CN105950466A - 一种可修正弹性基底应力松弛的血管内膜实验装置 - Google Patents

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杨乾
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Abstract

本发明涉及一种可修正弹性基底应力松弛的血管内膜实验装置，该装置包括：上底板组件，用于与外部设备形成回路，为细胞培养提供脉动流环境；下底板组件，与上底板组件通过螺钉均匀压紧形成一个流动的细胞培养空间，该下底板组件包括弹性基底，用于为细胞提供切应力、正应力和张应力，同时修正弹性基底的应力松弛；参数测控组件，分布在上、下底板组件上，用于实时采集监测所述装置内的各项参数。与现有技术相比，本发明具有温度稳定、应力环境稳定以及可修正弹性基底的应力松弛等优点。

Description

一种可修正弹性基底应力松弛的血管内膜实验装置
技术领域
本发明涉及一种血管内膜实验装置，尤其是涉及一种可以对弹性基底应力松弛进行修正的实验装置
背景技术
心血管疾病的致死率高于肿瘤，是人类第一杀手，而血管内膜的结构、功能、基因表达等与心血管疾病关系密切。研究表明，血管内膜细胞能识别血流产生的切应力、正应力和张应力，并将这些力学信号传递到细胞内部从而刺激细胞的形态、功能和基因表达等的改变。为深入研究血管内膜细胞结构的变异与心血管疾病之间的关系，需要对血管内膜细胞进行培养。由于在体研究的复杂性，建立一种接近人体血液力学环境的血管内膜体外实验装置是很有必要的。
血管内膜体外实验装置中的弹性基底为硅胶片。实验表明，硅胶片在拉伸过程中存在应力松弛现象(材料在维持恒定形变时，应力会随时间的增长而减小)。当硅胶片应力松弛达到一定程度时，装置的力学参数会产生误差，影响细胞培养过程中的力学数据，最终会对临床实验产生误导。数据的准确性是实验装置的基本条件，也是应用于临床实验的重要前提，所以对弹性基底应力松弛的修正至关重要。
发明内容
本发明的目的是针对上述问题提供一种可修正弹性基底应力松弛的血管内膜实验装置，不仅可为血管膜细胞提供正应力、切应力和张应力，还可实现对弹性基底在拉伸过程中出现的应力松弛现象进行修正。当拉伸过程中弹性基底出现应力松弛现象并达到一定程度时，装置可对弹性基底的应力松弛进行修正，以使装置的力学环境更接近人体血液动力学环境，从而提高培养装置的可靠性。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种可修正弹性基底应力松弛的血管内膜实验装置，该装置包括：
上底板组件，用于与外部设备形成回路，为细胞培养提供脉动流环境；
下底板组件，与上底板组件通过螺钉均匀压紧形成一个流动的细胞培养空间，该下底板组件包括弹性基底，用于为细胞提供切应力、正应力和张应力，同时修正弹性基底的应力松弛；
参数测控组件，分布在上、下底板组件上，用于实时采集监测所述装置内的各项参数。
所述外部设备包括模拟心脏周期性射血的心泵和模拟血压调节的蓄能器。
所述上底板组件包括上底板以及分别位于上底板两端的进液口和出液口，所述进液口和出液口与外部设备形成回路。
所述上底板上还设有透明观察窗。
所述下底板组件包括下底板以及位于下底板上的基座、滚轮、联轴器和步进电机，所述弹性基底一端固定在基座上，另一端固定在滚轮上，所述滚轮通过联轴器与步进电机相连，步进电机带动滚轮转动，滚轮带动弹性基底拉伸，实现切应力、正应力和张应力的提供以及弹性基底应力松弛的修正。
所述弹性基底为硅胶片。
所述参数测控组件包括：
拉力传感器，位于弹性基底与基座的固定连接处，用于测量弹性基底受到的张应力；
光电传感器，位于滚轮的轮轴处，用于测量弹性基底的应变量；
压力传感器，位于上底板的两端，用于测量装置内部近端和远端的压力；
流量传感器，位于进液口处，用于测量装置内的瞬时流量和总体流量；
温度传感器，位于出液口处，用于测量培养液温度；
计算机，分别连接拉力传感器、光电传感器、压力传感器、流量传感器和温度传感器，接收所述装置内的各项参数。
所述装置为十字型装置。
与现有技术相比，本发明可为细胞培养提供温度相对稳定的脉动流环境，可为细胞提供正应力、切应力和张应力，还可对弹性基底的应力松弛进行修正，具有以下有益效果：
(1)本发明中调整滚轮的角度可以更改弹性基底的初始位置，可以对弹性基底的应力松弛进行修正，使弹性基底为细胞提供稳定的应力环境；
(2)本发明中电机带动滚轮转动实现弹性基底伸缩，可以为细胞提供正应力、切应力和张应力；
(3)本发明中采用拉力传感器和光电传感器测量弹性基底受到的张应力和应变量，可以及时发现弹性基底是否发生松弛，并及时进行修正；
(4)本发明中采用压力传感器同时测量装置内部近端和远端的压力，即测得了模拟心脏近端和远端的压力值，仿真度较高；
(5)本发明中采用温度传感器进行实时监测，可以为细胞培养提供温度相对稳定的脉动流环境。
附图说明
图1为本发明实验装置的下底板组件示意图；
图2为本发明实验装置的上底板组件示意图；
其中，1为弹性基底，2为滚轮，3为联轴器，4为步进电机，5为基座，6为进液口，7为出液口，8为透明观察窗，9为拉力传感器，10为光电传感器，11为压力传感器，12为流量传感器，13为温度传感器。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
本发明是要提供一种可修正弹性基底应力松弛的血管内膜实验装置，包括：上底板组件、下底板组件和参数测控组件，其中，上底板组件用于与外部设备形成回路，为细胞培养提供脉动流环境；下底板组件与上底板组件通过螺钉均匀压紧形成一个流动的细胞培养空间，该下底板组件包括弹性基底1，用于为细胞提供切应力、正应力和张应力，同时修正弹性基底的应力松弛，装置使用时，弹性基底1上植有血管内膜细胞；参数测控组件分布在上、下底板组件上，用于实时采集监测所述装置内的各项参数。
该装置中，对弹性基底1进行拉伸时可为内皮细胞提供张应力张应变，在拉伸过程中，当弹性基底1出现应力松弛并达到一定程度时，此装置可对弹性基底1的应力松弛进行修正，使弹性基底1为细胞提供稳定的应力环境，从而提高培养装置的可靠性。
如图1所示，下底板组件包括下底板以及位于下底板上的基座5、滚轮2、联轴器3和步进电机4，弹性基底1通过压板一端固定在基座5上，另一端固定在滚轮2上，滚轮2通过联轴器3与步进电机4相连，步进电机4带动滚轮2转动，滚轮2带动弹性基底1拉伸，为内膜细胞提供切应力、正应力和张应力，并修正弹性基底1应力松弛。
如图2所示，上底板组件包括上底板以及分别位于上底板两端的进液口6和出液口7，进液口6和出液口7与外部设备形成回路，为细胞培养提供脉动流环境。外部设备包括模拟心脏周期性射血的心泵和模拟血压调节的蓄能器。上底板上还设有可用于观察血管内膜细胞生长状况的透明观察窗8。
上底板和下底板通过16个螺钉5均匀压紧组成一“十字”型实验装置。本实施例，该实验装置的横向可形成一个长70mm、宽30mm、高0.5mm的流场，植有内膜细胞的弹性基底1处在该流场中。纵向可实现对弹性基底1的拉伸，为弹性基底1提供张应力张应变。培养液从进液口6横向流到出液口7为植在弹性基底上的内膜细胞提供切应力，步进电机4对弹性基底1纵向拉伸为内皮细胞提供张应力张应变。
参数测控组件包括拉力传感器9、光电传感器10、压力传感器11、流量传感器12、温度传感器13和计算机，其中，拉力传感器9位于弹性基底1与基座5的固定连接处，用于测量弹性基底1受到的张应力；光电传感器10位于滚轮2的轮轴处，用于测量弹性基底1的应变量；压力传感器11设有两个，分别位于上底板的进液口6、出液口7处，用于测量装置内部近端和远端的压力；流量传感器12位于进液口6处，用于测量装置内的瞬时流量和总体流量；温度传感器13位于出液口7处，用于测量培养液温度；计算机分别连接拉力传感器9、光电传感器10、压力传感器11、流量传感器12和温度传感器13，接收所述装置内的各项参数。
培养腔中，步进电机4转动带动滚轮2转动，对弹性基底1起到拉伸作用，从而给植在弹性基底1上的内膜细胞提供张应力张应变。步进电机4反向转动时弹性基底回缩，张应力张应变减小。拉伸前，系统将弹性基底1拉伸至一个初始位置，此时拉力传感器9测得拉力值为0N(弹性基底1处于临界状态)。拉伸过程中，光电传感器10检测滚轮轴转过的角度，进而得出弹性基底1的应变值。应力应变曲线可在计算机上显示，当弹性基底1出现应力松弛并达到一定程度时，滚轮2转过一定角度，将弹性基底1拉伸至一个新的初始位置对松弛部分进行修正，使张应力与松弛前保持在相同的水平。
培养过程中，血管内膜细胞的生长状况可通过透明观察窗8进行实时观测。

Claims (8)

1.一种可修正弹性基底应力松弛的血管内膜实验装置，其特征在于，该装置包括：
上底板组件，用于与外部设备形成回路，为细胞培养提供脉动流环境；
下底板组件，与上底板组件通过螺钉均匀压紧形成一个流动的细胞培养空间，该下底板组件包括弹性基底，用于为细胞提供切应力、正应力和张应力，同时修正弹性基底的应力松弛；
参数测控组件，分布在上、下底板组件上，用于实时采集监测所述装置内的各项参数。
2.根据权利要求1所述的可修正弹性基底应力松弛的血管内膜实验装置，其特征在于，所述外部设备包括模拟心脏周期性射血的心泵和模拟血压调节的蓄能器。
3.根据权利要求1所述的可修正弹性基底应力松弛的血管内膜实验装置，其特征在于，所述上底板组件包括上底板以及分别位于上底板两端的进液口和出液口，所述进液口和出液口与外部设备形成回路。
4.根据权利要求3所述的可修正弹性基底应力松弛的血管内膜实验装置，其特征在于，所述上底板上还设有透明观察窗。
5.根据权利要求3所述的可修正弹性基底应力松弛的血管内膜实验装置，其特征在于，所述下底板组件包括下底板以及位于下底板上的基座、滚轮、联轴器和步进电机，所述弹性基底一端固定在基座上，另一端固定在滚轮上，所述滚轮通过联轴器与步进电机相连，步进电机带动滚轮转动，滚轮带动弹性基底拉伸，实现切应力、正应力和张应力的提供以及弹性基底应力松弛的修正。
6.根据权利要求5所述的可修正弹性基底应力松弛的血管内膜实验装置，其特征在于，所述弹性基底为硅胶片。
7.根据权利要求5所述的可修正弹性基底应力松弛的血管内膜实验装置，其特征在于，所述参数测控组件包括：
拉力传感器，位于弹性基底与基座的固定连接处，用于测量弹性基底受到的张应力；
光电传感器，位于滚轮的轮轴处，用于测量弹性基底的应变量；
压力传感器，位于上底板的两端，用于测量装置内部近端和远端的压力；
流量传感器，位于进液口处，用于测量装置内的瞬时流量和总体流量；
温度传感器，位于出液口处，用于测量培养液温度；
计算机，分别连接拉力传感器、光电传感器、压力传感器、流量传感器和温度传感器，接收所述装置内的各项参数。
8.根据权利要求1所述的可修正弹性基底应力松弛的血管内膜实验装置，其特征在于，所述装置为十字型装置。
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