述壳体外层的下部，上述水/气管设置在上述壳体的双层之间的端口设置在上述壳体的双层之间的上部。
进一步地，上述稳态强磁场效应研究的生物连续培养及显微成像装置还包括温度预警装置，上述温度预警装置包括温度检测器、至少三个温度探头，上述温度探头均连接上述温度检测器，上述温度探头均设置在上述样品腔内并且监控范围覆盖了上述样品腔的不同部位。
进一步地，上述稳态强磁场效应研究的生物连续培养及显微成像装置还包括气体浓度控制装置，上述气体浓度控制装置包括输气管、高压气瓶、减压阀、气压表，上述输气管一端连接高压气瓶，另一端伸入上述放置区内，上述减压阀设置在上述高压气瓶处，上述输气管和高压气瓶之间装配上述气压表。
进一步地，上述气体出口还装配有气体成分检测仪。
进一步地，上述显微成像装置还包括有在线观测设备，上述观测设备设置在上述培养装置之外。
进一步地，上述光源及显微成像装置还包括有辅助光源，上述辅助光源设置在上述放置区的上方。
本发明的有益效果：
本发明提供的装置集成了温度控制、气体控制、显微实时观测的功能，该装置适用的生物样品范围广，可用于动植物及细胞学实验；该装置对温度和气体的控制精确，可满足不同实验条件要求。该装置可实现显微成像并可完成实时动态监测的要求。该装置操作过程简单易控，适用于高精度稳态磁场实验。
附图说明
图1为本实施可用于稳态强磁场效应研究的生物连续培养及显微成像装置位于AmericanMagnetics磁场发生装置中的位置结构示意图；
图2为本实施案例可用于稳态强磁场效应研究的生物连续培养及显微成像装置的结构示意图；
图3为本实施案例温度控制装置以及温度预警装置的结构示意图；
图4为本实施案例气体浓度控制装置的结构示意图；
图5为本实施案例光源及显微成像装置的结构示意图。
具体实施方式
下面根据附图和实施例对本发明作进一步详细说明。
图2为本实施案例可用于稳态强磁场效应研究的生物连续培养及显微成像装置的结构示意图，参照图2，本发明，可用于稳态强磁场效应研究的生物连续培养及显微成像装置，包括样品腔、磁场发生装置、温度控制装置、光源及显微成像装置、温度预警装置、气体浓度控制装置。
样品腔包括支架11、壳体12，壳体12为双层结构并罩住支架11，支架11顶面开放，支架11上半部分设置为放置区13。
对于支架11，支架11由304不锈钢制成，支架11的高度在8-12cm，直径在5-7cm，304不锈钢的材质在AmericanMagnetics磁体的0—10T范围内适用，本实施案例的放置区13是是目前稳态强磁场的放置区体积的16倍左右。
图3为本实施案例温度控制装置以及温度预警装置的结构示意图，参照图3并结合图1，温度控制装置包括进水/气口21、出水/气口22、水/气管23，其中，进水/气口21、出水/气口22设置在壳体12，水/气管23一端连接进水/气口21，另一端设置在壳体12的双层之间，水/气管23盘旋在壳体12、支架11之间。
进水/气口21连接有输气瓶24，输气瓶24输出端设置有加热器25，同时进水/气口21并联连接有恒温控制槽26。
在本实施案例中，进水/气口21和出水/气口22设置在壳体12的下部，水/气管23设置在壳体12、支架11之间的端口设置在壳体12的双层之间的上部。
其中，水/气管23采用紫铜管，紫铜材质也可在此范围内不受磁力的影响。通过水/气管23以及相配套的各个装置，将液体送至整个装置的上部，自上而下充满整个放置区13外部,以此可精确控制温度范围为0—40摄氏度。
温度预警装置包括温度检测器31、至少三个温度探头32，温度探头32采用温度敏感探头PT100，温度探头32均连接温度检测器31，温度探头32均设置在样品腔内并且监控范围覆盖了样品腔的不同部位。
温度预警装置实现±0.1℃的精确温控，并可实时监测，超出范围值迅速报警。
图4为本实施案例气体浓度控制装置的结构示意图，参照图4并结合图1，气体浓度控制装置包括输气管41、高压气瓶42、气体出口43、气压表44，输气管41一端连接高压气瓶42，另一端伸入放置区13内，气体出口43设置在样品支架11的底部，输气管41和高压气瓶42之间装配气压表44，同时气体出口43处装配有气体成分检测仪45。
针对不同的气体成分，可以设置相应的成分检测仪。
气体浓度控制装置可实现放置区内的特殊气体成分要求，满足细胞培养或者厌氧细菌培养所需的特殊气体条件；能够实现不同气体的要求以满足细胞（95%空气和5%CO2）及厌氧菌（N2）的生长条件。
图5为本实施案例光源及显微成像装置的结构示意图，参照图5并结合图1，光源及显微成像装置包括光纤51、柱状透镜52、目镜53，光纤51一端连接光源54，光源54为汞灯荧光光源，另一端位于在放置区13底部并且设置有电子放大内镜55，柱状透镜52一端接入光纤51，另一端安装目镜53，电子放大内镜内设置有45°棱镜。
光源及显微成像装置还包括有辅助光源56，辅助光源56设置在放置区13的上方，辅助光源56为卤素光源或普通光源。
通过光纤导出成像，可实现对生物体暴露过程中的动态观测；由电子放大内镜改装成的能够在0—200倍范围内放大的实时观测系统。
本发明，可用于稳态强磁场效应研究的生物连续培养及显微成像装置，该装置适用的生物样品范围广，可用于动植物及细胞学实验；该装置对温度和气体的控制精确，可满足不同实验条件要求。该装置可实现显微成像并可完成实时动态监测的要求。该装置操作过程简单易控，适用于高精度稳态磁场实验。
该发明所述生物样品培养和暴露装置以AmericanMagnetics公司的磁场发生装置为依托，自主设计了生物样品磁场暴露装置，根据该磁体的磁场条件，可在10cm的高度，直径6cm的范围内实现0—10T的均一场强。其非磁性合金（如不锈钢和紫铜等）的材质保证了该装置不会因为磁场强度的变化而受力，同时其气体循环系统，温度控制和预警系统保证了样品腔内的气体成分和温度可以受到精确控制，其光源系统和显微成像系统可实现对稳态磁场中生物样品的动态观测。该发明针对哺乳动物细胞设定了37摄氏度的精确温度控制，并使样品腔区域空气成分为5%CO2和95%空气；针对秀丽隐杆线虫设定了20摄氏度的温度控制和卤素灯的照明及动态观测系统；针对厌氧菌设定了N2的空气环境。该发明并不局限于AmericanMagnetics公司的磁场发生装置，也不局限于所选测试生物样品类型。可根据其他磁场发生装置的特征及所选生物样品的培养需要做出适应性的改变。
实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此领域技术的人士能够了解本发明内容并加以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (5)

1.一种可用于稳态强磁场效应研究的生物连续培养及显微成像装置，其特征在于，包括样品腔、磁场发生装置、温度控制装置、光源及显微成像装置；
所述样品腔包括支架、壳体，所述壳体为双层结构并罩住所述支架，所述支架顶面开放；
所述温度控制装置包括进水/气口、出水/气口、水/气管，所述进水/气口、出水/气口设置在所述壳体外层，所述水/气管一端连接所述进水/气口，另一端设置在所述壳体、支架之间，所述水/气管盘旋在所述壳体的双层之间；
所述光源及显微成像装置包括光纤、柱状透镜、目镜，所述光纤一端连接光源，另一端位于所述样品腔底部，并且设置有电子放大内镜，所述柱状透镜一端接入所述光纤，另一端安装所述目镜；
所述稳态强磁场效应研究的生物连续培养及显微成像装置还包括温度预警装置，所述温度预警装置包括温度检测器、至少三个温度探头，所述温度探头均连接所述温度检测器，所述温度探头均设置在所述样品腔内并且监控范围覆盖了所述样品腔的不同部位；
所述稳态强磁场效应研究的生物连续培养及显微成像装置还包括气体浓度控制装置，所述气体浓度控制装置包括输气管、高压气瓶、减压阀、气压表，所述输气管一端连接高压气瓶，另一端伸入所述样品腔内，所述减压阀设置在所述高压气瓶处，所述输气管和高压气瓶之间装配所述气压表；
所述进水/气口连接有输气瓶，所述输气瓶输出端设置有加热器。
2.根据权利要求1所述的可用于稳态强磁场效应研究的生物连续培养及显微成像装置，其特征在于，所述进水/气口并联连接有恒温控制槽。
3.根据权利要求2所述的可用于稳态强磁场效应研究的生物连续培养及显微成像装置，其特征在于，所述进水/气口和所述出水/气口设置在所述壳体外层的下部，所述水/气管设置在所述壳体的双层之间的端口设置在所述壳体的双层之间的上部。
4.根据权利要求1所述的可用于稳态强磁场效应研究的生物连续培养及显微成像装置，其特征在于，所述气体出口处还装配有气体成分检测仪。
5.根据权利要求1所述的可用于稳态强磁场效应研究的生物连续培养及显微成像装置，其特征在于，所述光源及显微成像装置还包括有辅助光源，所述辅助光源设置在所述样品腔的上方。
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