CN1932510A - 细胞拉伸加载装置 - Google Patents

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Abstract

一种细胞拉伸加载装置，涉及医学实验仪器中的细胞力学加载装置。本发明主要包括机架、动力系统、传动系统及拉伸运动部分。动力系统主要由控制器、驱动器、步进电机构成；传动系统主要由丝杠、拉杆构成；拉伸运动部分主要由滑动支架、固定支架、导向杆、前导杆块和后导杆块构成。由于本发明具有对细胞拉伸过程平稳，细胞受力均匀，能精确控制拉伸幅度和频率，拉伸距离可在0～60mm范围内方便调节，能使相同条件下的实验具有良好的一致性等特点，所以本发明可广泛用作医学实验仪器的细胞力学加载装置，是在生物力学中对生物组织和细胞进行力学刺激响应研究的理想加载装置。

Description

细胞拉伸加载装置
技术领域
本发明属于生物力学工程技术领域，特别涉及医学实验仪器中的细胞力学加载装置。
技术背景
随着组织工程和生物医学工程的发展，细胞力学、组织工程等己成为现代生物学发展的前沿学科。为了研究各种物理、生化因素对人体组织的影响，都必须解决如何对细胞进行力学加载的问题。在现有的细胞加载装置中，如公开号为CN1425905A的《四点弯曲细胞力学加载仪》专利，公开的是步进电机执行CPU的命令，从而带动冲压头运行各种运转速度、位移，冲压头使梁在左、右对称的四个支撑点间变形后而使梁表面积发生变化，从而使设置于梁四个支撑点间的培养板上贴壁生长的细胞发生形变。该加载仪的优点在于控制操作由CPU来完成，通过步进电机来实现对细胞进行不同形式的拉伸或压缩，但是，该加载仪存在的主要问题是：1.梁在四个支撑点间的变形是不均匀的，不可避免将导致培养板上贴壁生长的细胞形变不均匀。2.四个支撑点间的变形是由冲压头的位移量决定并经过梁中间转换，这样使细胞变形不直观而且会带来误差。3.该加载仪不能实现细胞在拉伸状态下显微观察。
发明内容
本发明的目的是针对现有细胞加载装置的不足之处，提供一种细胞拉伸加载装置，具有拉伸过程平稳，细胞受力均匀，能精确控制拉伸幅度和频率，观察简便，拉伸距离可在0～60mm范围内调节等特点。
本发明的目的是这样实现的：一种细胞拉伸加载装置，主要包括机架、动力系统、传动系统及拉伸运动部分。动力系统主要由控制器、驱动器、步进电机构成。控制器为计算机或单片机或可编程控制器等，控制器通过程序输出控制信号，控制拉伸频率、拉伸幅度、拉伸形式。驱动器为控制器输出信号的功率放大器，以便驱动步进电机旋转而为装置提供动力。传动系统主要由丝杠和拉杆构成，将步进电机的旋转动力传递给滑动支架作水平直线运动，以便对细胞进行加载拉伸。拉伸运动部分主要由滑动支架、固定支架、导向杆、前导杆块和后导杆块构成，对附着有细胞的培养膜进行拉伸。控制器和驱动器设置在机架外，步进电机固接在机架的一端，控制器和驱动器及步进电机之间通过导线连接。丝杠的一端与步进电机输出轴固定连接，另一端与定位衬套固接。拉杆的一端与丝杠固定连接，另一端穿过定位衬套通过销轴与滑动支架固定连接。滑动支架的两端分别通过止动螺钉与左、右两导向杆的一端锁紧连接，并能在两导向杆上自由滑动。固定支架的两端分别通过止动螺钉与左、右两导向杆的另一端锁紧连接，并通过止动螺钉能在两导向杆上移动定位。左、右两根导向杆的两端分别通过螺钉固接在前、后导杆块上，前、后导杆块的两端分别通过固定螺钉与机架固定连接。因此两支架和两导向杆及两导杆块与机架构成稳固的刚性基础，能保证拉伸过程的平稳。附着有细胞的培养膜的一端通过夹板压紧在固定支架的下端，另一端通过夹板压紧在滑动支架的下端，在培养膜下方的机架上放置有培养皿。附着有细胞的培养膜通过滑动支架，在动力系统的作用下进行单向拉伸，并通过拧下固定螺钉可方便地从机架上拆下拉伸运动部分进行显微观察。
本发明的细胞拉伸加载装置，对细胞拉伸过程平稳，细胞受力均匀，能精确控制拉伸幅度和频率，拉伸距离能在0～60mm范围内方便调节，能使相同条件下的实验具有良好的一致性。本加载装置可以方便地通过控制器改变拉伸幅度、拉伸频率以及拉伸方式，使细胞在不同的力学刺激下表现出各自相应的响应。本加载装置在实验过程中进行动态观察时，能通过固定螺钉直接将拉伸运动部分从机架上整体拆移至显微镜下观察，使细胞未脱离培养液，极大的减少了培养膜及细胞被污染的可能性。采用本加载装置对离体培养的细胞在机械应力的刺激下，能方便地对细胞骨架进行自我调整，细胞发生形态与取向，群体细胞的迁移、增殖与分布发生的改变进行观察研究。本加载装置可广泛用作医学实验仪器的细胞力学加载装置，是在生物力学中对生物组织和细胞进行力学刺激响应研究的理想加载装置。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为图1的俯视图。
图中：1—控制器，2—控制导线，3—驱动器，4—导线，5—步进电机，6—机架，7—丝杠，8—拉杆，9—前导杆块，10—固定螺钉，11—导向杆，12—销轴，13—滑动支架，14—培养膜，15—培养皿，16—固定支架，17—夹板，18—止动螺钉，19—后导杆块，20—定位衬套。
具体实施方式
下面结合具体实施方式进一步说明本发明。
实施例1
如图1、2所示，一种细胞拉伸加载装置，主要包括机架6、动力系统、传动系统及拉伸运动部分。动力系统主要由控制器1、驱动器3、步进电机5构成。控制器1为计算机，控制器1通过程序输出控制信号，控制拉伸频率、拉伸幅度、拉伸形式。驱动器3为控制器1输出信号的功率放大器，以便驱动步进电机5旋转而为装置提供动力。传动系统主要由丝杠7和拉杆8构成，将步进电机5的旋转动力传递给滑动支架13作水平直线运动，以便对细胞进行加载拉伸。拉伸运动部分主要由滑动支架13、固定支架16、导向杆11、前导杆块9和后导杆块19构成，对附着有细胞的培养膜14进行拉伸。控制器1和驱动器3设置在机架6外，步进电机5通过螺栓固定在机架6的一端，控制器1和驱动器3之间通过控制导线2连接，驱动器3和步进电机5之间通过导线4连接。丝杠7的一端与步进电机5输出轴通过螺钉固定连接，另一端与定位衬套20通过孔轴配合固接。拉杆8的一端与丝杠7通过螺纹副固接，另一端穿过定位衬套20通过销轴12与滑动支架13固接。滑动支架13的两端分别通过止动螺钉18与左、右两导向杆11的一端锁紧连接，并能在两导向杆11上自由滑动。固定支架16的两端分别通过止动螺钉18与左、右两导向杆11的另一端锁紧连接，并通过止动螺钉18能在两导向杆11上移动定位。左、右两根导向杆11的两端分别通过螺钉固定在前导杆块9和后导杆块19上，前导杆块9、后导杆块19的两端分别通过固定螺钉10与机架6固定连接。因此滑动支架13、固定支架16和两导向杆11及前导杆块9、后导杆块19与机架6构成稳固的刚性基础，能保证拉伸过程的平稳。附着有细胞的培养膜14的一端通过夹板17压紧在固定支架16的下端，另一端通过夹板17压紧在滑动支架13的下端，在培养膜14下方的机架6上放置有培养皿15。附着有细胞的培养膜14通过滑动支架13，在动力系统的作用下进行单向拉伸，并通过拧下固定螺钉10可方便地从机架6上拆下拉伸运动部分进行显微观察。
实施例2
如图1、2所示，一种细胞拉伸加载装置，主要包括机架6、动力系统、传动系统及拉伸运动部分。动力系统主要由控制器1、驱动器3、步进电机5构成。控制器1为单片机，控制器1通过程序输出控制信号，控制拉伸频率、拉伸幅度、拉伸形式。驱动器3为控制器1输出信号的功率放大器，以便驱动步进电机5旋转而为装置提供动力。传动系统主要由丝杠7和拉杆8构成，将步进电机5的旋转动力传递给滑动支架13作水平直线运动，以便对细胞进行加载拉伸。拉伸运动部分主要由滑动支架13、固定支架16、导向杆11、前导杆块9和后导杆块19构成，对附着有细胞的培养膜14进行拉伸。控制器1和驱动器3设置在机架6外，步进电机5通过螺栓固定在机架6的一端，控制器1和驱动器3之间通过控制导线2连接，驱动器3和步进电机5之间通过导线4连接。丝杠7的一端与步进电机5输出轴通过螺钉固定连接，另一端与定位衬套20通过孔轴配合固接。拉杆8的一端与丝杠7通过螺纹副固接，另一端穿过定位衬套20通过销轴12与滑动支架13固接。滑动支架13的两端分别通过止动螺钉18与左、右两导向杆11的一端锁紧连接，并能在两导向杆11上自由滑动。固定支架16的两端分别通过止动螺钉18与左、右两导向杆11的另一端锁紧连接，并通过止动螺钉18能在两导向杆11上移动定位。左、右两根导向杆11的两端分别通过螺钉固定在前导杆块9和后导杆块19上，前导杆块9、后导杆块19的两端分别通过固定螺钉10与机架6固定连接。因此滑动支架13、固定支架16和两导向杆11及前导杆块9、后导杆块19与机架6构成稳固的刚性基础，能保证拉伸过程的平稳。附着有细胞的培养膜14的一端通过夹板17压紧在固定支架16的下端，另一端通过夹板17压紧在滑动支架13的下端，在培养膜14下方的机架6上放置有培养皿15。附着有细胞的培养膜14通过滑动支架13，在动力系统的作用下进行单向拉伸，并通过固定螺钉10可方便地从机架6上拆下拉伸运动部分进行显微观察。
实施例3
如图1、2所示，一种细胞拉伸加载装置，主要包括机架6、动力系统、传动系统及拉伸运动部分。动力系统主要由控制器1、驱动器3、步进电机5构成。控制器1为可编程控制器，控制器1通过程序输出控制信号，控制拉伸频率、拉伸幅度、拉伸形式。驱动器3为控制器1输出信号的功率放大器，以便驱动步进电机5旋转而为装置提供动力。传动系统主要由丝杠7和拉杆8构成，将步进电机5的旋转动力传递给滑动支架13作水平直线运动，以便对细胞进行加载拉伸。拉伸运动部分主要由滑动支架13、固定支架16、导向杆11、前导杆块9和后导杆块19构成，对附着有细胞的培养膜14进行拉伸。控制器1和驱动器3设置在机架6外，步进电机5通过螺栓固定在机架6的一端，控制器1和驱动器3之间通过控制导线2连接，驱动器3和步进电机5之间通过导线4连接。丝杠7的一端与步进电机5输出轴通过螺钉固定连接，另一端与定位衬套20通过孔轴配合固接。拉杆8的一端与丝杠7通过螺纹副固接，另一端穿过定位衬套20通过销轴12与滑动支架13固接。滑动支架13的两端分别通过止动螺钉18与左、右两导向杆11的一端锁紧连接，并能在两导向杆11上自由滑动。固定支架16的两端分别通过止动螺钉18与左、右两导向杆11的另一端锁紧连接，并通过止动螺钉18能在两导向杆11上移动定位。左、右两根导向杆11的两端分别通过螺钉固定在前导杆块9和后导杆块19上，前导杆块9、后导杆块19的两端分别通过固定螺钉10与机架6固定连接。因此滑动支架13、固定支架16和两导向杆11及前导杆块9、后导杆块19与机架6构成稳固的刚性基础，能保证拉伸过程的平稳。附着有细胞的培养膜14的一端通过夹板17压紧在固定支架16的下端，另一端通过夹板17压紧在滑动支架13的下端，在培养膜14下方的机架6上放置有培养皿15。附着有细胞的培养膜14通过滑动支架13，在动力系统的作用下进行单向拉伸，并通过固定螺钉10可方便地从机架6上拆下拉伸运动部分进行显微观察。
细胞拉伸加载装置的工作过程：控制器1通过控制导线2向驱动器3发出控制脉冲信号，驱动器3把控制脉冲信号功率放大后通过导线4输入步进电机5，步进电机5接收到信号后执行各种运转速度，步进电机5的输出轴带动丝杠7旋转，丝杠7旋转推动拉杆8直线运动，拉杆8通过销轴12牵引滑动支架13沿着导向杆11运动，培养膜一端随滑动支架13运动，另一端则随固定支架16锁紧在导向杆11上不动，这样附着在培养膜上的细胞就被拉伸。

Claims (5)

1.一种细胞拉伸加载装置，主要包括机架(6)，其特征在于还有动力系统、传动系统及拉伸运动部分，动力系统主要由控制器(1)、驱动器(3)、步进电机(5)构成，传动系统主要由丝杠(7)和拉杆(8)构成，拉伸运动部分主要由滑动支架(13)、固定支架(16)、导向杆(11)、前导杆块(9)和后导杆块(19)构成，控制器(1)和驱动器(2)设置在机架(6)外，步进电机(5)固接在机架(6)的一端，控制器(1)和驱动器(3)及步进电机(5)之间通过导线连接，丝杠(7)的一端与步进电机(5)输出轴固定连接，另一端与定位衬套(20)固接，拉杆(8)的一端与丝杠(7)固定连接，另一端穿过定位衬套(20)通过销轴(12)与滑动支架(13)固定连接，滑动支架(13)的两端分别通过止动螺钉(18)与左、右两导向杆(11)的一端锁紧连接，固定支架(16)的两端分别通过止动螺钉(18)与左、右两导向杆(11)的另一端锁紧连接，并通过止动螺钉(18)能在两导向杆上移动定位，左、右两根导向杆(11)的两端分别通过螺钉固接在前导杆块(9)、后导杆块(19)上，前、后导杆块(9、19)的两端分别通过固定螺钉(10)与机架(6)固定连接，附着有细胞的培养膜(14)的一端通过夹板(17)压紧在固定支架(16)的下端，另一端通过夹板(17)压紧在滑动支架(13)的下端，在培养膜(14)下方的机架(6)上放置有培养皿(15)。
2.按照权利1所述的细胞拉伸加载装置，其特征在于所述的控制器(1)为计算机或单片机或可编程控制器。
3.按照权利1所述的细胞拉伸加载装置，其特征在于一种细胞拉伸加载装置，主要包括机架(6)、动力系统、传动系统及拉伸运动部分，动力系统主要由控制器(1)、驱动器(3)、步进电机(5)构成，控制器(1)为计算机，传动系统主要由丝杠(7)和拉杆(8)构成，拉伸运动部分主要由滑动支架(13)、固定支架(16)、导向杆(11)、前导杆块(9)和后导杆块(19)构成，控制器(1)和驱动器(3)设置在机架(6)外，步进电机(5)通过螺栓固定在机架(6)的一端，控制器(1)和驱动器(3)之间通过控制导线(2)连接，驱动器(3)和步进电机(5)之间通过导线(4)连接，丝杠(7)的一端与步进电机(5)输出轴通过螺钉固定连接，另一端与定位衬套(20)通过孔轴配合固接，拉杆(8)的一端与丝杠(7)通过螺纹副固接，另一端穿过定位衬套(20)通过销轴(12)与滑动支架(13)固定连接，滑动支架(13)的两端分别通过止动螺钉(18)与左、右两导向杆(11)的一端锁紧连接，固定支架(16)的两端分别通过止动螺钉(18)与左、右两导向杆(11)的另一端锁紧连接，并通过止动螺钉(18)能在两导向杆(11)上移动定位，左、右两根导向杆(11)的两端分别通过螺钉固接在前导杆块(9)和后导杆块(19)上，前导杆块(9)、后导杆块(19)的两端分别通过固定螺钉(10)与机架(6)固定连接，附着有细胞的培养膜(14)的一端通过夹板(17)压紧在固定支架(16)的下端，另一端通过夹板(17)压紧在滑动支架(13)的下端，在培养膜(14)下方的机架(6)上放置有培养皿(15)。
4.按照权利1所述的细胞拉伸加载装置，其特征在于一种细胞拉伸加载装置，主要包括机架(6)、动力系统、传动系统及拉伸运动部分，动力系统主要由控制器(1)、驱动器(3)、步进电机(5)构成，控制器(1)为单片机，传动系统主要由丝杠(7)和拉杆(8)构成，拉伸运动部分主要由滑动支架(13)、固定支架(16)、导向杆(11)、前导杆块(9)和后导杆块(19)构成，控制器(1)和驱动器(3)设置在机架(6)外，步进电机(5)通过螺栓固定在机架(6)的一端，控制器(1)和驱动器(3)之间通过控制导线(2)连接，驱动器(3)和步进电机(5)之间通过导线(4)连接，丝杠(7)的一端与步进电机(5)输出轴通过螺钉固定连接，另一端与定位衬套(20)通过孔轴配合固接，拉杆(8)的一端与丝杠(7)通过螺纹副固接，另一端穿过定位衬套(20)通过销轴(12)与滑动支架(13)固定连接，滑动支架(13)的两端分别通过止动螺钉(18)与左、右两导向杆(11)的一端锁紧连接，固定支架(16)的两端分别通过止动螺钉(18)与左、右两导向杆(11)的另一端锁紧连接，并通过止动螺钉(18)能在两导向杆(11)上移动定位，左、右两根导向杆(11)的两端分别通过螺钉固接在前导杆块(9)和后导杆块(19)上，前导杆块(9)、后导杆块(19)的两端分别通过固定螺钉(10)与机架(6)固定连接，附着有细胞的培养膜(14)的一端通过夹板(17)压紧在固定支架(16)的下端，另一端通过夹板(17)压紧在滑动支架(13)的下端，在培养膜(14)下方的机架(6)上放置有培养皿(15)。
5.按照权利1所述的细胞拉伸加载装置，其特征在于一种细胞拉伸加载装置，主要包括机架(6)、动力系统、传动系统及拉伸运动部分，动力系统主要由控制器(1)、驱动器(3)、步进电机(5)构成，控制器(1)为可编程控制器，传动系统主要由丝杠(7)和拉杆(8)构成，拉伸运动部分主要由滑动支架(13)、固定支架(16)、导向杆(11)、前导杆块(9)和后导杆块(19)构成，控制器(1)和驱动器(3)设置在机架(6)外，步进电机(5)通过螺栓固定在机架(6)的一端，控制器(1)和驱动器(3)之间通过控制导线(2)连接，驱动器(3)和步进电机(5)之间通过导线(4)连接，丝杠(7)的一端与步进电机(5)输出轴通过螺钉固定连接，另一端与定位衬套(20)通过孔轴配合固接，拉杆(8)的一端与丝杠(7)通过螺纹副固接，另一端穿过定位衬套(20)通过销轴(12)与滑动支架(13)固定连接，滑动支架(13)的两端分别通过止动螺钉(18)与左、右两导向杆(11)的一端锁紧连接，固定支架(16)的两端分别通过止动螺钉(18)与左、右两导向杆(11)的另一端锁紧连接，并通过止动螺钉(18)能在两导向杆(11)上移动定位，左、右两根导向杆(11)的两端分别通过螺钉固接在前导杆块(9)和后导杆块(19)上，前导杆块(9)、后导杆块(19)的两端分别通过固定螺钉(10)与机架(6)固定连接，附着有细胞的培养膜(14)的一端通过夹板(17)压紧在固定支架(16)的下端，另一端通过夹板(17)压紧在滑动支架(13)的下端，在培养膜(14)下方的机架(6)上放置有培养皿(15)。
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