CN113005036B - 一种产生扰流的可拆卸式细胞培养流动腔室 - Google Patents

Abstract

一种产生扰流的可拆卸式细胞培养流动腔室，涉及细胞培养。包括血管芯片和夹具，血管芯片从上到下依次设有挡板层、上部硅胶密封圈、流道层、电纺纤维膜层、下部硅胶密封圈、下底板层；夹具从上到下依次设有紧固螺母、螺栓、夹具底板；挡板层的底面中心部位设有挡板所述流道层中间设有流道槽；下底板层的顶面及下部硅胶密封圈的顶面与电纺纤维膜层的底面相接触；夹具底板设有螺栓槽和底板槽，螺杆穿过夹具底板上的螺栓槽，紧固螺母的下表面与挡板层的上表面相接触，血管芯片通过紧固螺母与夹具底板紧密连接。在液体流动的通道上制造挡板，产生流动的扰动，设计不同类型挡板，配合入口速度的调节，产生更加多样的流体形态，满足不同需求。

Description

一种产生扰流的可拆卸式细胞培养流动腔室

技术领域

本发明涉及细胞培养技术领域，尤其是涉及一种产生扰流的可拆卸式细胞培养流动腔室。

背景技术

随着社会分工的细化，社会的发展水平越来越快，由此引发的生活饮食不规律、长期久坐、糖尿病、吸烟等一系列问题，都会成为动脉粥样硬化的诱发因素。因此，研究动脉粥样硬化的病理机制变得尤为重要。在诱发动脉粥样硬化的影响因素里，高血压是其中的高危因素，这表明血液的流动状态对于动脉粥样硬化的形成具有重要意义。

为了研究血液内部流体在动脉粥样硬化过程中产生的作用，动物模型以及仿真模型都是别广泛使用的。动物模型虽然可在一定程度上重现病理特征，但操作起来的难度也是最大的，而且最终呈现的效果与操作人的手法以及动物本身的特性都有很大关系。仿真模型可在宏观上看到在不同形态的血管中的血液流动状态，但无法说明流动状态与血管形貌变化之间的关系。

为了更好地研究血管在不同的血液流动状态下的变化，体外培养就成为首选。当前比较普遍使用的体外培养就是平行平板流动腔培养系统，具有结构精巧、制造简单、便于显微观测的优点。市面上的平行平板培养腔大部分都是采取键合方法密封，或直接用螺栓和螺母进行紧固，这些都对培养腔的重复使用，以及拆卸过程中的流畅度提出挑战。平行平板流动腔由于结构上的限制，只能模拟层流状态下的血液动力学，难以满足比较多样的流体力学要求。

发明内容

本发明的目的在于针对平行平板流动腔由于结构上的限制，难以满足多样流体力学要求的难题，提供可产生更多样的流体形态，满足不同细胞培养需求的一种产生扰流的可拆卸式细胞培养流动腔室。

本发明包括血管芯片和夹具，所述血管芯片从上到下依次设有挡板层、上部硅胶密封圈、流道层、电纺纤维膜层、下部硅胶密封圈、下底板层；所述夹具从上到下依次设有紧固螺母、螺栓、夹具底板；所述挡板层的顶面设有入口管道和出口管道，挡板层的底面开设环状上部硅胶槽，上部硅胶密封圈嵌入上部硅胶槽内；挡板层的底面中心部位设有挡板所述流道层中间设有流道槽，流道槽连接入口管道和出口管道；所述下底板层上设有下部硅胶槽，下部硅胶密封圈放置于下底板层的下部硅胶槽内，所述下底板层的顶面以及下部硅胶密封圈的顶面与电纺纤维膜层的底面相接触；所述夹具底板设有螺栓槽和底板槽，螺杆穿过夹具底板上的螺栓槽，紧固螺母的下表面与挡板层的上表面相接触，血管芯片通过紧固螺母与夹具底板紧密连接。

所述挡板层设有上部定位槽所述流道层设有上部定位凸起，流道层设有下部定位槽；流道层的上部定位凸起与挡板层的上部定位槽相适配；下底板层与流道层的下部定位槽对应处设有定位凸起，下底板层的下部定位凸起与流道层的下部定位槽相适配；定位槽与定位凸起相适配用于使得血管芯片装配简单且在紧固的过程中保证各部件不会产生错动。

所述上部硅胶密封圈与上部硅胶槽大小适配；

所述流道槽与挡板的大小相适配；

所述下部硅胶槽与下部硅胶密封圈大小适配。

进一步的，所述挡板层的顶面设有入口管道和出口管道，挡板层的底面中间部分设有上部硅胶槽和若干条挡板。

所述挡板层设有上部定位槽，上部硅胶槽和挡板设在挡板层的中间部分，上部硅胶密封圈放置于挡板层的上部硅胶槽内；

所述流道层的顶面与上部硅胶密封圈以及挡板层的底面相接触，流道层中间设有流道槽，流道层设有上部定位凸起，流道层设有下部定位槽；所述流道层的上部定位凸起与挡板层的上部定位槽相适配，流道层的下部定位槽与下底板层的下部定位凸起相适配；所述流道层的流道槽与挡板层的挡板相适配。

挡板是位于挡板层的凸起结构，挡板内部设有小孔，不同排布和形状的小孔对流体可以产生不同的效果。装配时，挡板卡进流道层的贯穿槽中。

所述电纺纤维膜层的顶面与流道层的底面以及挡板层的挡板的底面相接触。

所述下底板层上设有下部硅胶槽，下部硅胶密封圈设在下底板层的下部硅胶槽内，下部硅胶槽与下部硅胶密封圈大小适配；所述下底板层的顶面以及下部硅胶密封圈的顶面与电纺纤维膜层的底面相接触；下底板层与流道层的下部定位槽对应处设有下部定位凸起，下底板层的下部定位凸起与流道层的下部定位槽相适配。

所述夹具底板上设有螺栓槽和底板槽，螺栓槽与螺栓的螺杆相适配，所述底板槽的上表面与下底板层的下表面相接触，所述夹具底板的上表面与下底板层的下表面相接触；所述螺栓分为螺栓头和螺杆，螺栓头的上表面与夹具底板的底面相平，螺杆穿过夹具底板上的螺栓槽。

夹具底板的底面可设有阶梯沉孔；第一个阶梯和六角形的螺栓头相适配，第二个阶梯和螺杆相适配。

所述紧固螺母与螺栓的螺杆相适配，所述紧固螺母的下表面与挡板层的上表面相接触。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

本发明在挡板层设有挡板，通过与流道层的配合，在流体中间制造扰动。挡板内部具有一些小孔洞结构，孔洞的间距、尺寸都会对流体产生影响，具体的形态根据需要的流体形态确定。本发明可根据需要设计不同的挡板，配合入口速度的选择，结合仿真的相关数据，可以构建出多样的流体形态，满足不同的细胞培养的需要。

市面上常见的血管芯片，多采用键合技术进行封装处理，导致芯片都只能作为一次性的产品使用，极大的增加血管芯片的成本；还有一些细胞培养腔虽然也采用的是可反复拆卸使用的螺栓、螺母紧固配合，但鉴于螺母和芯片是直接贴合的，螺母又比较小，导致拆卸时花费时间较长，增加细胞培养的操作的难度。本发明在腔室外部增加一个紧固装置，只有螺母的边缘与芯片接触，而且为了方便不借助外部工具，单手拧螺母，可选用尺寸比较大的螺母，使得芯片的紧固变得非常简单。同时为了在紧固的过程中保证部件不会错动，在相互接触的各部件之间都构建有成对的定位槽和定位凸起。

本发明主要用于给已经培养成层的细胞提供流体的扰动，以此来探究成层细胞在扰动下会产生哪些变化，为后续试验做基础。所以前提是细胞已经成层，但本发明可以进一步的，只需要将挡板层和上部硅胶密封圈暂时移去，其余地方不做改变，将紧固螺母下移到下表面与流道层的上表面相接触就可以直接用于静态细胞的培养，这样就节省因为前期细胞培养造成的冗余步骤，减少细胞培养过程中的污染，使得本发明的性能进一步提高。

本发明在平行平板流动腔的基础上，在液体流动的通道上制造挡板，以此来产生流动的扰动，设计不同类型的挡板，配合入口速度的调节，可产生更加多样的流体形态，满足不同的需求。

附图说明

图1是本发明实施例的结构分解示意图；

图2是图1所示发明实施例中挡板层的结构示意图；

图3是图1所示发明实施例的外观示意图；

图4是图3的A-A剖视图。

图中，各标记为：挡板层1，硅胶槽11，挡板区12，上部定位槽13，入口管道14，出口管道15，流道层2，流道槽21，上部定位凸起22，下部定位槽23，电纺纤维膜层3，下底板层4，下部硅胶槽41，下部定位凸起42，上部硅胶密封圈5，下部硅胶密封圈6，夹具底板7，底板槽72，紧固螺母8，螺栓9。

具体实施方式

以下实施例将结合附图对本发明作进一步的说明。

如图1所示，本发明实施例包括挡板层1、流道层2、电纺纤维膜层3、下底板层4、上部硅胶密封圈5、下部硅胶密封圈6、夹具底板7、紧固螺母8、螺栓9。如图2所示，挡板层1上设有上部硅胶槽11、挡板12、上部定位槽13、入口管道14、出口管道15。

如图1～4所示，挡板层1的挡板12的尺寸与流道层2中间的流道槽21相匹配，液体在流过流道槽21的时候，挡板12会使液体产生扰动。挡板12的下表面与电纺纤维膜层3的上表面相接触，扰动的流体直接作用在电纺纤维膜层3上的细胞。所述上部定位槽13与流道层2的上部定位凸起22相适配，为挡板层1和流道层2提供相互之间定位。上部硅胶密封圈5设在挡板层1的上部硅胶槽11内，所述流道层2的顶面与上部硅胶密封圈5以及挡板层1的底面相接触，上部硅胶槽11与上部硅胶密封圈5适配，上部硅胶槽11的宽度略大于上部硅胶密封圈5的宽度，上部硅胶槽11的高度略小于上部硅胶密封圈5的厚度，以此来容纳硅胶变形的部分，使得挡板层1和流道层2相接触的时候，保证密封性。紧固螺母8的下表面在紧固状态下与挡板层1的上表面相接触，配合夹具底板7和螺栓9，对整个流动腔室进行密封。

电纺纤维膜层3的上表面与挡板12、流道层2下表面相接触。电纺纤维膜层3的下表面与下底板层4、下部硅胶密封圈6的上表面相接触。下底板层4上设有下部硅胶槽41，下部硅胶密封圈6设在下底板层4的下部硅胶槽41内，下底板层4上的下部硅胶槽41与下部硅胶密封圈6相适配，下部硅胶槽41的宽度略大于下部硅胶密封圈6的宽度，下部硅胶槽41的高度略小于上部硅胶密封圈6的厚度。所述下部定位凸起42与流道层2的下部定位槽23相适配，用于下底板层4和流道层2之间的定位。

夹具底板7上设有螺栓槽(图中未画出)和底板槽72，所述螺栓9分为螺栓头和螺杆，螺栓槽与螺栓9的螺杆相适配，底板槽72的上表面与下底板层4的下表面相接触，夹具底板7的底板槽72的长宽与下底板层4的长宽相一致，夹具底板7的底板槽72的深度比下底板层4的高度稍小，完全将下底板层4卡在夹具底板7的底板槽内。螺栓头的上表面与夹具底板7的底面相接触，螺杆穿过夹具底板7上的螺栓槽；紧固螺母8与螺栓9的螺杆相适配，紧固螺母8的下表面与挡板层1的上表面相接触。所述螺栓槽可设计为阶梯槽，一部分和螺栓头适配，一部分和螺杆适配。

工作时，培养液从入口管道14进入流道层2的流道槽21中，流体在与流道槽21相匹配的挡板区12处受到扰动，对预先已经在电纺纤维膜层3上培养的细胞层产生流体剪切力，模拟血管内部的血液对血管壁的冲刷作用，最后培养液通过出口管道15流出培养腔。整个培养腔通过蠕动泵进行驱动，调节蠕动泵的流量来控制流体扰动的强度，结合仿真图可以更加直观的感受到流体扰动的程度。

本发明可解决现有的血管芯片不可重复使用、难以产生可控的湍流，本发明包括起紧固作用的夹具以及血管芯片：所述血管芯片包括从上到下依次挡板层、上部硅胶密封圈、流道层、电纺纤维膜层、下部硅胶密封圈、下底板层；所述夹具包括从上到下依次紧固螺母、螺栓、夹具底板，本发明采用的挡板可以在芯片内部产生均匀的扰动，通过控制入口的速度，可以产生相对可控的扰流，采用的血管芯片为可拆卸式的结构，使得血管芯片能够重复使用，大大降低血管芯片的生产成本。

Claims (4)

1.一种产生扰流的可拆卸式细胞培养流动腔室，其特征在于包括血管芯片和夹具，所述血管芯片从上到下依次设有挡板层、上部硅胶密封圈、流道层、电纺纤维膜层、下部硅胶密封圈、下底板层；所述夹具从上到下依次设有紧固螺母、螺栓、夹具底板；所述挡板层的顶面设有入口管道和出口管道，挡板层的底面开设环状上部硅胶槽，上部硅胶密封圈嵌入上部硅胶槽内；挡板层的底面中心部位设有挡板所述流道层中间设有流道槽，流道槽连接入口管道和出口管道；所述下底板层上设有下部硅胶槽，下部硅胶密封圈放置于下底板层的下部硅胶槽内，所述下底板层的顶面以及下部硅胶密封圈的顶面与电纺纤维膜层的底面相接触；所述夹具底板设有螺栓槽和底板槽，螺杆穿过夹具底板上的螺栓槽，紧固螺母的下表面与挡板层的上表面相接触，血管芯片通过紧固螺母与夹具底板紧密连接；

所述挡板层设有上部定位槽所述流道层设有上部定位凸起，流道层设有下部定位槽；流道层的上部定位凸起与挡板层的上部定位槽相适配；下底板层与流道层的下部定位槽对应处设有定位凸起，下底板层的下部定位凸起与流道层的下部定位槽相适配；定位槽与定位凸起相适配用于使得血管芯片装配简单且在紧固的过程中保证各部件不会产生错动；

所述挡板层的顶面设有入口管道和出口管道，挡板层的底面中间部分设有上部硅胶槽和若干条挡板；所述挡板层设有上部定位槽，上部硅胶槽和挡板设在挡板层的中间部分，上部硅胶密封圈放置于挡板层的上部硅胶槽内；

所述上部硅胶密封圈与上部硅胶槽大小适配；所述流道槽与挡板的大小相适配；所述下部硅胶槽与下部硅胶密封圈大小适配；

所述流道层的顶面与上部硅胶密封圈以及挡板层的底面相接触，流道层中间设有流道槽，流道层设有上部定位凸起，流道层设有下部定位槽；所述流道层的上部定位凸起与挡板层的上部定位槽相适配，流道层的下部定位槽与下底板层的下部定位凸起相适配；所述流道层的流道槽与挡板层的挡板相适配；

所述下底板层上设有下部硅胶槽，下部硅胶密封圈设在下底板层的下部硅胶槽内，下部硅胶槽与下部硅胶密封圈大小适配；所述下底板层的顶面以及下部硅胶密封圈的顶面与纤维膜层的底面相接触；下底板层与流道层的下部定位槽对应处设有下部定位凸起，下底板层的下部定位凸起与流道层的下部定位槽相适配；

所述夹具底板上设有螺栓槽和底板槽，螺栓槽与螺栓的螺杆相适配，所述底板槽的上表面与下底板层的下表面相接触，所述夹具底板的上表面与下底板层的下表面相接触；所述螺栓分为螺栓头和螺杆，螺栓头的上表面与夹具底板的底面相平，螺杆穿过夹具底板上的螺栓槽。

2.如权利要求1所述一种产生扰流的可拆卸式细胞培养流动腔室，其特征在于所述电纺纤维膜层的顶面与流道层的底面以及挡板层的挡板的底面相接触。

3.如权利要求1所述一种产生扰流的可拆卸式细胞培养流动腔室，其特征在于所述夹具底板的底面设有阶梯沉孔；第一个阶梯和螺栓头相适配，第二个阶梯和螺杆相适配。

4.如权利要求1所述一种产生扰流的可拆卸式细胞培养流动腔室，其特征在于所述紧固螺母与螺栓的螺杆相适配，所述紧固螺母的下表面与挡板层的上表面相接触。

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