CN111808747A - 一种双应力刺激培养装置及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于生物医学细胞组织培养与实验领域，公开了一种对细胞施加包括牵张力与压力两种应力的刺激培养装置及其方法,利用对培养室分别实现可控的时间顺序实现加压和抽压，配合对弹性培养腔的同频率拉伸回缩，实现可控范围内任意压力与牵张应变对与细胞的共同刺激，提供了一种简单有效的实现牵张力对细胞形成应变与压力同时对细胞进行联动可调刺激培养的装置及技术方案。

Description

一种双应力刺激培养装置及其方法

技术领域

本发明属于生物医学细胞组织培养与实验领域，公开了一种对细胞、组织施加包括牵张力与压力两种应力的刺激培养装置及其方法,提供了一种简单有效的实现牵张力对细胞形成应变与压力同时对细胞进行联动可调刺激培养的装置及技术方案。

背景技术

根据公开的发明专利申请号2017107159633一种在压力与单一方向应变关联作用下的细胞培养装置及其方法中描述的压力与单一方向应变对于所培养细胞的联动作用实现起来过于复杂，且在于培养的气体环境是不流通的，利用培养液的对外流动导致对所培养的细胞可能产生更多额外应力影响，且对于气压的可调范围有限。

发明内容

为了解决上述问题，我们实现了此方案，无需液体的循环，避免了循环带来的附加流体剪切应力，利用对气体的进出控制，利用对气体得进出的变化量，利用对培养室分别实现可控的时间顺序实现加压和抽压，配合对弹性培养腔的同频率拉伸回缩，实现可控范围内任意压力与牵张应变对于细胞的共同刺激，与对于弹性腔的拉伸与收缩协调控制，来实现细胞、组织双应力刺激培养的装置及其方法。

本发明包括可以实现封闭的培养室，在所述培养室内可以把弹性培养腔的一端进行固定，另一端连接伸缩杆，所述伸缩杆固定在直线运动单元的运动部件上，从而实现伸缩杆可控的速度、周期、运动模式的来回往复的直线运动，在伸缩杆的往复运动过程中，不会造成所述培养室的密闭性问题；所述培养室接有气压调节装置，所述气压调节装置由压力传感器，两个气泵组成，所述两个泵分别一个接气泵的出口，一个接气泵的进口，压力传感器用来测量培养室的压力值，由计算机控制系统对所述伸缩杆、所述泵的控制来实现对种植在弹性培养腔上的细胞施加牵张力与压力刺激培养。

进一步，所述培养室分成2部分，培养室主体和培养室盖，所述培养室盖上有密封件，和培养室主体固定在一起后。

进一步，所述伸缩杆的运动直接带动了弹性培养腔的运动，实现了对弹性培养腔单一方向的运动，对伸缩杆的运动可以实现每分钟：0-180次的往复运动；可以实现在运动过程中速度按匀速，正弦速度，间歇运动速度，心率流量变化速度模式及根据速度数据式变化模式的控制；伸缩杆的来回往复的运行距离范围，相对于弹性培养腔的应变变化率的0-40%的距离并可以调节变化率大小。

进一步，所述培养室内做成弹性培养腔并排放置的方式放置1个或者数个，在进行伸缩杆带动弹性培养腔时可以根据一次并排放置的个数，一次同时带动。

进一步所述气压调节装置中压力传感器连接封闭的培养室用来测量培养室的压力；所述的两个气泵分别一个气泵的进口接培养室用来对培养室抽压，一个气泵的出口接培养室加压，所述的两个气泵都有隔绝通过的功能或者在培养室接气泵的连接口上分别加装阀，以便控制培养室内的气体进出；使气泵在停止过程中不会通过该泵使气体泄漏；所述的用以加压的气泵能够实现多种加压方式，所述加压方式包括：恒速加压、间歇加压、心脏泵血式加压及压力数据式加压方式，所述用以抽压的气泵能够实现多种抽压方式，所述抽压方式包括：恒速抽压、间歇抽压、心脏泵血式抽压及压力数据式抽压方式，上述加压和抽压可以实现与所述伸缩杆的运行周期协同变化,在加压时协同伸缩杆的拉伸，在抽压时协同伸缩杆的回缩；也可以进行相反操作，在抽压时形成负压协同伸缩杆的拉伸，在恢复时，协同伸缩杆的回缩；所述用以加压的气泵的进口接培养实验时需要用的气体；所述培养室的压力在泵进行加压排气过程中实现压力的变化，所述气泵是指可以供气的装置和抽气的装置。

进一步，所述的计算机控制系统对伸缩杆带动弹性培养腔的运动模式与压力模式对应控制，实现匹配，模拟各种张应变与压力之间不同的变化关系。

本发明系统放置在恒温环境中。

本发明提供了一种细胞双应力刺激培养的方法：

1）在弹性培养腔底部面上种植细胞，培养腔能够容纳培养液；所种植的细胞在培养液的底部；

2）把弹性培养腔放置在能够实现对外密封的培养室；

3）单方向拉伸细胞的负载载体弹性培养腔，同时一进一出两个交替气体泵源进行有规律的，按设定的模式运行，实现进气和排气使培养室内，包括了弹性培养腔及上所种的细胞，实现压力对细胞的变化控制，同时实现了牵张力应变与压力变化协调控制；

4）完成应力刺激培养后，细胞从弹性培养腔上取下来，等待进一步实验。

本发明一种细胞双应力刺激培养装置及其方法的有益效果是：

1、本发明节省了培养液的用量;

2、本发明减少了实验过程中液体循环对于所研究的力学对细胞刺激过程的干扰;

3、本发明使得单向牵张力与压力的协调控制更加具有可操作性，能够调节的数据范围也大幅增加;

4、本发明使得在封闭的培养箱的气压范围可控，同时又实现了培养用气体的有效换气;

5、本发明使得牵张应变与压力的共同作用不但适合正压，也适合负压的实验;

譬如推拿时的牵张应变与正压力，拔罐时的牵张应变与负压力；譬如血管的舒展和收缩。

因此本发明提供了一种细胞双应力刺激培养装置及其方法。

附图内容

图1一种细胞双应力刺激培养装置；

图2 弹性培养腔示意图；

附图编号说明

1、编号说明：弹性培养腔（1）、培养室（2）、培养室盖（2-1）、培养室主体（2-2）、密封件（2-3）、伸缩杆（3）、直线运动单元（4）、压力传感器（5）、进气泵(6)、阀1（6-1）、排气泵（7）、阀2（7-1）、阀3（7-2）、计算机控制系统（8）、气压调节装置（9）、进气泵进口（IN）、排气泵出口（OUT）。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例;基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，当组件被称为“置于”另一个组件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在居中的组件;当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中组件或者实现远程通讯;本文所使用的术语“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同;本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明;本文所使用的术语“及／或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

实施例

一种细胞双应力刺激培养装置，包括可以实现封闭的培养室（2），在所述培养室内可以把弹性培养腔（1）的一段进行固定，另一端连接伸缩杆（3），所述伸缩杆固定在直线运动单元（4）的运动部件上，从而实现伸缩杆可控的速度、周期、运动模式的来回往复的直线运动，在伸缩杆的往复运动过程中，不会造成所述培养室的密闭性问题；所述培养室接有气压调节装置（9），所述气压调节装置由压力传感器（5），两个气泵组成，所述两个泵分别一个作为进气泵（6）的接气泵的出口，一个作为排气泵（7）的接气泵进口，压力传感器（5）用来测量培养室的压力值，由计算机控制系统对所述伸缩杆、所述泵的控制来实现对种植在弹性培养腔上的细胞施加牵张力与压力刺激培养。

进一步，所述培养室（2）分成2部分，培养室主体（2-2）和培养室盖（2-1），所述培养室盖上有密封件（2-3），和培养室主体固定在一起后。

进一步，所述伸缩杆（3）的运动直接带动了弹性培养腔的运动，实现了对弹性培养腔单一方向的运动，对伸缩杆的运动可以实现每分钟：0-180次的往复运动；可以实现在运动过程中速度按匀速，正弦速度，间歇运动速度，心率流量变化速度模式及根据速度数据式变化模式的控制；伸缩杆的来回往复的运行距离范围，相对于弹性培养腔的变化率的0-40%的距离并可以调节变化率大小。

进一步，所述培养室内做成弹性培养腔（1）并排放置的方式放置1个或者数个，在进行伸缩杆带动弹性培养腔时可以根据一次并排放置的个数，一次同时带动。

进一步所述气压调节装置中压力传感器连接封闭的培养室用来测量培养室的压力；所述的两个气泵分别一个作为排气泵（7），泵的进口接培养室用来对培养室抽压，一个气泵作为进气泵（6）接泵的出口接培养室实现对培养室加压，所述的两个气泵都有隔绝通过的功能或者在培养室接气泵的连接口上分别加装阀，以便控制培养室内的气体进出；使气泵在停止过程中不会通过该泵使气体泄漏；所述的用以加压的气泵能够实现多种加压方式，所述加压方式包括：恒速加压、间歇加压、心脏泵血式加压及压力数据式加压方式，所述用以抽压的气泵能够实现多种抽压方式，所述抽压方式包括：恒速抽压、间歇抽压、心脏泵血式抽压及压力数据式抽压方式，并可以实现与所述伸缩杆的运行周期协同变化,在加压时协同伸缩杆的拉伸，在抽压时协同伸缩杆的回缩；也可以进行相反操作，在抽压时形成负压协同伸缩杆的拉伸，在恢复时，协同伸缩杆的回缩；负压时模拟拔罐下细胞的培养效果；所述用以加压的气泵的进口接培养实验时需要用的接5%浓度CO2气体；所述培养室的压力在泵进行加压排气过程中实现压力的变化；所述进气泵是指可以供气的装置，储气罐或者气泵。

进一步，所述的计算机控制系统对伸缩杆带动弹性培养腔的运动模式于压力模式对应控制，实现匹配，模拟各种张应变与压力之间不同的变化关系。

本发明系统放置在恒温环境中。

上述说明是针对本发明较佳可行实施例的详细说明，但实施例并非用以限定本发明的专利申请范围，凡本发明所提示的技术方案下所完成的同等变化或修饰变更或大型化或小型化或微型化，均应属于本发明所涵盖专利范围。

Claims (7)

1.一种双应力刺激培养装置及方法，其特征在于包括可以实现封闭的培养室，在所述培养室内可以把弹性培养腔的一端进行固定，另一端连接伸缩杆，所述伸缩杆固定在直线运动单元的运动部件上，从而实现伸缩杆可控的速度、周期、运动模式的来回往复的直线运动，在伸缩杆的往复运动过程中，不会造成所述培养室的密闭性问题；所述培养室接有气压调节装置，所述气压调节装置由压力传感器，两个气泵组成，所述两个泵分别一个接气泵的出口，一个接气泵的进口，压力传感器用来测量培养室的压力值，由计算机控制系统对所述伸缩杆、所述泵的控制来实现对种植在弹性培养腔上的细胞施加牵张力与压力刺激培养；整个装置放置在可调温度的恒温环境中。

2.根据权利要求1所述一种双应力刺激培养装置，其特征在于所述培养室分成2部分，培养室主体和培养室盖，所述培养室盖上有密封件，和培养室主体固定在一起后。

3.根据权利要求1所述一种双应力刺激培养装置，其特征在于所述伸缩杆的运动直接带动了弹性培养腔的运动，实现了对弹性培养腔单一方向的运动，对伸缩杆的运动可以实现每分钟：0-180次的往复运动；可以实现在运动过程中速度按匀速，正弦速度，间歇运动速度，心率流量变化速度模式及根据速度数据式变化模式的控制；伸缩杆的来回往复的运行距离范围，相对于弹性培养腔的应变变化率的0-40%的距离并可以调节变化率大小。

4.根据权利要求1所述一种双应力刺激培养装置，其特征在于所述培养室内做成弹性培养腔并排放置的方式放置1个或者数个，在进行伸缩杆带动弹性培养腔时可以根据一次并排放置的个数，一次同时带动。

5.根据权利要求1所述一种双应力刺激培养装置，其特征在于所述气压调节装置中压力传感器连接封闭的培养室用来测量培养室的压力；所述的两个气泵分别一个气泵的进口接培养室用来对培养室抽压，一个气泵的出口接培养室加压，所述的两个气泵都有隔绝通过的功能或者在培养室接气泵的连接口上分别加装阀，以便控制培养室内的气体进出；使气泵在停止过程中不会通过该泵使气体泄漏；所述的用以加压的气泵能够实现多种加压方式，所述加压方式包括：恒速加压、间歇加压、心脏泵血式加压及压力数据式加压方式，所述用以抽压的气泵能够实现多种抽压方式，所述抽压方式包括：恒速抽压、间歇抽压、心脏泵血式抽压及压力数据式抽压方式，上述加压和抽压可以实现与所述伸缩杆的运行周期协同变化,在加压时协同伸缩杆的拉伸，在抽压时协同伸缩杆的回缩；也可以进行相反操作，在抽压时形成负压协同伸缩杆的拉伸，在恢复时，协同伸缩杆的回缩；所述用以加压的气泵的进口接培养实验时需要用的气体；所述培养室的压力在泵进行加压排气过程中实现压力的变化；所述气泵是指可以供气的装置和抽气的装置。

6.根据权利要求1所述一种双应力刺激培养装置，其特征在于所述的计算机控制系统对伸缩杆带动弹性培养腔的运动模式与压力模式对应控制，实现匹配，模拟各种张应变与压力之间不同的变化关系。

7.根据权利要求1-6所述一种双应力刺激培养装置，其特征在于提供了一种细胞双应力刺激培养的方法：

1）在弹性培养腔底部面上种植细胞，培养腔能够容纳培养液；所种植的细胞在培养液的底部；

2）把弹性培养腔放置在能够实现对外密封的培养室；

3）单方向拉伸细胞的负载载体弹性培养腔，同时一进一出两个交替气体泵源进行有规律的，按设定的模式运行，实现进气和排气使培养室内，包括了弹性培养腔及上所种的细胞，实现压力对细胞的变化控制，同时实现了牵张力应变与压力变化协调控制；

4）完成应力刺激培养后，细胞从弹性培养腔上取下来，等待进一步实验。

Images