CN111321055A - 一种细胞流体力学自动控制锥板加载装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种细胞培养装置，具体涉及一种流体剪应力加载装置。一种细胞流体力学自动控制锥板加载装置，包括：无菌腔室以及加载室；无菌腔室内设有升降装置、夹持装置以及六孔板；加载室内设有电机、紫外线灯及控制器，电机的输出轴与锥体连接；升降装置带动夹持装置上的六孔板靠近或远离锥体。本装置使用紫外线灯为细胞培养提供一个无菌的环境，实验时，将细胞接种在六孔板内，利用升降装置调节固定在夹持装置上六孔板距锥体的距离，根据实验需求设定电机的旋转方向、旋转时间以及转速，对细胞进行机理和功能的研究。本装置能够精准的控制底部的剪切力大小，根据不同的实验要求选择不同的加载时间、加载方向及加载模式。

Description

一种细胞流体力学自动控制锥板加载装置

技术领域

本发明涉及一种细胞培养装置，具体涉及一种流体剪应力加载装置。

背景技术

随着医学工程学科的迅速发展，对细胞及其功能的大规模研究迫在眉睫。越来越多的设备被开发出来用来各项医疗研究。在体内，血管内的液体流动或组织腔内的间质液体流动在组织再生中起着重要作用。其中流体剪切应力(FSS)在其中起到非常重要的作用，所以对于细胞的体外研究，需要开发一种能够提供受控FSS场的流动室对其进行加载。

研究中通常用平行板流动室来进行力学加载。它是一种传统的加载装置，通过蠕动泵驱动流体在基底上产生剪切应力。平行板流动室已用于观察各种人类细胞在流体剪应力下的生物学响应。然而，由于其冗长的操作程序和细胞污染的高发生率，该装置可能不适用于需要长期流体加载的实验。另一种设备是新型的锥板流室，通过锥板的旋转来带动液体进而对其壁面施加流体剪应力，其剪切力大小可通过该变转速进行控制调节。锥板流室对不同的细胞培养物进行了深入的研究，在细胞机制和功能的研究方面取得了很大的成就。但该装置仍需改进，主要难点是塑料片插入锥体以及板到底面的高度控制。

因此，对采用自动机构控制锥体与板之间的高度进行仔细的研究是非常重要的，其次是对该装置中使用的电机进行控制。因此，设计一种理想的剪切应力下细胞培养装置具有重要意义。

发明内容

本发明的目的是：针对上述问题，提供一种细胞流体力学自动控制锥板加载装置。

本发明的技术方案是：一种细胞流体力学自动控制锥板加载装置，它包括：无菌腔室以及加载室。

无菌腔室位于加载室的下方；在无菌腔室的背侧设有升降装置、夹持装置以及用于接种细胞的六孔板；升降装置通过夹持装置与六孔板连接。

加载室内部底面固定有电机与紫外线灯，电机的输出轴从加载室底面探出与锥体连接；加载室底面设有紫外线灯的照射口，紫外线灯用于对加载装置内进行灭菌；

在加载室内设有控制器；控制器与电机建立连接，控制电机的旋转方向、旋转时间以及转速；控制器与紫外线灯建立连接，控制紫外线灯的开启；控制器与升降装置建立连接，控制升降装置的位移，升降装置带动夹持装置上的六孔板靠近或远离锥体。

本装置的使用方法为：

实验前利用紫外线灯对加载装置内进行照射，杀灭细菌，令加载装置达到无菌条件。实验时，将细胞接种在无菌腔室中的六孔板内，利用升降装置调节固定在夹持装置上六孔板距锥体的距离，然后根据实验需求设定电机的旋转方向、旋转时间以及转速，进而对细胞进行机理和功能的研究。

在上述方案的基础上，进一步的，加载装置还包括：控制面板。控制面板设置在加载室的上端面，控制面板为用户提供交互控制的部件，控制面板上设有开关与按键，通过操控开关与按键向控制器输入对电机、紫外线灯、升降装置的控制指令。

在上述方案的基础上，进一步的，加载装置还包括：显示屏。显示屏倾斜设置在加载室的侧面，用于显示加载装置的工作状态。

在上述方案的基础上，进一步的，加载装置还包括：加载装置还包括：电池箱；电池箱设置在无菌腔室下方，用于向加载装置提供能源供给。

在上述方案的基础上，具体的，电机的数量为偶数个，分为两组，两组电机上下排列；在每组电机中，相邻两个电机之间配备一个紫外线灯；每个紫外线灯的照射范围为120°，有效照射距离为10cm。

在上述方案的基础上，具体的，升降装置包括：导轨、滑块、步进电机以及固定支架；固定支架安装于无菌腔室，导轨安装在固定支架上，滑块在步进电机的驱动作用下沿导轨移动，滑块通过夹持装置调节六孔板距锥体的距离。

在上述方案的基础上，具体的，升降装置包括：导轨、滑块、步进电机以及固定支架；固定支架安装于无菌腔室背侧，导轨安装在固定支架上，滑块在步进电机的驱动作用下沿导轨移动，滑块与夹持装置连接。

有益效果：

本装置使用紫外线灯进行消毒灭菌，为细胞培养提供一个无菌的环境；实验时，将接种细胞放入六孔板中，通过升降装置将六孔板抬升至距锥体设定高度，之后即可自动化的对细胞进行力学加载。本装置能够精准的控制底部的剪切力大小，根据不同的实验要求选择不同的加载时间、加载方向及加载模式，运行加稳定，操作方便。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明中加载室的结构示意图；

图3为本发明中锥体的结构示意图；

图4为本发明中升降装置的结构示意图；

图5为本发明中夹持装置的结构示意图

图中：1-无菌腔室、2-加载室、3-控制面板、4-控制器、5-紫外线灯、6-电机、7-锥体、81-导轨、82-滑块、83-固定支架、84-步进电机、9-显示屏、10-电池箱、111-前端锁夹、112-螺纹连接杆、113-固定座。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明做进一步详细说明。

参见附图1，一种细胞流体力学自动控制锥板加载装置，包括：无菌腔室1以及加载室2。

无菌腔室1位于加载室2的下方；在无菌腔室1的背侧设有升降装置、夹持装置以及用于接种细胞的六孔板；所述升降装置通过所述夹持装置与所述六孔板连接。

参见附图2、3，加载室2内部底面固定有电机6与紫外线灯5，电机6的输出轴从加载室2底面探出与锥体7连接；加载室2底面设有紫外线灯5的照射口，紫外线灯5用于对所述加载装置进行灭菌。

在加载室2内设有控制器4；控制器4与电机6建立连接，控制电机6的旋转方向、旋转时间以及转速；本例中，电机6的数量为6个，3个一组，两组电机6上下排列；6台电动机可以根据实验需求改变不同的转速从而控制实验中加载的流体剪应力大小。电机6具有两种工作模式：稳态模式和混合模式；在稳态模式下，电机6向一个方向旋转，而在混合模式下，电机6可以向交替两个方向旋转，频率为1HZ。电机6默认的运行试验的时间段有三种选择：30分钟、90分钟和120分钟。

控制器4与紫外线灯5建立连接，控制紫外线灯5的开启；本例中，在每组电机6之间配备2个紫外线灯5，紫外线灯5位于相邻两个电机6之间；每个紫外线灯5的照射范围为120°，有效照射距离为10cm。

参见附图4，控制器4与升降装置建立连接，控制升降装置的位移。本例中，升降装置包括：导轨81、滑块82、步进电机84以及固定支架83；固定支架83安装于无菌腔室1背侧，导轨81安装在固定支架83上，滑块82在步进电机的驱动作用下沿导轨81移动，滑块82通过夹持装置调节六孔板距锥体7的距离。升降装置运动模式有两种，一种快速移动以厘米为单位，每次移动的距离为2cm；另一种精确移动以毫米为单位，移动精度能到达0.04mm，通过微调可以精确控制锥体7离加载室2底部的距离，进而精确控制细胞底部的剪切力大小。

参见附图5，夹持装置与升降装置连接。本例中，夹持装置包括：前端锁夹111、螺纹连接杆112、固定座113；固定座113安装在升降装置中的滑块82上，螺纹连接杆112通过螺纹将前端锁夹111以及固定座113连接一起，转动前端锁夹111能够调节前端锁夹111与固定座113之间的距离；六孔板设置在固定座113与前端锁夹111之间。

进一步的，加载装置还包括：控制面板3。控制面板3设置在加载室2的上端面，控制面板3为用户提供交互控制的部件，控制面板3上设有开关与按键，包括：时长控制按钮、电源按钮、模式切换按钮和速度调节器；通过操控开关与按键向控制器4输入对电机6、紫外线灯5、升降装置8的控制指令；用户可以根据实验需求通过控制面板3上的按钮实现对应的功能。

进一步的，加载装置还包括：显示屏9。显示屏9倾斜设置在加载室2的侧面，用于显示加载装置的工作状态。

进一步的，加载装置还包括：加载装置还包括：电池箱10；电池箱10设置在无菌腔室1下方，用于向加载装置提供能源供给；本例中，电池箱10能提供两种电压模式分别为12V以及6V，电池箱10满电量可连续运行12次实验。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (7)

1.一种细胞流体力学自动控制锥板加载装置，其特征在于，包括：无菌腔室(1)以及加载室(2)；

所述无菌腔室(1)位于所述加载室(2)的下方；在所述无菌腔室(1)的内设有升降装置、夹持装置以及用于接种细胞的六孔板；所述升降装置通过所述夹持装置与所述六孔板连接；

所述加载室(2)内部底面固定有电机(6)与紫外线灯(5)，所述电机(6)的输出轴从所述加载室(2)底面探出与锥体(7)连接；所述加载室(2)底面设有所述紫外线灯(5)的照射口，所述紫外线灯(5)用于对所述加载装置内进行灭菌；

在所述加载室(2)内设有控制器(4)；所述控制器(4)与所述电机(6)建立连接，控制所述电机(6)的旋转方向、旋转时间以及转速；所述控制器(4)与所述紫外线灯(5)建立连接，控制所述紫外线灯(5)的开启；所述控制器(4)与所述升降装置建立连接，控制所述升降装置的位移，所述升降装置带动所述夹持装置上的所述六孔板靠近或远离所述锥体(7)。

2.如权利要求1所述的一种细胞流体力学自动控制锥板加载装置，其特征在于，所述加载装置还包括：控制面板(3)；

所述控制面板(3)设置在所述加载室(2)的上端面，所述控制面板(3)上设有开关与按键，通过操控所述开关与所述按键向所述控制器(4)输入对所述电机(6)、所述紫外线灯(5)、所述升降装置的控制指令。

3.如权利要求1或2所述的一种细胞流体力学自动控制锥板加载装置，其特征在于，所述加载装置还包括：显示屏(9)；所述显示屏(9)倾斜设置在所述加载室(2)的侧面，用于显示所述加载装置的工作状态。

4.如权利要求1或2所述的一种细胞流体力学自动控制锥板加载装置，其特征在于，所述加载装置还包括：电池箱(10)；所述电池箱(10)设置在所述无菌腔室(1)下方，用于向所述加载装置提供能源供给。

5.如权利要求1或2所述的一种细胞流体力学自动控制锥板加载装置，其特征在于，所述电机(6)的数量为偶数个，分为两组，两组所述电机(6)上下排列；在每组所述电机(6)中，相邻两个所述电机(6)之间配备一个所述紫外线灯(5)；每个所述紫外线灯(5)的照射范围为120°，有效照射距离为10cm。

6.如权利要求1或2所述的一种细胞流体力学自动控制锥板加载装置，其特征在于，所述升降装置包括：导轨(81)、滑块(82)、步进电机(84)以及固定支架(83)；所述固定支架(83)安装于所述无菌腔室(1)背侧，所述导轨(81)安装在所述固定支架(83)上，所述滑块(82)在所述步进电机(84)的驱动作用下沿所述导轨(81)移动，所述滑块(82)与所述夹持装置连接。

7.如权利要求1或2所述的一种细胞流体力学自动控制锥板加载装置，其特征在于，所述夹持装置包括：前端锁夹(111)、螺纹连接杆(112)以及固定座(113)；所述固定座(113)安装于所述升降装置，所述螺纹连接杆(112)连接所述前端锁夹(111)与所述固定座(113)；转动所述前端锁夹(111)能够调节所述前端锁夹(111)与所述固定座(113)之间的距离；所述六孔板设置在所述固定座(113)与所述前端锁夹(111)之间。

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