CN105482996B - 三维细胞培养支架力学刺激加载装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种三维细胞培养支架力学刺激加载装置，包括电机、偏心轮、滑块、滑轨、夹板和培养皿，所述的电机驱动偏心轮转动，偏心轮推动滑块沿滑轨远离电机转轴运动，滑块在弹簧的作用下沿滑轨朝向电机转轴运动；所述培养皿的两侧各开一个通孔，两块平行的夹板位于培养皿中，穿过培养皿的通孔，分别与滑轨和滑块相连，实验样品夹在左右两块夹板之间，放置于培养皿中；所述的实验样品为接种了细胞的三维细胞培养支架。本发明具有原理和结构简单、成本低廉、操作方便、工作稳定的优势，配套培养皿和夹持装置可减少对细胞的污染。

Description

三维细胞培养支架力学刺激加载装置

技术领域

本发明属于生物力学领域，涉及一种对三维细胞培养支架施加循环往复拉伸压缩力学刺激的装置。

背景技术

生物体内的细胞处在一个充满各种力学刺激的环境中，运动时骨骼运动对细胞产生拉伸、收缩、扭转等作用，吃饭时消化道的蠕动，体液流动造成的剪切力作用等，生活中即使是一个简单的动手指动作都会给体内细胞带来力学刺激。众所周知，运动有益身体健康，在体内，正常的生物力学刺激也是骨组织平衡、胚胎发育等正常生理过程所必需的，有研究发现，不同的力学刺激会对细胞的生长、增殖、分化等生命活动产生很大的影响，异常的生物力学刺激也会产生如骨质疏松等疾病。

拉伸和压缩是体内最常见的力学刺激，多年来众多研究者加入到细胞体内力学刺激的体外模拟研究中。目前关于拉伸和压缩力学刺激下细胞作用的研究主要包括两个方面：一种是二维培养条件下的力学刺激，包括对弹性膜的两点力学拉伸、四点力学拉伸以及气压式力学作用等，通过膜的弹性作用对培养在弹性膜上的细胞产生力学刺激作用，这种加载方式最大的缺点是弹性膜上各个部分的形变不均一；一种是三维培养条件下的力学刺激，包括固定形变下的力学刺激，即研究固定应力或应变条件对细胞培养的影响，这种研究属于静态力学刺激下的细胞培养研究。动态力学刺激下的细胞培养研究有利用压电陶瓷片、丝杠、连杆机构等实现的力学刺激，这些机构的共同缺点在于稳定性不够。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种三维细胞培养支架力学刺激加载装置，利用偏心轮将圆周运动转换成水平运动对三维细胞培养支架及培养在支架上的细胞施加拉伸和压缩力学刺激，该种方法具有原理和结构简单、成本低廉、操作方便、工作稳定的优势，配套培养皿和夹持装置可减少对细胞的污染。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：包括电机、偏心轮、滑块、滑轨、夹板和培养皿。

所述的电机驱动偏心轮转动，偏心轮推动滑块沿滑轨远离电机转轴运动，滑块在弹簧的作用下沿滑轨朝向电机转轴运动；所述培养皿的两侧各开一个通孔，两块平行的夹板位于培养皿中，穿过培养皿的通孔，分别与滑轨和滑块相连，实验样品夹在左右两块夹板之间，放置于培养皿中；所述的实验样品为接种了细胞的三维细胞培养支架。

所述的偏心轮是一个沿直径方向挖有通孔槽的圆盘，通过调节电机转轴在通孔槽的位置控制滑块运动的振幅。

本发明的有益效果是：

本发明提供了一种新的细胞力学刺激加载体系，即利用偏心轮将圆周运动转换成水平运动，该种方法具有原理和结构简单、成本低廉、操作方便、工作稳定的优势。

本发明可为三维细胞培养支架及培养在支架上的细胞施加持续周期往复可调左右拉伸和压缩力学刺激。

本发明设计了配套培养皿和夹持装置，可从最大程度上减少对细胞的污染。

附图说明

图1是三维细胞培养支架力学刺激加载装置俯视图；

图2是三维细胞培养支架力学刺激加载装置主视图；

图3是配套培养皿整体透视图；

图4是配套培养皿与夹持装置的配合图；

图中，1—电机固定座；2—电机；3—滑块；4—轴承；5—偏心轮；6—滑轨固定座；7—弹簧；8—夹板固定板；9—夹板；10—培养皿；11—样品；12—底座；13—滑轨；14—通孔槽；15—滚珠；16—皿盖；17—夹持装置出口槽；18—皿身。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明，本发明包括但不仅限于下述实施例。

本发明提供一种对三维细胞培养支架施加力学刺激的加载装置，由驱动系统、传动系统、夹持装置和配套培养皿组成，驱动系统通过传动系统将圆周运动转换为夹持装置的水平运动，进而对夹持的细胞培养三维支架及培养在支架上的细胞施加水平拉伸和压缩力学刺激。

上述装置选用电机作为驱动系统，所用电机可选用但不限于直流电机、步进电机、同步电机，通过调节电机的转速可以调节运动的频率。

上述传动系统由偏心轮、弹簧、滑轨组成。滑轨固定，滑块在滑轨中可左右运动。电机带动偏心轮旋转，偏心轮和弹簧分别推动和拉回滑块，使滑块左右运动。

上述偏心轮是一个沿直径方向挖有通孔槽的圆盘，通过调节电机转轴在通孔槽的位置可以控制运动的振幅，当电机转轴在圆盘圆心时，滑块不做运动。

上述滑轨可选用但不限于圆形滑轨、矩形滑轨、圆柱形滑轨。

上述夹持装置由左右两块夹板组成，左右两块夹板分别与滑轨和滑块相连，滑块左右运动时，左边夹板固定，右边夹板左右运动，实验样品夹在左右两块夹板之间。夹持装置和样品均放置于配套培养皿中。

上述样品为接种了细胞的三维细胞培养支架。

上述培养皿和夹持装置根据实验操作需要，为避免污染特殊设计。培养皿两个侧面各开一条通孔槽，夹持装置设计成Z字形，Z字形夹持装置的一端可以从培养皿侧面的通孔槽伸出来再与外部的传动系统连接，从极大程度上减小了对细胞的污染。

上述夹持装置和配套培养皿选用医用不锈钢材料或标准细胞培养皿玻璃和塑料材质。

图1是本发明的整体装置俯视图，由电机2带动偏心轮5旋转，当电机转轴不在偏心轮5圆心时，偏心轮5推动滑块3在滑轨13内水平向右运动，偏心轮5转回时，弹簧7拉动滑块3随偏心轮5向左运动，依此循环。样品11夹在左右两块夹板9之间，左边夹板9由夹板固定板8固定于滑轨13上，右边夹板9由夹板固定板8固定于滑块3上，所以，当偏心轮5和弹簧7带动滑块3左右运动时，样品11左端固定不动，右端做左右水平运动。

上述滑块3左端安装轴承4，可以减小滑块3与类似偏心轮5之间的磨损。

上述夹板9上设有多个样品安装槽，所述样品包括高分子材料、金属材料等三维细胞培养支架。

图2是本发明的整体装置主视图，电机2固定于电机固定座1上，滑轨固定于滑轨固定座6中，电机固定座1和滑轨固定座6固定在装置底座12上。弹簧7一端固定于左边滑轨固定座6上，另一端固定于滑块3上，滑块3运动时，样品11左端固定不动，右端随滑块3运动。

上述滑块3与滑轨13之间安装滚珠15，减小滑块3与滑轨13之间的磨损。

图3是本发明的配套培养皿三维图，在细胞培养皿两个侧面各开一条夹持装置出口槽17，夹持装置设计成Z字形，Z字形夹持装置的一端可以从培养皿侧面的夹持装置出口槽17伸出来再与外部的传动系统连接，图4展示了配套培养皿和夹持装置的装配。

上述培养皿和夹持装置可从夹板固定板8上拆卸，拆卸处位于配套培养皿外，方便对细胞进行换液或观察，同时也能减小污染。

在本发明装置中进行细胞培养的具体操作方法如下：

第一步：装置的清洗与消毒。用丙酮清洗装置零部件及安装所需的工具，后用一蒸水擦洗，再用95％酒精擦洗，最后用紫外灯照射。

第二步：装置的组装与调试。在超净台内按照附图所示将装置安装完毕，根据实验设计选好电机转轴在通孔槽的位置。

第三步：实验器材准备。准备吸管、培养皿、烧杯、离心管、枪头等细胞培养用器材，并对不同的器材采取相应的灭菌方式进行灭菌消毒。

第四步：细胞培养液配置。针对选用的细胞以及培养目的选择相应的细胞培养液配方配置细胞培养液，并进行灭菌消毒，或选用商业细胞培养液。

第五步：细胞接种。在三维细胞培养支架上接种适度密度的细胞。

第六步：细胞培养。将接种有细胞的三维细胞培养支架固定到夹板上，在配套培养皿中加入适量细胞培养液，然后将三维细胞培养支架力学刺激加载装置放入二氧化碳细胞培养箱中，选取合适的电机转速。

第七步：细胞观察。定期给细胞换液并观察细胞生长状况等。

上述操作方法是本装置的通用操作方法，针对不同细胞的培养要求也可做相应的改变。同时可通过调节电机的转速和电机转轴在通孔槽的位置对细胞施加不同频率和振幅的力学刺激。

Claims (1)

1.一种三维细胞培养支架力学刺激加载装置，其特征在于由驱动系统、传动系统、夹持装置和配套培养皿组成，

所述驱动系统为电机，通过调节电机的转速可以调节运动的频率；

所述传动系统由偏心轮、弹簧、滑轨组成；滑轨固定，滑块在滑轨中可左右运动；电机带动偏心轮旋转，偏心轮和弹簧分别推动和拉回滑块，使滑块左右运动；

所述偏心轮是一个沿直径方向挖有通孔槽的圆盘，通过调节电机转轴在通孔槽的位置可以控制运动的振幅，当电机转轴在圆盘圆心时，滑块不做运动；

所述夹持装置由左右两块夹板组成，左右两块夹板分别与滑轨和滑块相连，滑块左右运动时，左边夹板固定，右边夹板左右运动，实验样品夹在左右两块夹板之间；夹持装置和样品均放置于配套培养皿中；

培养皿两个侧面各开一条通孔槽，夹持装置设计成Z字形，Z字形夹持装置的一端可以从培养皿侧面的通孔槽伸出来再与外部的传动系统连接。