CN118123978A - 一种培养皿的成型模具以及制作方法 - Google Patents

一种培养皿的成型模具以及制作方法 Download PDF

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肖帅锋
彭云建
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Abstract

本申请提供一种用于制作培养皿的成型模具以及一种制作用于电场环境下的细胞培养的培养皿的方法，其中成型模具包括：胶套，其基本呈在两端分别具有第一开口和第二开口的圆筒形；密封盖，其配置成对所述第一开口进行密封；模芯，其包括基本呈圆柱形的芯主体，所述芯主体的外径小于所述第二开口的内径；以及密封套，其配置成在所述芯主体从所述第二开口至少部分地伸入所述胶套内的状态下对所述第二开口进行密封，其中所述胶套的材质采用聚氨酯、硅胶或黑色橡胶，且所述模芯的材质采用金属。

Description

一种培养皿的成型模具以及制作方法
技术领域
本申请涉及培养皿制作技术领域，具体涉及用于制作培养皿的成型模具以及制作用于电场环境下的细胞培养的培养皿的方法。
背景技术
随着科学技术的飞速发展，人们对恶性肿瘤的生长分裂机理进行了深入的研究，并提出了新的治疗方法及机理，以提高绝症患者的存活率和改善患者的生存质量。目前已知的肿瘤电场疗法的基本原理为，在电场对肿瘤细胞有丝分裂具有阻碍作用的基础上，电场的不同频率、不同方向以及不同强度均展现出不同的肿瘤抑制效果。在旨在确认该治疗方法的有效性的体外实验中，需要将肿瘤细胞放置在陶瓷培养皿(例如由作为高介电常数铁电陶瓷材料的PMN-PT制作)中，然后将陶瓷培养皿放置在培养装置中进行培养，通过在培养皿内产生交变的可控电场对细胞生长进行干预和控制，由此研究肿瘤细胞在交变电场环境下的生长和抑制机理。
传统的陶瓷培养皿制作方法为注浆成型法，即将陶瓷材料、添加剂和适量水在球磨机内进行湿法混磨，使陶瓷材料均匀悬浮于溶液中成料浆，然后注入有吸水性能的石膏模内，经过一定时间后，浆料被吸附于石膏模壁上，当壁厚达到要求时，将石膏模内未被吸附的料浆排出，在石膏模内留有一层被吸附于石膏模壁上凝固的浆料，待干燥后进行脱模，成为圆柱形坯体，坯体在适当的条件下进行干燥后，再经过高温烧结得到陶瓷培养皿。采用此方法制作坩埚，坯体强度低，壁厚均匀性差，干燥和烧成收缩大，成品率低，不能满足高精度陶瓷培养皿的生产。
另一传统的陶瓷培养皿制作方法为干粉压制成型法，压制烧结后的陶瓷培养皿由于存在上下密度差异，导致烧结后的陶瓷培养皿存在严重变形，无法形成尺寸规整的器型，烧结后的陶瓷呈现腰鼓形状，不但增加了金属化的难度，而且在金属电极上施加交变电流后，形成的交变空间电场不均匀，无法对培养皿内培养液内的细胞进行有效的生长抑制。而热压铸和注射成型工艺，存在生产工艺复杂，排塑周期长，生产过程中培养皿变形开裂的问题。
发明内容
本公开旨在提供一种用于制作培养皿的成型模具以及一种制作用于电场环境下的细胞培养的培养皿的方法，其至少能够解决上述背景技术中提到的至少一种问题。
本公开实施例提供一种用于制作培养皿的成型模具，包括：
胶套，其基本呈在两端分别具有第一开口和第二开口的圆筒形；
密封盖，其配置成对所述第一开口进行密封；
模芯，其包括基本呈圆柱形的芯主体，所述芯主体的外径小于所述第二开口的内径；以及
密封套，其配置成在所述芯主体从所述第二开口至少部分地伸入所述胶套内的状态下对所述第二开口进行密封，
其中所述胶套的材质采用聚氨酯、硅胶或黑色橡胶，且所述模芯的材质采用金属。
在一些实施例中，所述成型模具用于等静压成型。
在一些实施例中，所述胶套包括所述第一开口侧的具有第一内径的第一部分和所述第二开口侧的具有第二内径的第二部分，其中所述第一内径小于所述第二内径。
在一些实施例中，所述密封盖包括配置成在所述第一开口处插入以与所述胶套的内侧面密封配合的塞部。
在一些实施例中，所述密封套配置成套设在所述芯主体的外侧面。
在一些实施例中，所述密封套的内侧面具有周向波纹。
在一些实施例中，所述密封套配置成在所述芯主体从所述第二开口至少部分地伸入所述胶套内的状态下嵌入在所述胶套的内侧面和所述芯主体的外侧面之间以进行密封。
本公开实施例还提供一种制作用于电场环境下的细胞培养的培养皿的方法，包括：
获得基于PMN-PT材料的陶瓷造粒粉；
使用所述陶瓷造粒粉进行等静压成型，以获得预成型坯体；
通过进行排塑烧结由所述预成型坯体制得陶瓷主体；以及
在所述陶瓷主体的外侧面上形成用于产生所述电场环境的至少两对对称电极对，以获得所述培养皿。
在一些实施例中，使用所述陶瓷造粒粉进行等静压成型包括：
将所述陶瓷造粒粉装填在等静压成型模具中并进行密封；
将所述等静压成型模具放入冷等静压机中并对装填在所述等静压成型模具中的陶瓷造粒粉进行压制；以及
通过对所述等静压成型模具的脱模获得经压制的陶瓷造粒粉，作为所述预成型坯体。
在一些实施例中，所述等静压成型模具采用前述的成型模具。
在一些实施例中，将所述陶瓷造粒粉装填在等静压成型模具中并进行密封包括：对所装填的陶瓷造粒粉进行振实。
在一些实施例中，对装填在所述等静压成型模具中的陶瓷造粒粉进行压制包括：在所述冷等静压机中以100至300Mpa进行保压持续10至20分钟。
在一些实施例中，通过进行排塑烧结由所述预成型坯体制得陶瓷主体包括：
将经排塑的预成型坯体放置在承烧板上，在所放置的预成型坯体上方倒扣坩埚，以进行密闭烧结。
在一些实施例中，所述陶瓷主体基本呈圆筒状，且在所述陶瓷主体的外侧面上形成用于产生所述电场环境的至少两对对称电极对包括：使用曲面印刷设备在所述陶瓷主体的外侧面上相对于中心轴对称地印刷电极材料图案并进行烘焙。
根据本公开实施例的用于制作培养皿的成型模具和制作用于电场环境下的细胞培养的培养皿的方法通过采用等静压成型，能够保证所成型的坯体整体的密度均匀一致，适合批量生产，而且坯体强度优异，使得能够进行车削加工，以满足外形尺寸精度要求；在烧结过程中坯体各个部位的收缩率差异小，因此尺寸一致性优异，而且变形较小。
本公开的其他优点将结合配合以下的说明和附图进行更详细的解说。
应当理解，上述说明仅是本公开技术方案的概述，以便能够总体了解本公开的技术手段，进而依照说明书的内容予以实施。为了让本公开的上述和其它目的、特征及优点能够更明显易懂，以下特举例说明本公开的具体实施方式。
附图说明
为了更清楚地说明本公开实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍。此处的附图并入说明书中并构成本说明书的一部分，这些附图示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于说明本公开的技术方案。应当理解，附图仅示出了本公开的某些实施例，因此不应被看作是对保护范围的限制，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。而且在整个附图中，用相同的标号表示相同的部件。在附图中：
图1示意性地示出了根据本公开实施例的用于制作培养皿的成型模具的侧方透视图；
图2示意性地示出了根据本公开实施例的制作用于电场环境下的细胞培养的培养皿的方法的流程图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开实施例。虽然附图中显示本公开的一些实施例，然而应当理解，本公开可以以各种形式实现，而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
在本公开实施例的描述中，应理解，诸如“包括”或“具有”等术语旨在指示本说明书中存在所公开的特征、数字、步骤、行为、部件、部分或其组合的存在，并且并不旨在排除存在一个或多个其他特征、数字、步骤、行为、部件、部分或其组合存在的可能性。
除非另有说明，“/”表示或的意思，例如，A/B可以表示A或B；本文中的“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。
术语“第一”、“第二”等仅为了便于用于描述而用于区分相同或相似的技术特征目的，而不能理解为指示或暗示这些技术特征的相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，由限定有“第一”、“第二”等限定的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个这一特征。在本公开实施例的描述中，除非另有说明，术语“多个”的含义是两个或多于两个以上。
<成型模具>
图1示意性地示出了根据本公开实施例的用于制作培养皿的成型模具的侧方透视图。需要说明的是，根据本公开实施例的成型模具可以用于等静压成型工艺，例如可以在后述的根据本公开实施例的制作用于电场环境下的细胞培养的培养皿的方法中用作为用于获得预成型坯体的等静压模型。
如图1所示，根据本公开实施例的用于制作培养皿的成型模具10包括：
胶套110，其基本呈在两端分别具有第一开口111和第二开口112的圆筒形；
密封盖120，其配置成对第一开口111进行密封；
模芯130，其包括基本呈圆柱形的芯主体131，其中芯主体131的外径小于第二开口112的内径；以及
密封套140，其配置成在芯主体131从第二开口112至少部分地伸入胶套110内的状态下对第二开口112进行密封，
其中胶套110的材质采用聚氨酯、硅胶或黑色橡胶，且模芯130的材质采用金属。
可以理解，通过密封塞120和密封圈140对胶套110两端开口的密封，软质或弹性胶套110和硬质或刚性模芯130能够在胶套110内腔形成密闭空间，以用于对其中预先装填的粉料(例如后述的陶瓷造粒粉)进行等静压成型，使得能够获得具有高致密度、均匀密度以及高精度的预成型坯体。
在一些实施例中，胶套110可以包括第一开口111侧的具有第一内径的第一部分110A和第二开口112侧的具有第二内径的第二部分110B，其中所述第一内径小于所述第二内径。例如，胶套可以具有大口径圆筒部(相当于第二部分110B)在一端(即第二开口112的相对端)经缩口后与小口径圆筒部(相当于第一部分110A)连通而成的形态。在一些实施例中，胶套110的材质可以采用聚氨酯，硬度可以为60A。
在一些实施例中，密封盖120可以包括配置成在第一开口111处插入以与胶套110的内侧面密封配合的塞部121。例如，塞部121可以为外径不小于胶套110的第一部分110A的内径(即第一内径)的圆柱形。示例性地，塞部121与第一部分110A之间的配合可以为过盈配合。在一些实施例中，塞部121的材质也可以采用聚氨酯、硅胶或黑色橡胶。在一些实施例中，塞部121的轴向长度(以下均简称为长度)可以不大于第一部分110A。示例性地，密封盖120还可以在塞部121的另一端(即胶套插入端的相对端)包括外径大于塞部121的头部，例如法兰状头部。
在一些实施例中，模芯130的芯主体131的长度可以不大于胶套110的第二部分110B的长度，使得即使在芯主体131完全伸入第二部分110B内时也避免顶到第一部分110A而发生碰撞。在一些实施例中，模芯130还可以在芯主体131的另一端(即胶套插入端的相对端)包括外径大于第二部分110B的内径(即第二内径)的芯底座，例如法兰状底座。在一些实施例中，模芯130的材质可以采用钢。示例性地，模芯130可以是中空状。
在一些实施例中，密封套140可以配置成套设在芯主体131的外侧面。例如，密封套140可以为内径不大于芯主体131的外径的环形件。示例性地，密封套140与芯主体131之间的配合可以为过盈配合。可以理解，密封套140的长度小于芯主体131的长度。在一些实施例中，密封套140可以配置成在芯主体131从第二开口112至少部分地伸入胶套110内的状态下嵌入在胶套110的内侧面和芯主体131的外侧面之间以进行密封。例如，密封套140的外径可以不小于胶套110的第二部分110B的内径。示例性地，密封套140与胶套110之间的配合可以为过盈配合。可以理解，此时密封套140与芯主体131的胶套插入端间隔开，使得在由密封塞120和密封套140进行密封的状态下在胶套110的内腔形成的密闭成型空间包括胶套110的内侧面和芯主体131的外侧面之间的间隔空间，以使由预先装填在密闭成型空间中的粉料压制而得的等静压成型坯体能够具有待制作培养皿的形状，例如呈杯状。在一些实施例中，密封套140的内侧面具有波纹141。优选地，所述波纹141沿密封套140的轴向方向延伸。进一步地，所述波纹141贯穿密封套140的内表面，使得密封套140与胶套110密封后，与胶套110内部形成的间隔空间气体连通的设置。由此，通过在密封套140内侧设置的波纹141，较为方便提供胶套110内侧面和芯主体131的外侧面之间的间隔空间所构成的成型腔体提供气体外溢的通道，使得在加工过程中，成型腔体内的气体能够顺畅的排除，确保了加工成型的质量，避免了因为气体被密封在成型腔体内部导致的成品瑕疵。
<培养皿制作方法>
根据本公开实施例的制作用于电场环境下的细胞培养的培养皿的方法，基于作为高介电弛豫铁电陶瓷材料的铌镁酸铅-钛酸铅(PMN-PT)制作造粒粉体，经等静压成型、排塑和烧结等过程获得陶瓷件，然后在侧表面形成电极对，得到陶瓷培养皿，其可用于研究交变电场环境对细胞分裂(包括肿瘤细胞的生长)的抑制机理。由于采用了等静压成型工艺，实现陶瓷培养皿的低成本批量生产，生产周期短，产品合格率高，而且陶瓷培养皿坯体的密度上下均匀，收缩率一致性好，培养皿坯件经车加工烧结后，形状尺寸一致性好。
图2示意性地示出了根据本公开实施例的制作用于电场环境下的细胞培养的培养皿的方法的流程图。如图2所示，根据本公开实施例的制作用于电场环境下的细胞培养的培养皿的方法200包括以下步骤。
S201：获得基于PMN-PT材料的陶瓷造粒粉。
可以理解，基于PMN-PT材料的陶瓷造粒粉可以通过本领域已知的制备方法制得。
在一些实施例中，步骤S201可包括：将PMN-PT材料、至少一种添加剂和去离子水一起混合研磨，以形成浆料；以及对浆料进行喷雾干燥，以获得陶瓷造粒粉。示例性地，PMN-PT材料的结构化学式可以为xPb(Mg1/3Nb2/3)O3-yPbTiO3，其中0.9≤x≤1.0，0≤y≤0.1，x+y＝1.0，其中优选0.05≤y≤0.1。例如，PMN-PT材料可以如下制得：按照相应化学剂量比称取PbO，TiO2，MgCO3和Nb2O5，进行湿法球磨混合、喷雾干燥，在坩埚内以850-950℃预烧2h，以获得预烧粉体。示例性地，至少一种添加剂包括选自掺杂助剂、分散剂、粘合剂、消泡剂、润滑剂和增塑剂中的至少一种。示例性地，浆料中预烧粉体中位粒径D50≤2.0um。示例性地，陶瓷造粒粉的粒径范围为80-300目。
S202：使用所述陶瓷造粒粉进行等静压成型，以获得预成型坯体。
在一些实施例中，S202可包括：将陶瓷造粒粉装填在等静压成型模具中并进行密封；将等静压成型模具放入冷等静压机中并对装填在等静压成型模具中的陶瓷造粒粉进行压制；以及通过对等静压成型模具的脱模获得经压制的陶瓷造粒粉，作为预成型坯体。示例性地，等静压成型模具可以采用前述的成型模具。示例性地，可以在将陶瓷造粒粉装填在等静压成型模具中后进行振实(例如采用振荡器)。示例性地，在冷等静压机中可以以100至300Mpa进行保压持续10至20分钟，由此能够获得均匀致密的高强度坯体。示例性地，可以在通过脱模从等静压成型模具取出预成型坯体后进行车削加工(例如，通过将坯体套在硬质橡胶棒、木棒或者铝质棒上进行加工)，以使其外径和底厚一致。
S203：通过进行排塑烧结由所述预成型坯体制得陶瓷主体。
在一些实施例中，S203可以包括将预成型坯体放入排胶炉内进行排塑。示例性地，以600～750℃的排塑温度持续2小时。在一些实施例中，S203可以包括将经排塑的预成型坯体放置在承烧板上，在所放置的预成型坯体上方倒扣坩埚，以进行密闭烧结。通过倒扣坩埚，能够防止烧结过程中PbO的挥发。示例性地，可以将预成型坯体以底朝下的状态放置在承烧板(例如撒有隔粘粉)上。示例性地，可以以1200-1300℃的烧结温度持续保温1至3小时，由此获得致密的陶瓷主体(即培养皿陶瓷件)。在一些实施例中，可以对陶瓷主体进行精加工(例如平面磨)，以使尺寸和表面粗糙度符合技术要求。在一些实施例中，可以对陶瓷主体进行超声波清洗，然后进行120℃烘干。
S204：在所述陶瓷主体的外侧面上形成用于产生所述电场环境的至少两对对称电极对，以获得所述培养皿。在一些实施例中，S204可包括使用曲面印刷设备在所述陶瓷主体的外侧面上相对于中心轴对称地印刷电极材料图案并进行烘焙，其中陶瓷主体基本呈圆筒状。示例性地，电极材料图案采用诸如银、金、铂金、铜等金属。示例性地，可以在高温网带炉内进行烘焙。例如，可以以800-850℃的烘焙温度持续10分钟。又例如，电极材料图案可以具有≤3mΩ/□的方阻。在一些实施例中，对称电极对可以为1至4对。
在本说明书的描述中，参考术语“一些实施例”或“示例”等进行的描述意指结合该实施例或示例所描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本公开的至少一个实施例或示例中，而且上述术语未必表示相同的实施例或示例。而且，所描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
关于本公开实施例的方法流程图，将某些操作描述为以一定顺序执行的不同步骤。这样的流程图属于说明性的而非限制性的。可以将在本文中所描述的某些步骤分组在一起并且在单个操作中执行、或者可以将某些步骤分割成多个子步骤、并且可以以不同于本文中所示的顺序来执行某些步骤。
本领域技术人员可以理解，在上述具体实施例中描述的方法中，各步骤的撰写顺序并不意味着严格的执行顺序，各步骤的具体执行顺序应当以其功能和可能的内在逻辑确定。
以上虽然已经参考若干具体实施方式描述了本公开的精神和原理，但是应该理解，本公开并不限于所公开的具体实施方式，对各方面的划分也不意味着这些方面中的特征不能组合。本公开旨在涵盖所附权利要求的精神和范围内所包括的各种修改和等同布置。

Claims (10)

1.一种用于制作培养皿的成型模具，包括：
胶套，其基本呈在两端分别具有第一开口和第二开口的圆筒形；
密封盖，其配置成对所述第一开口进行密封；
模芯，其包括基本呈圆柱形的芯主体，所述芯主体的外径小于所述第二开口的内径；以及
密封套，其配置成在所述芯主体从所述第二开口至少部分地伸入所述胶套内的状态下对所述第二开口进行密封，
其中所述胶套的材质采用聚氨酯、硅胶或黑色橡胶，且所述模芯的材质采用金属。
2.根据权利要求1所述的成型模具，其中所述胶套包括所述第一开口侧的具有第一内径的第一部分和所述第二开口侧的具有第二内径的第二部分，其中所述第一内径小于所述第二内径。
3.根据权利要求1所述的成型模具，其中所述密封套配置成套设在所述芯主体的外侧面。
4.根据权利要求3所述的成型模具，其中所述密封套的内侧面具有波纹。
5.根据权利要求3所述的成型模具，其中所述密封套配置成在所述芯主体从所述第二开口至少部分地伸入所述胶套内的状态下嵌入在所述胶套的内侧面和所述芯主体的外侧面之间以进行密封。
6.一种制作用于电场环境下的细胞培养的培养皿的方法，包括：
获得基于PMN-PT材料的陶瓷造粒粉；
使用所述陶瓷造粒粉进行等静压成型，以获得预成型坯体；
通过进行排塑烧结由所述预成型坯体制得陶瓷主体；以及
在所述陶瓷主体的外侧面上形成用于产生所述电场环境的至少两对对称电极对，以获得所述培养皿。
7.根据权利要求6所述的方法，其中使用所述陶瓷造粒粉进行等静压成型包括：
将所述陶瓷造粒粉装填在等静压成型模具中并进行密封；
将所述等静压成型模具放入冷等静压机中并对装填在所述等静压成型模具中的陶瓷造粒粉进行压制；以及
通过对所述等静压成型模具的脱模获得经压制的陶瓷造粒粉，作为所述预成型坯体。
8.根据权利要求7所述的方法，其中所述等静压成型模具采用根据权利要求1至7中的任一项所述的成型模具。
9.根据权利要求6所述的方法，其中通过进行排塑烧结由所述预成型坯体制得陶瓷主体包括：
将经排塑的预成型坯体放置在承烧板上，在所放置的预成型坯体上方倒扣坩埚，以进行密闭烧结。
10.根据权利要求6所述的方法，其中所述陶瓷主体基本呈圆筒状，且在所述陶瓷主体的外侧面上形成用于产生所述电场环境的至少两对对称电极对包括：使用曲面印刷设备在所述陶瓷主体的外侧面上相对于中心轴对称地印刷电极材料图案并进行烘焙。
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