CN110172389A - 一种可对培养在自支撑膜上的细胞施加应力(应变)阶度场的新型加载装置 - Google Patents

Abstract

一种细胞培养膜张应力施加装置，主要包括底座、培养板、推力机构、支撑部份，可以为细胞培养膜提供持续恒定的外加载荷，从而为细胞的体外培养赋予特定的力学环境。整个装置通过转动旋转钮调节球形压头上升高度来对细胞培养膜施加外部载荷，使培养膜受力产生变形，从而赋予细胞培养所需的特定的力学环境。本发明的优点是：本发明是模拟生理条件下细胞所受机械应力，可以使用不同大小的载荷进行加载，该施力装置结构简单、使用方便、应用广泛。通过旋转钮调节压头上升高度，实现对细胞培养膜的持续、恒定加载。传动方式通过螺纹传动，控制精确。手动控制使加载过程简便易操作。装置体积小，便于存放。成本低，能够多个生产进行对照试验。可用于细胞培养不同力学环境实验。

Description

一种可对培养在自支撑膜上的细胞施加应力(应变)阶度场的 新型加载装置

技术领域

本发明涉及生物医学细胞工程体外培育技术领域，一种细胞培养膜张应力施加装置，用于细胞工程培养细胞层面的体外培育和相关力学、生物学研究。

背景技术

细胞是生物体的基本结构和功能单位，在生物体环境中无时无刻不在受到力的作用，细胞的生长、发育、增殖、死亡、癌变的过程都与细胞的力学特性有关。研究表明，从细胞、亚细胞到组织、器官等各个层次上的生命活动都是在一定的力学环境中进行的。由于细胞个体微小，肉眼难以观察，无法直接使用常规宏观力学加载方法和实验技术。

细胞力学是生物力学的一个前沿领域，也是组织工程学的一个重要组成部分。它涉及细胞在力学载荷作用下细胞膜、细胞骨架的变形、弹性常数、粘弹性、粘附力等力学性能的研究，以及力学因素对细胞生长、发育、成熟、增殖、衰老和死亡等的影响及其机制研究。

对于细胞力学来讲，其研究的关键是细胞的力学加载方式；所以寻找合适的细胞加载方法和细胞变形及相关的生物学测量手段是细胞力学研究的首要问题。因此，对体外培养的细胞施加力的作用以模拟细胞的体内手里环境是细胞力学面临的首要问题，也是细胞力学的首要研究方法。

研制一种可对细胞培养膜进行载荷施加的施力装置，通过压头的上升下降控制载荷的大小，从而控制培养膜的变形量，压头的尺寸和规格可根据实际需要设计和更换。本发明是模拟生理条件下细胞所受机械应力，可以使用不同大小的载荷进行加载，该施力装置结构简单、使用方便、应用广泛，占用空间小，可实现定时、定量持续加载，加载过程精确可控，可多次准确重复加载，允许长时间连续运行，观察检测方便，适用性强，是研究、比较细胞工程培养物的理想装置，可广泛运用于细胞工程的相关研究、实验工作。

发明内容

本发明的目的是针对上述存在问题和技术分析，为了使体外细胞培养加载更接近体内环境，使细胞具有更大潜能，提供一种细胞培养膜加载装置将细胞种植在细胞培养膜上，提供一种细胞培养膜张应力施加装置，该施力装置通过手动转动，进而带动螺旋传动实现推杆的上下移动。可实现对细胞培养膜的力加载，通过控制培养膜形变量大小来控制细胞受力环境。用于体外细胞培养的持续性、间歇性张力加载，能够定时、定量地研究不同力学环境对细胞行为的影响，提高细胞代谢，促进其分泌功能，以期细胞向不同方向进行分化，并用于细胞工程的其他相关实验研究。

本发明的技术方案：

一种细胞培养膜张应力施加装置，由底座1、培养板2、推力机构3、支撑部份4组成。

底座1是施力装置的总支撑和固定部件，通过放置在桌面上来支撑整个装置的上下运动。底座1上的圆柱外表面有一根细刻度线，可以通过它设置推力装置的起始位置。

培养板2是细胞的培养场所，是仿照Flexcell公司设计的六孔培养板2设计而来，不同于六孔培养板，此培养板一次只能用于一种细胞的施力实验。单孔培养板2主要由下座5、上座6、盖7、培养膜8组成，并且通过螺钉与支柱连接，以完成对细胞培养板2的固定。

支撑部分4由四个相同支柱9、固定盖16和不同规格的螺钉组成，用于连接培养板2和底座1，支撑整个装置和固定推力机构3。

推力机构3由周向固定柱10、旋转钮11、推座12、推座盖13和球形压头 14构成。周向固定柱10通过螺钉固定在底座上，并起固定推座12的作用，能够保证推座和旋转钮11的正确连接。旋转钮11是一个内部空心且包覆螺纹的圆柱体，其外部底端有一圈均匀的刻度线，5条一组，共十组，通过刻度线的旋转能够准确控制球形压头的上升高度。推座12是一个内部空心的圆柱，其外部的下1/2包覆螺纹线，通过旋转钮11的螺旋传动产生上升的动力，上1/2存在刻度线，用于直观观察球形压头的上升情况。推座12的上端通过螺纹连接推座盖13，推座盖的上端又通过螺纹连接球形压头14，这样就实现了球形压头14与推座12的连接，从而保证整个机构的传动。球形压头14是杆的一段带球，另一端覆盖螺纹的结构，通过螺纹连接固定杆，通过球来对细胞培养膜施加想要的载荷。通过固定盖16使推力机构轴向固定，不会产生上下移动。

本发明的工作原理：

该施力装置是一种用于细胞工程培养的加载装置，可以为细胞培养膜提供持续恒定的外加载荷，从而为细胞的体外培养赋予特定的力学环境。使用时，将细胞种植在细胞培养膜8上，球形压头14通过旋转钮11调整到细胞培养膜8下方，记下刻度位置，再将要培养观察的细胞和培养液放置在培养板2中，盖上培养板盖7。通过想要给细胞施加载荷的大小计算球形压头14上升的高度，调整旋转钮11，让压头14顶起培养膜8达到工作高度，停止旋转，这样便给了培养膜8持续，恒定的外加载荷，使细胞处于特定的力学环境中，能够培养并观察细胞。本发明是模拟生理条件下细胞所受机械应力，提高细胞代谢，促进其分泌功能，以期细胞向不同方向进行分化，并用于细胞工程的其他相关实验研究。

本发明的优点是：

本发明是模拟生理条件下细胞所受机械应力，可以使用不同大小的载荷进行加载，该施力装置结构简单、使用方便、应用广泛，该施力装置通过旋转钮调节压头上升高度，实现对细胞培养膜的持续、恒定加载。传动方式通过螺纹传动，控制精确。手动控制使加载过程简便易操作。装置体积小，便于存放。成本低，能够多个使用进行对照试验。

附图说明

图1为该施力装置的结构示意图。

图2为该施力装置的等轴测结构示意图。

图3为该施力装置的前视结构示意图及其剖视图。

图中：1：底座。5：培养板下座。6：培养板上座。7：盖。8：培养膜。9：固定柱。10：周向固定柱。11：旋转钮。12：推座。13：推座盖。14：球形压头。 15：球杆。16：固定盖。

具体实施方式

实施例：

该装置是一种提供细胞培养膜张应力的装置，主要包括底座1、培养板2、推力机构3、支撑部份4等。各机构均固定在底座1上。使用前，先将细胞种植在细胞培养膜8上，球形压头14通过旋转钮11调整到细胞培养膜8下方，记下刻度位置，再将要培养观察的细胞和培养液放置在培养板2中，盖上培养板盖7。通过想要给细胞施加载荷的大小计算球形压头14上升的高度，调整旋转钮11，让压头14顶起培养膜达到工作高度，停止旋转，这样便给了培养膜8持续，恒定的外加载荷，使细胞处于特定的力学环境中，能够培养并观察细胞。

安装说明：首先安装推力装置3，将球形压头14通过底部螺纹与推座盖13 上方的螺纹孔进行螺纹连接，连接牢固后，再将推座盖下方的外螺纹与推座12 上方的螺纹孔进行连接，最后再将推座12通过螺旋传动螺纹旋入旋转钮11，这样就安装好了推力装置3。然后安装底座1，首先将周向固定柱10通过底座下部中心的螺纹孔与螺钉进行连接固定。安装好后，再进行支撑部份4的安装，先将固定盖16放置于旋转钮11上，再将四根固定柱9分别插入固定盖16的四个孔中，最后与底座四角上的螺纹孔与螺钉完成螺纹连接。安装完成后，再把安装好的推力装置3通过周向固定柱放置在底座上。最后进行培养板3的安装，首先把盖7、培养板上座6、培养膜8、培养板下座5按照自上而下的顺序依次安装好，安装好后再通过螺钉将培养板2与固定柱9进行螺纹连接。此时，培养板就安装在了整个装置上。这样就完成了整个施力装置的安装。

使用前，将细胞种植在细胞培养膜8上，将球形压头14通过旋转钮调整到细胞培养膜下方，记下刻度位置，再将要培养观察的细胞和培养液放置在培养板中，盖上培养板盖7。通过想要给细胞施加载荷的大小计算球形压头14上升的高度，调整旋转钮11，让压头14顶起培养膜8达到工作高度，停止旋转，这样便给了培养膜8持续，恒定的外加载荷。

Claims (1)

1.该装置是一种可对培养在自支撑膜上的细胞施加应力(应变)阶度场的新型加载装置，主要包括底座、培养板、推力机构、支撑部份等。各机构均固定在底座上。使用前，将球形压头通过旋转钮调整到细胞培养膜下方，记下刻度位置，再将要培养观察的细胞和培养液放置在培养板中，盖上培养板盖。通过想要给细胞施加载荷的大小计算球形压头上升的高度，调整旋转钮，让球形压头顶起培养膜达到工作高度，停止旋转，这样便给了培养膜持续，恒定的外加载荷，使细胞处于特定的力学环境中，能够培养并观察细胞。