CN113462567A - 用于模拟细胞形变损伤的细胞培养装置 - Google Patents

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Abstract

本发明属于细胞培养设备技术领域，具体涉及一种用于模拟细胞形变损伤的细胞培养装置。包括，细胞培养槽，用于盛放培养基和细胞；第一电磁装置，其设置于细胞培养槽一侧，第一电磁装置包括串联的第一电源、第一螺线管和第一开关，第一螺线管靠近细胞培养槽设置；第二电磁装置，与第一电磁装置的结构相同，包括第二电源、第二螺线管和第二开关，第二电磁装置设置在细胞培养槽的另一侧；第二电磁装置与第一电磁装置中电流方向相同或相反。本发明的细胞培养槽内用于盛放培养基和细胞，第一电磁装置和第二电磁装置用于对细胞培养槽内细胞施加磁力，以使细胞产生形变，本发明的装置可以在无接触状态下产生细胞形变损伤，不造成细胞感染。

Description

用于模拟细胞形变损伤的细胞培养装置
技术领域
本发明属于细胞培养设备技术领域，具体涉及一种用于模拟细胞形变损伤的细胞培养装置。
背景技术
不管是植物体还是动物体，都有各种各样功能的细胞组成，每种类型的细胞都有其独特的细胞形态和细胞结构，当细胞结构受到损伤而发生变化，则细胞的生理活性受损，导致植物体或者动物体的生命机能受损。比如，对于人体而言，表皮细胞由于与外界环境直接接触，在人体进行日常生活或者体育锻炼的过程中，这些表皮细胞与环境之间产生摩擦等作用而造成表皮细胞破损，进而造成人体皮肤功能受损或者皮肤感染。细胞功能是维持生命活动的基本单元，一旦发生了细胞功能受损情况，就需要及时就医治疗，防止严重病变。
目前已经有多种细胞功能修复的药物应用于临床，比如表皮修复因子、疤痕修复膏、酒精肝治疗药等，为了研发更多的细胞功能修复药物，就需要构建各种各样的细胞损伤模型，比如CCl4诱导的体外肝细胞损伤模型，该模型主要利用CCl4来作用肝细胞，当CCl4与肝细胞接触后，随着CCl4用量和作用时间的差异，肝细胞会产生不同程度的损伤；再比如体内肝损伤模型，该模型通过向动物体内灌胃乙醇、过氧化氢、氰化钾、硫代乙酰胺、内毒素、半乳糖胺等化学物质来诱导肝细胞损伤，最常见的就是给大鼠灌胃酒精而构建的酒精肝模型；再比如体外构建的帕金森模型(体外培养的中脑多巴胺能神经元MPTP损伤模型)。通过研究细胞模型与致病因素、治疗药物之间的作用关系，研发其中的致病机理和治疗机理，从而研发各类细胞功能恢复药物。
上述细胞模型的构建虽然都造成了细胞功能损伤，但是均是采用化学物质来作用细胞，这些化学物质直接影响细胞中某些有益代谢物的生成或者使有害代谢物大量生成，从而导致细胞结构和细胞功能破坏。但是在实际生活中，细胞功能的破坏不仅仅是细胞内代谢物产量异变导致的，也存在机械损伤，比如体育运动中的擦伤、韧带拉伤等，再比如外科手术中的手术刀切口伤等，再比如细胞冻伤、皮肤冻伤等。这些机械损伤是细胞结构或者多细胞组织结构直接被动形变导致的，与化学物质的致病因素不同，因此治疗原理和治疗药物也不同。为了便于开发治疗这些机械力因素(物理因素)导致的细胞损伤，需要构建相应的细胞形变损伤模型。然而现有技术未见相关细胞形变损伤模型构建方法或者装置。因此，急需要开发一种能够模拟细胞形变损伤的装置。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种用于模拟细胞形变损伤的细胞培养装置。
本发明的目的是提供一种用于模拟细胞形变损伤的细胞培养装置，包括，细胞培养槽，用于盛放培养基和细胞；
第一电磁装置，其设置于所述细胞培养槽一侧，所述第一电磁装置包括串联的第一电源、第一螺线管和第一开关，所述第一螺线管靠近所述细胞培养槽设置；
第二电磁装置，与所述第一电磁装置的结构相同，包括第二电源、第二螺线管和第二开关，所述第二电磁装置设置在所述细胞培养槽的另一侧；所述第二电磁装置与所述第一电磁装置中电流方向相同或相反。
优选的，上述用于模拟细胞形变损伤的细胞培养装置，还包括空腔的底座，所述细胞培养槽、第一电磁装置、第二电磁装置均设于所述底座上，所述第一电源和所述第二电源均设置在所述底座的空腔内，所述第一开关和所述第二开关均设置在所述底座侧壁，所述第一螺线管和所述第二螺线管均安装在所述底座上方。
优选的，上述用于模拟细胞形变损伤的细胞培养装置，所述第一螺线管内部是空心，或者设置有金属芯。
优选的，上述用于模拟细胞形变损伤的细胞培养装置，所述第一螺线管与所述细胞培养槽之间的距离为0.1-3cm。
优选的，上述用于模拟细胞形变损伤的细胞培养装置，所述第一电磁装置和所述第二电磁装置的串联电路上均安装有可变电阻，所述可变电阻的开关均安装在所述底座的外壁。
优选的，上述用于模拟细胞形变损伤的细胞培养装置，还包括，
滑轨，其安装在所述底座上、沿所述细胞培养槽长度方向的两侧延伸；
两个滑块，每个所述滑轨上均连接有所述滑块，其中一个所述滑块上安装有第一螺线管，另一个所述滑块上安装有第二螺线管；
两个限位装置，分别安装在每个所述滑块上。
优选的，上述用于模拟细胞形变损伤的细胞培养装置，所述限位装置为步进电机或者带自锁的滚轮。
优选的，上述用于模拟细胞形变损伤的细胞培养装置，沿每个所述滑轨的两侧分别设有通槽。
优选的，上述用于模拟细胞形变损伤的细胞培养装置，所述第一电磁装置还包括，
第一显示器，安装在所述底座外壁；
第一电流传感器，安装在所述底座内部，与所述第一螺线管连接；
第一控制器，分别与所述第一显示器和所述第一电流传感器连接。
优选的，上述用于模拟细胞形变损伤的细胞培养装置，所述细胞培养槽包括，
浅槽体，安装在所述底座上；
框架，安装在所述浅槽体顶部，其与所述第一螺线管和所述第二螺线管相邻的侧面开口，所述第一螺线管和所述第二螺线管的管口分别正对着与其相邻的框架开口；
多个挡板，安装在浅槽体上、沿所述浅槽体长度方向间隔分布。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、本发明的细胞培养槽内用于盛放培养基和细胞，第一电磁装置和第二电磁装置用于对细胞培养槽内细胞施加磁力，以使细胞产生形变，从而使第一电磁装置和第二电磁装置可以在与细胞无接触状态下，造成细胞形变损伤，不造成细胞感染。
2、本发明设置的第一电磁装置和第二电磁装置可对细胞培养槽中的细胞产生同方向、相反方向的磁力，通过调节电流大小来控制细胞接受的磁力大小，通过改变第一螺线管和第二螺线管的位置来调整细胞接受的磁力方向，在不同角度不同大小的磁力下，使细胞发生不同角度的挤压形变或者拉伸形变，可模拟细胞形变损伤，可向细胞培养槽中添加用于改善细胞形变损伤的药物，则可通过观察细胞结构和测试细胞活性来评价药物疗效。
3、本发明通过设置第一显示器、第二显示器来实现磁力变化的可视性。
4、本发明的细胞培养槽包括浅槽体、框架、多个挡板，多个挡板将细胞培养槽分割成多个培养区；挡板的目的是阻挡磁感线穿过，屏蔽大部分磁场；每个区域细胞的形变作用单独研究，一个培养区的实验完毕后，将第一螺线管和第二螺线管转移至下一培养区，则通过一个细胞培养槽可不同磁力强度变化的细胞形变情况，便捷，快速。
附图说明
图1为本发明实施例1用于模拟细胞形变损伤的细胞培养装置的结构示意图；
图2为本发明实施例1的用于模拟细胞形变损伤的细胞培养装置的工作原理图一；
图3为本发明实施例1的用于模拟细胞形变损伤的细胞培养装置的工作原理图二；
图4为本发明实施例1的用于模拟细胞形变损伤的细胞培养装置的工作原理图三；
图5为本发明实施例1的底座与第一电磁装置和第二电磁装置的连接示意图。
图6为本发明实施例2的细胞接受不同方向磁力的原理图；
图7为本发明实施例3的细胞培养槽的结构示意图。
具体实施方式
为了使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案能予以实施，下面结合具体实施例和附图对本发明作进一步说明。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征；在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
实施例1
一种用于模拟细胞形变损伤的细胞培养装置，包括空腔的底座1，底座1上设有第一电磁装置、细胞培养槽2和第二电磁装置，细胞培养槽2位于第一电磁装置和第二电磁装置之间，细胞培养槽2内用于盛放培养基和细胞，用于进行细胞形变损伤研究。第一电磁装置和第二电磁装置用于对细胞培养槽2内细胞施加磁力，以使细胞产生形变。
在本实施例中，第一电磁装置包括第一电源3、第一螺线管31和第一开关32，第一螺线管31内部可以是空心，也可以有一个金属芯，第一电源3与第一螺线管31、第一开关32串联，打开第一开关32，则第一螺线管31通电，并产生磁力，关闭第一开关32，则第一螺线管31断电，磁力消失。第一开关32位于底座1外壁，第一电源3位于底座1的空腔内，第一螺线管31位于底座1上方，并靠近细胞培养槽2设置，比如所述第一螺线管31的轴线垂直于所述细胞培养槽2长度方向设置，且第一螺线管31与细胞培养槽2之间的距离为0.1-3cm；第一电源可采用安装在底座1上的电池或充电电池。
第二电磁装置与第一电磁装置的结构相同，包括第二电源、第二螺线管和第二开关，第二电源位于底座1的空腔内，第二螺线管位于底座1上方，并靠近细胞培养槽2设置，比如所述第二螺线管的轴线垂直于所述细胞培养槽2长度方向设置，且第二螺线管与细胞培养槽2之间的距离为0.1-3cm。第二螺线管中的电流方向与第一螺线管31中的电流方向可以相同也可以相反。
本发明的工作原理如下：将培养基和细胞放入细胞培养槽2中，进行正常的细胞培养，如果细胞培养的温度等需要特定条件，则将整个装置放入培养箱中，装置可采用75％酒精灭菌或者其他方式灭菌；注意，底座1的外部进行灭菌，底座1的内部不与培养箱环境直接接触，不易污染细胞培养槽2中的细胞，因此，底座1的内部可不用灭菌，或者不用严格灭菌。待细胞培养槽2中细胞培养至稳定期，其形态和生理功能都基本稳定，拿出整个培养装置或者打开培养箱，开启第一开关32和第二开关，使第一螺线管31和第二螺线管分别通电，二者产生的磁力作用于细胞培养槽2内细胞，第一电磁装置及第二电磁装置与细胞培养槽2之间的距离越近，则磁感线及磁力方向越接近垂直于细胞培养槽2，磁力也越大。当细胞受到不同方向的磁力后，其发生形变；比如，当第一螺线管31和第二螺线管中线圈的绕接方向相同，且当第一电磁装置与第二电磁装置中的电流方向相同，则二者产生的磁极相同，参见图2，图2中细胞培养槽2上两个箭头方向分别为第一螺线管31和第二螺线管产生的磁感线方向，此时第一螺线管31和第二螺线管之间产生相互吸引力，则对于细胞培养槽2内细胞而言，受到单一方向的磁力，由于大多数细胞是贴壁培养的，所以其与细胞培养槽2之间还有摩擦力，细胞在摩擦力和磁力的双重作用力下，产生形变；当第一螺线管31和第二螺线管中线圈的绕接方向相同，且当第一电磁装置与第二电磁装置中的电流方向相反，则二者产生的磁极相反，此时第一螺线管31和第二螺线管之间产生相互排斥力，则对于细胞培养槽2内细胞而言，受到相反方向的磁力，图3-4中细胞培养槽2上两个箭头方向分别为第一螺线管31和第二螺线管产生的磁感线方向，如果靠近细胞培养槽2的为S极，则细胞发生拉伸形变，参见图3，如果靠近细胞培养槽2的为N极，则细胞发生压缩形变，参见图4。本发明利用机械结构模拟了细胞形变力，通过无直接接触的手段来使细胞产生形变损伤，不会对细胞造成污染，可在第一电磁装置及第二电磁装置通电前添加用于改善细胞形变损伤的药物，则通过观察细胞结构和测试细胞活性来评价药物疗效。
需要说明的是，可将第一电磁装置和第二电磁装置二者完全对称设置在细胞培养槽2两侧，二者电流大小、螺线管的缠绕圈数等参数均相同，保证二者产生的磁力大小相同，则细胞受到双向对称磁力的作用而发生压缩形变或者拉伸形变，在这种对称力的作用下，细胞不易产生位移，也容易发生形变，方便观察细胞位置和细胞形态。
优选的，为了实现磁力大小的调节和防止电路短路，第一电磁装置和第二电磁装置的串联电路上均安装有可变电阻，可变电阻的开关均安装在底座1的外壁，通过调节可变电阻的大小来改变第一螺线管31和第二螺线管中电流大小，进而改变细胞培养槽2中细胞受到的磁力。
优选的，参照图5，为了调节细胞培养槽2中细胞受到磁力的角度，底座1上沿细胞培养槽2长度方向两侧均设有滑轨4，每个滑轨4上均连接有滑块5，其中一个滑块5上安装有第一螺线管31，另一个滑块5上安装有第二螺线管。滑块5上安装有用于控制其位置的限位装置，在本实施例中，限位装置为带自锁的滚轮，滑块5底部安装有滚轮，滚轮底部与底座1的上表面接触，当需要滑动滑块5时，则打开滚轮上的锁，当需要限制滑块5移动时，则关闭滚轮上的所。为了能使是第一螺线管31和第二螺线管上的导线随着滑块22的滑动而顺利移动，沿每个滑轨4的两侧分别设有通槽6，每个通槽6穿接一根导线。
优选的，底座1上还设置有用于将第一电磁装置和第二电磁装置包裹的防尘盖11。
需要说明的是，为了不干扰第一螺线管31和第二螺线管产生的磁力方向，滑轨4和滑块5均采用绝缘材料制备。
实施例2
一种用于模拟细胞形变损伤的细胞培养装置，与实施例1的结构基本相同，区别在于，为了实现磁力变化的可视性，第一电磁装置还包括安装在底座1上的第一显示器33、第一电流传感器和第一控制器，第一显示器33和第一电流传感器、第一控制器均采用现有技术的型号设备，第一电流传感器分别与第一螺线管31连接，第一控制器与第一显示器33和第一电流传感器连接，第一电流传感器用于检测通过该第一螺线管31的电流；预先设定第一螺线管31的绕线圈数和界面截面积，则第一控制器可计算出第一螺线管31产生的磁力大小；或者预先在第一控制器中写入电流大小与磁力大小的公式关系，则通过第一电流传感器检测的电流大小可知晓第一螺线管31产生的磁力大小；第一控制器控制第一显示器33显示磁力大小数值。所述第一控制器安装在底座1上。
第二电磁装置与第一电磁装置的结构及工作原理相同，第二电磁装置包括第二显示器、第二电流传感器和第二控制器，所述第二控制器安装在底座1上。
如果实验中需要对细胞的两侧施加不同的磁力，则通过第一电磁装置和第二电磁装置中的可变电阻分别调节两个装置的电流大小，根据第一显示器33和第二显示器显示的数值来判断细胞两侧所受磁力大小关系，可模拟不同比例磁力大小下细胞的形变规律和受损规律以及药物疗效规律。
在本实施例中，限位装置为步进电机，安装有第一螺线管31的滑块5上安装有第一步进电机，安装有第二螺线管的滑块5上安装有第二步进电机，第一步进电机和第二步进电机的开关均安装在底座1的外壁，通过控制第一步进电机或者第二步进电机的工作，以调整滑块5以及其上方第一螺线管31或者第二螺线管的位置，对于细胞培养槽2中特定位置的细胞而言，当第一螺线管31和第二螺线管的位置发生变化，则该位置细胞接收的磁力角度也发生了变化，参见图6所示三种磁力方向变化，第一螺线管31和第二螺线管的移动方向相反，使细胞处于两侧平均受力的状态，则细胞在产生形变的同时不易发生较大位移，在不同位置的磁力方向下，细胞可产生不同角度的形变。
实施例3
一种用于模拟细胞形变损伤的细胞培养装置，与实施例1的结构基本相同，区别在于，参见图7，细胞培养槽2包括浅槽体21、框架22、多个挡板23，浅槽体21安装在底座1上，浅槽体21内用于放置培养基和细胞，浅槽体21的放置细胞的底面高度与第一螺线管31和第二螺线管的高度齐平，以便于磁力方向垂直于细胞，可将前槽体21的深度设置的较浅，比如5-10mm，既能满足细胞培养，又能接收到第一螺线管31和第二螺线管产生的磁力，浅槽体21的槽壁应当较薄，允许磁感线穿过，框架22安装在浅槽体21顶部，其各个侧面均为开口或者与第一螺线管31和第二螺线管相邻的侧面开口，第一螺线管31和第二螺线管分别正对着与其相邻的框架22开口，挡板23安装在浅槽体21上、沿浅槽体21长度方向分布，优选的为平行分布，多个挡板23将细胞培养槽2分割成多个培养区，每个培养区内均可培养细胞，挡板23选择能够阻挡磁感线的材质，其目的是阻挡磁感线穿过，屏蔽大部分磁场。由于第一螺线管31和第二螺线管产生的磁感线是向不同方向分布的，所以距离其越远，则磁感线的倾斜角度越大，加之磁感线的穿透力有限，所以设置了多个挡板23以后，可将不同区域的细胞分隔开，每个区域细胞的形变作用单独研究，一个培养区的实验完毕后，将第一螺线管31和第二螺线管转移至下一培养区，则通过一个细胞培养槽2可不同磁力强度变化的细胞形变情况，便捷，快速。
需要说明的是，本发明中未特别提及的部件连接关系均默认采用现有技术，由于其不涉及发明点，且为现有技术普遍应用，故不详述结构连接关系。
需要说明的是，本发明中涉及数值范围时，应理解为每个数值范围的两个端点以及两个端点之间任何一个数值均可选用，由于采用的步骤方法与实施例相同，为了防止赘述，本发明描述了优选的实施例。尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种用于模拟细胞形变损伤的细胞培养装置，其特征在于，包括，
细胞培养槽(2)，用于盛放培养基和细胞；
第一电磁装置，其设置于所述细胞培养槽(2)一侧，所述第一电磁装置包括串联的第一电源(3)、第一螺线管(31)和第一开关(32)，所述第一螺线管(31)靠近所述细胞培养槽(2)设置；
第二电磁装置，与所述第一电磁装置的结构相同，包括第二电源、第二螺线管和第二开关，所述第二电磁装置设置在所述细胞培养槽(2)的另一侧；所述第二电磁装置与所述第一电磁装置中电流方向相同或相反。
2.根据权利要求1所述的用于模拟细胞形变损伤的细胞培养装置，其特征在于，还包括空腔的底座(1)，所述细胞培养槽(2)、第一电磁装置、第二电磁装置均设于所述底座(1)上，所述第一电源(3)和所述第二电源均设置在所述底座(1)的空腔内，所述第一开关(32)和所述第二开关均设置在所述底座(1)侧壁，所述第一螺线管(31)和所述第二螺线管均安装在所述底座(1)上方。
3.根据权利要求2所述的用于模拟细胞形变损伤的细胞培养装置，其特征在于，所述第一螺线管(31)内部是空心，或者设置有金属芯。
4.根据权利要求2所述的用于模拟细胞形变损伤的细胞培养装置，其特征在于，所述第一螺线管(31)与所述细胞培养槽(2)之间的距离为0.1-3cm。
5.根据权利要求2所述的用于模拟细胞形变损伤的细胞培养装置，其特征在于，所述第一电磁装置和所述第二电磁装置的串联电路上均安装有可变电阻，所述可变电阻的开关均安装在所述底座(1)的外壁。
6.根据权利要求2所述的用于模拟细胞形变损伤的细胞培养装置，其特征在于，还包括，
滑轨(4)，其安装在所述底座(1)上、沿所述细胞培养槽(2)长度方向的两侧延伸；
两个滑块(5)，每个所述滑轨(4)上均连接有所述滑块(5)，其中一个所述滑块(5)上安装有第一螺线管(31)，另一个所述滑块(5)上安装有第二螺线管；
两个限位装置，分别安装在每个所述滑块(5)上。
7.根据权利要求6所述的用于模拟细胞形变损伤的细胞培养装置，其特征在于，所述限位装置为步进电机或者带自锁的滚轮。
8.根据权利要求6所述的用于模拟细胞形变损伤的细胞培养装置，其特征在于，沿每个所述滑轨(4)的两侧分别设有通槽(6)。
9.根据权利要求1所述的用于模拟细胞形变损伤的细胞培养装置，其特征在于，所述第一电磁装置还包括，
第一显示器(33)，安装在所述底座(1)外壁；
第一电流传感器，安装在所述底座(1)内部，与所述第一螺线管(31)连接；
第一控制器，分别与所述第一显示器(33)和所述第一电流传感器连接。
10.根据权利要求1所述的用于模拟细胞形变损伤的细胞培养装置，其特征在于，所述细胞培养槽(2)包括，
浅槽体(21)，安装在所述底座(1)上；
框架(22)，安装在所述浅槽体(21)顶部，其与所述第一螺线管(31)和所述第二螺线管相邻的侧面开口，所述第一螺线管(31)和所述第二螺线管的管口分别正对着与其相邻的框架(22)开口；
多个挡板(23)，安装在浅槽体(21)上、沿所述浅槽体(21)长度方向分布。
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