CN107988073B - 分体式数字控制压力可调高压细胞培养装置及其调控方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种分体式数字控制压力可调高压细胞培养装置，包括装置主体和控制装置，所述装置主体和控制装置分体式设置，所述装置主体放置于常规细胞培养箱内，所述控制装置设于常规细胞培养箱外，所述装置主体和所述控制装置通过无线信号或通过数据线进行信息传递。本发明所提供的一种分体式数字控制压力可调高压细胞培养装置，小巧紧凑、结构简洁、安全可靠、功能稳定、使用方便、成本可控，通过分体式结构可不用打开培养箱即可监控和调控压力控制，密封性大大提升，安全性更好，能保持压力舱体内外的温度平衡。

Description

分体式数字控制压力可调高压细胞培养装置及其调控方法

技术领域

本发明涉及生命科学设备技术领域，具体涉及一种分体式数字控制压力可调高压细胞培养装置。

背景技术

心脑血管系统细胞或组织(血管组织)在生理或病理情况下均承受一定的压力，压力条件是其细胞生物学性状改变的一个影响因素。比如：在大气压基础上，设置大气压为0点，高压细胞培养条件下(24KPa及以下压应力)可促进血管内皮细胞分泌PDGF、内皮素、胞-基质粘着蛋白(纤维连接蛋白、层粘连蛋白、IV型胶原蛋白)等蛋白分子，促进血管内皮细胞增殖，下调内皮型一氧化氮合成酶(eNOS)mRNA表达水平，减少NO的释放，上调粘附分子P-选择素表达，因此压应力对血管内皮细胞的作用十分明显，不容忽视。鉴于这些在高压环境中表达的特殊性质给研究这类蛋白的生物学功能带来困难，借此高压式细胞培养装置可研究心脑血管系统细胞或组织(血管组织)在高压条件下细胞生物学性状改变，高压细胞培养箱对于模拟体内血压状态，研究压应力对细胞或组织生物化学与分子生物学、生理学、病理生理学、药理学等方面的影响及机制非常重要，对探讨动脉粥样硬化、高血压、脑卒中等心脑血管疾病的发病机制及防治策略均有重大意义。在先专利中201320062475.4，公开了一种高压细胞培养箱，其在使用过程中，出现密封效果不好，培养箱温度过高，或温度分布不均匀等缺点，为解决上述问题中的一项或几项，本发明因此而来。

发明内容

本发明的目的提供一种分体式数字控制压力可调高压细胞培养装置，解决上述现有技术问题中的一个或者多个。

根据本发明的一种分体式数字控制压力可调高压细胞培养装置，其特征在于，包括装置主体和控制装置，所述装置主体和控制装置分体式设置，所述装置主体放置于常规细胞培养箱内，所述控制装置设于常规细胞培养箱外，所述装置主体和所述控制装置通过无线信号或通过数据线进行信息传递。

本发明所提供的一种分体式数字控制压力可调高压细胞培养装置，小巧紧凑、结构简洁、安全可靠、功能稳定、使用方便、成本可控，密封性大大提升，安全性更好，能保持压力舱体内外的温度平衡。

在一些实施方式中，所述装置主体包括基座和压力舱体，所述压力舱体为横卧圆筒状，压力舱体包括中空圆筒状的筒体、设于所述筒体两端面周圈的环形加强块、设于所述筒体一端的圆弧舱底、设于连接所述筒体另一端面的密封舱门和设于所述筒体内的第一隔板与第二隔板，所述基座与所述加强块固连，所述基座内设有蓝牙装置。控制装置内亦设有蓝牙装置，控制装置和基座可通过蓝牙装置进行数据信息通信；控制装置亦可通过数据线连接所述基座。此设计使得装置主体小巧紧凑、结构简洁、安全可靠、功能稳定、使用方便、成本可控。

在一些实施方式中，所述基座包括充气泵、进气口、第一排气阀和第二排气阀，所述充气泵与所述筒体相连接，所述进气口、第一排气阀和第二排气阀均与所述筒体相连通，所述筒体上还设有压强感受器和安全阀。在微电脑控制下，通过充气泵持续充气加压，可同时通过控制两个排气阀以一定的频率交替按照不同的压强阈值开放排气，如此形成压力舱体内的压强在一定范围内规律波动，能够仿真模拟生理性舒张压和收缩压对细胞的脉冲压力刺激。

在一些实施方式中，所述第一隔板与所述第二隔板平行设置，且所述第一隔板与所述第二隔板均设于所述筒体径向水平面处。筒体由第一隔板与第二隔板分为三层，均可用于培养细胞能充分利用筒体空间，亦可以通过多块隔板将筒体内分隔出更多的小空间用于培养细胞；由于本高压细胞培养装置同常规细胞培养箱配套使用，其内部温度、气体成分、湿度等常规细胞培养条件与细胞培养箱内部环境相同，无需另外设置加热装置、供气装置和盛水盘，使本高压细胞培养装置结构简单、维护方便、体积小巧、使用方便。

在一些实施方式中，所述密封舱门与所述筒体之间通过铰接方式连接，所述密封舱门包括外舱门和内舱门，所述外舱门和所述内舱门固接，所述内舱门的直径小于所述外舱门的直径，所述内舱门为圆柱结构，所述内舱门圆柱表面设有锁死装置。通过此设计能使得密封舱门与筒体的密封性能更好。

在一些实施方式中，所述锁死装置包括锁珠和插销，所述锁珠数量为若干，分别环设于所述内舱门圆柱表面，所述锁珠等距离分布，所述内舱门上设有插孔，所述插销贯穿于所述加强块并插装于所述内舱门上的插孔。密封效果好，不会因筒体内压力过大而使得舱门被顶开。

在一些实施方式中，所述内舱门周圈分布圆孔，所述圆孔内插装有所述锁珠，所述锁珠包括弹簧件和球体珠，所述弹簧件一端固接于所述圆孔内，另一端固接有球体珠，所述球体珠的一半设于圆孔外，所述筒体设有与所述球体珠相匹配连接的凹槽。密封效果更好。

在一些实施方式中，所述内舱门与所述筒体相连接处设有密封圈。密封效果更好。

在一些实施方式中，所述控制装置通过磁性吸附于常规细胞培养箱的箱体或箱门外，所述控制装置包括磁铁、触控屏、微电脑、报警器和蓝牙装置，所述触控屏、微电脑、报警器和蓝牙装置电连接，所述微电脑可数字控制所述装置主体的压力运行模式。通过“压强感受器-微电脑-电磁阀门”控制，数字控制，更为精确。

一种基于分体式数字控制压力可调高压细胞培养装置的压力调控方法，其中，充气泵向压力舱体内持续充气加压，当压强感受器检测到压力舱体舱内压强达到设定数值时，控制电磁排气阀开放排气；根据事先设定的压力模式，由压强感受器监测压力舱体内的压强变化，在微电脑的控制下，通过充气泵持续充气加压，同时通过控制第一排气阀和第二排气阀交替按照不同的压强阈值开放排气用以模拟人体心率(50～100次/分)的频率，如此形成压力舱体内的压强在上述规定的压强阈值范围内规律波动，模拟生理性舒张压和收缩压对细胞的脉冲压力刺激。

附图说明

图1为本发明的一种实施方式的一种分体式数字控制压力可调高压细胞培养装置的结构示意图；

图2为本发明的一种实施方式的一种分体式数字控制压力可调高压细胞培养装置的密封舱门的结构示意图。

具体实施方式

下面结合说明书附图，对本发明进行进一步详细的说明。

如图1中所示，一种分体式数字控制压力可调高压细胞培养装置，包括装置主体10和控制装置3，装置主体10和控制装置3分体式设置，装置主体10放置于常规细胞培养箱内，控制装置3通过磁性吸附于常规细胞培养箱外，装置主体10和控制装置3通过无线信号进行信息传递；装置主体10包括基座1和压力舱体2，压力舱体2为横卧圆筒状，压力舱体2包括中空圆筒状的筒体21、通过焊接固定或螺栓固定于筒体21两端面周圈的环形加强块22、通过焊接或一体成型固定或螺栓固定于筒体21一端的圆弧舱底23、铰接于连接筒体21另一端面的密封舱门24和设于筒体21内的第一隔板25与第二隔板26，圆弧舱底23可以使得压力舱体2的压力和温度得到更好的控制，环形加强块22固定于筒体21两端，并通过基座1与环形加强块22固连，基座1与环形加强块22之间通过连接杆固定连接，基座1其余部位不与环形加强块22接触，表面没有其他附着物，这样使得筒体21四周均与常规细胞培养箱内部环境直接接触，使得压力舱体2内外温度的平衡；控制装置3通过数据线5连接装置主体10，装置主体10和控制装置3分体式设计，控制装置3依靠磁力吸附于常规细胞培养箱外壁或箱门上，便于操作设置和数据观察；装置主体10和控制装置3也可通过无线信号进行数据信息交换，装置主体10的基座1内设有蓝牙装置，控制装置3内亦设有蓝牙装置，控制装置3和基座1可通过蓝牙装置进行数据信息通信；控制装置3包括触控屏31、微电脑32、报警器33和蓝牙装置，触控屏31、微电脑32报警器33和蓝牙装置电连接。

上述中，基座1包括充气泵11、进气口12、第一排气阀13和第二排气阀14，充气泵11与筒体21相连接，充气泵11用于给筒体21内泵气，提高筒体21内的气体压力，进气口12、第一排气阀13和第二排气阀14均与筒体21相连通，筒体21上还设有压强感受器15和安全阀16。基座1内设有充气泵11、第一排气阀13和第二排气阀14，充气泵11可向压力舱体2内持续充气加压，第一排气阀13和第二排气阀14可由微电脑32设定开放压强阈值和控制排气速率；压力感受器、微电脑32、充气泵11、第一排气阀13和第二排气阀14共同组成闭环回路，可以调节培养箱内的气体压强和压力模式。在微电脑32的控制下，通过充气泵11持续充气加压，可同时通过控制第一排气阀13和第二排气阀14以模拟人体心率50～100次/分的频率交替按照不同的压强阈值开放排气，如此形成压力舱体2内的压强在生理或病理情况下收缩压与舒张压之差即脉压差范围内规律波动，能够仿真模拟生理性或病理性舒张压和收缩压对细胞的脉冲压力刺激。

筒体21由第一隔板25与第二隔板26分为三层，均可用于培养细胞，能充分利用筒体空间，亦可以通过多块隔板将筒体内分隔出更多的小空间用于培养细胞。由于本高压细胞培养装置同常规细胞培养箱配套使用，其内部温度、气体成分、湿度等常规细胞培养条件与细胞培养箱内部环境相同，无需另外设置加热装置、供气装置和盛水盘，使本高压细胞培养装置结构简单、维护方便、体积小巧、使用方便。第一隔板25与第二隔板26平行设置，且第一隔板25与第二隔板26均设于筒体21径向水平面处，能够合理利用筒体21的空间。

如图2中所示，密封舱门24与筒体21之间通过铰接方式连接，为达到更好的密封效果，将密封舱门24设计成内外两层，密封舱门24包括外舱门241和内舱门242，外舱门241和内舱门242通过焊接或螺栓固接，内舱门242的直径小于外舱门241的直径，内舱门242为圆柱结构，内舱门242可匹配插装于筒体21内，内舱门242圆柱表面设有锁死装置243，通过此设计能使得密封舱门24与筒体21的密封性能更好，压力舱体2高度密封不漏气，并能很好的承受内部气体的压力。

上述中，锁死装置243包括锁珠2431和插销2432，锁珠2431数量为若干，分别环设于内舱门242圆柱表面，若干锁珠2431等距离分布，内舱门242上开设有插孔，插销2432贯穿于加强块22并插装于内舱门242上的插孔，通过插销2432的设置能使得压力舱体2密封效果好，更可以使得筒体不会因内部压力过大而使得舱门被顶开，安全性大大提升；内舱门242周圈分布圆孔2421，圆孔2421内插装有锁珠2431，锁珠2431包括弹簧件24311和球体珠24312，弹簧件24311一端通过焊接固接于圆孔2421内，另一端通过焊接或螺栓固接有球体珠24312，球体珠24312的一半设于圆孔2421外，筒体21设有与球体珠24312相匹配连接的凹槽，半露在外的球体珠24312可以与凹槽直接更紧密的卡接，使得整体密封性更好，为使得密封性更进一步，内舱门242与筒体21相连接处设有密封圈。

压力舱体2由不锈钢制成，为横卧圆筒状，圆筒底端由圆弧舱底23密封，圆筒开口端设有密封舱门24，密封舱门24与压力舱体2牢固铰接，并设置有密封条和锁死装置243，使高压细胞培养装置的压力舱体2高度密闭不漏气，并能承受额定压强。

压力舱体2内即为高压细胞培养空间，压力舱体2内设有两个隔板，隔板上可放置细胞培养瓶皿。压力舱体2内设有压强感受器15，实时测量值可在控制装置3的触控屏31上实时显示。压力舱体2置于基座1上，压力舱体2通过加强块22与基座的连接杆接触外，没有其它附着物，直接与常规细胞培养箱内环境相接触，由于不锈钢是热的良导体，便于压力舱体2内外温度平衡。

控制装置3为分体式设置，控制装置3壳体上带有磁铁，控制装置依靠磁力可吸附在常规细胞培养箱外壁或箱门表面，使操作设置和数据观察更方便。触控屏31既可输入设定参数，又可实时显示压力舱体2内压强情况。触控屏31的压强设定或显示有KPa和mmHg两种模式。控制装置3上还设有报警器33。

在大气压基础上，设置大气压为0点，高压细胞培养装置压力范围为0～1000KPa，可提供该范围内任意恒定静压力，也可通过微电脑32控制充气泵11持续充气加压，可同时通过控制第一排气阀13和第二排气阀14以模拟人体心率50～100次/分的频率交替按照不同的压强阈值开放排气，如此使压力舱体2内的压强在生理或病理情况下收缩压与舒张压之差即脉压差范围内规律波动，能够仿真模拟生理性或病理性舒张压和收缩压对细胞的脉冲压力刺激。在一定范围内，舒张压强、收缩压强和波动频率可通过控制装置的触控屏任意设定。

高压细胞培养装置设有多重安全保障机制：1、压强感受器检测到压力舱体内压力超过设定警戒阈值时，激活两个电磁排气阀同时开启并自动报警；2、压力舱体2的安全承压上限物理性设定大于充气泵11的充气压力上限；3、压力舱体2设置有安全阀16，安全阀16启动阈值设定为低于压力舱体2的安全承压上限；4、断电时，电磁排气阀自动开放排气，缓慢减压；5、舱内压力大于大气压力时，密封舱门24无法打开。

需要进行高压细胞培养时，将本高压细胞培养装置的装置主体10放置入常规细胞培养箱内，将控制装置3吸附于常规细胞培养箱的外壁，两者通过数据线(或蓝牙)连接。接通电源，通过触控屏31设定好所需压力模式和压强数值，将待培养的细胞培养瓶(皿)置于压力舱体2内的第一隔板25或第二隔板26上，关闭密封舱门24，锁死，开机运行。充气泵11向压力舱体2内持续充气加压，当压强感受器15检测到舱内压强达到设定数值时，控制电磁排气阀开放排气。根据事先设定的压力模式，由压强感受器15监测压力舱体2内的压强变化，在微电脑32控制下，通过充气泵11持续充气加压，同时通过控制两个电磁排气阀以一定的频率交替按照不同的压强阈值开放排气，如此形成压力舱体2内的压强在一定范围内规律波动，模拟生理性舒张压和收缩压对细胞的脉冲压力刺激。

由于舱体位于常规细胞培养箱内，且压力舱体的进气口和排气口均在常规细胞培养箱内，利用常规细胞培养箱提供整体的温度、湿度和气体浓度等细胞培养的必要条件，通过微电脑控制下的强制性气体循环，使压力舱体内外的温度、湿度和气体浓度等细胞培养条件完全相同，高压式细胞培养装置本身专职提供压力环境。

本发明高压式细胞培养装置与常规细胞培养箱配合使用，即可实现细胞高压环境培养。

本发明所提供的一种分体式数字控制压力可调高压细胞培养装置，小巧紧凑、结构简洁、安全可靠、功能稳定、使用方便、成本可控，密封性大大提升，安全性更好，能保持压力舱体内外的温度平衡。

以上所述仅是本发明的优选方式，应当指出，对于本领域普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干相似的变形和改进，这些也视为发明保护之内。

Claims (2)

1.一种分体式数字控制压力可调高压细胞培养装置，其特征在于，包括装置主体(10)和控制装置(3)，所述装置主体(10)和控制装置(3)分体式设置，所述装置主体(10)放置于常规细胞培养箱内，所述控制装置(3)设于常规细胞培养箱外，所述装置主体(10)和所述控制装置(3)通过无线信号或通过数据线(5)进行信息传递；所述装置主体(10)包括基座(1)和压力舱体(2)，所述压力舱体(2)为横卧圆筒状，压力舱体(2)包括中空圆筒状的筒体(21)、设于所述筒体(21)两端面周圈的环形加强块(22)、设于所述筒体(21)一端的圆弧舱底(23)、设于连接所述筒体(21)另一端面的密封舱门(24)和设于所述筒体(21)内的第一隔板(25)与第二隔板(26)，所述基座(1)与所述环形加强块(22)固连，所述控制装置(3)通过数据线(5)连接所述基座(1)，所述基座(1)内设有蓝牙装置；所述基座(1)包括充气泵(11)、进气口(12)、第一排气阀(13)和第二排气阀(14)，所述充气泵(11)与所述筒体(21)相连接，所述进气口(12)、第一排气阀(13)和第二排气阀(14)均与所述筒体(21)相连通，所述筒体(21)上还设有压强感受器(15)和安全阀(16)；所述第一隔板(25)与所述第二隔板(26)平行设置，且所述第一隔板(25)与所述第二隔板(26)均设于所述筒体(21)径向水平面处；所述密封舱门(24)与所述筒体(21)之间通过铰接方式连接，所述密封舱门(24)包括外舱门(241)和内舱门(242)，所述外舱门(241)和所述内舱门(242)固接，所述内舱门(242)的直径小于所述外舱门(241)的直径，所述内舱门(242)为圆柱结构，所述内舱门(242)圆柱表面设有锁死装置(243)；所述锁死装置(243)包括锁珠(2431)和插销(2432)，所述锁珠(2431)数量为若干，分别环设于所述内舱门(242)圆柱表面，所述锁珠(2431)等距离分布，所述内舱门(242)上设有插孔，所述插销(2432)贯穿于所述环形加强块(22)并插装于所述内舱门(242)上的插孔；所述内舱门(242)周圈分布圆孔(2421)，所述圆孔(2421)内插装有所述锁珠(2431)，所述锁珠(2431)包括弹簧件(24311)和球体珠(24312)，所述弹簧件(24311)一端固接于所述圆孔(2421)内，另一端固接有球体珠(24312)，所述球体珠(24312)的一半设于圆孔(2421)外，所述筒体(21)设有与所述球体珠(24312)相匹配连接的凹槽；所述内舱门(242)与所述筒体(21)相连接处设有密封圈；所述控制装置(3)通过磁性吸附于常规细胞培养箱的箱体或箱门外，所述控制装置(3)包括磁铁、触控屏(31)、微电脑(32)、报警器(33)和蓝牙装置，所述触控屏(31)、微电脑(32)、报警器(33)和蓝牙装置电连接，所述微电脑(32)可数字控制所述装置主体(10)的压力运行模式。

2.一种基于权利要求1的分体式数字控制压力可调高压细胞培养装置的压力调控方法，其特征在于，其中，充气泵(11)向压力舱体(2)内持续充气加压，当压强感受器(15)检测到压力舱体(2)舱内压强达到设定数值时，控制电磁排气阀开放排气；根据事先设定的压力模式，由压强感受器(15)监测压力舱体(2)内的压强变化，在微电脑(32)的控制下，通过充气泵(11)持续充气加压，同时通过控制第一排气阀(13)和第二排气阀(14)交替按照不同的压强阈值开放排气用以模拟人体心率50～100次/分的频率，如此形成压力舱体(2)内的压强在上述规定的压强阈值范围内规律波动，模拟生理性舒张压和收缩压对细胞的脉冲压力刺激。

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