CN204174213U - 一种多功能细胞模拟舱 - Google Patents
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- Separation Of Gases By Adsorption (AREA)
Abstract
本实用新型提供了一种多功能细胞模拟舱，其特征在于：本装置包括实验舱体、PLC及上位机组系统、氮气输注装置、氧气输注装置、二氧化碳输注装置、气体浓度湿度检测装置、气体湿化装置、气体灭菌过滤装置、单向阀、混合风机；氮气、氧气、二氧化碳气体输注装置连向实验舱内，根据预先设定好的环境模型需求，则可以通过氮气输注装置、氧气输注装置、二氧化碳输注装置向实验舱舱体内输入一定比例的气体，然后通过气体浓度湿度检测装置实时监测实验舱舱体内气体的各项数值，再通过上位机组的预设程序控制，从而控制氮气、氧气及二氧化碳输注装置的开关。
Description
技术领域
本发明涉及一种多功能细胞模拟舱，用于模拟间歇性低氧、持续高氧、特殊气体暴露的细胞模型。
背景技术
阻塞性睡眠呼吸暂停低通气综合征(Obstructive sleep apnea hypopnea syndrome，OSAHS)是常见的睡眠障碍性疾病，主要为睡眠过程中反复的上呼吸道塌陷或阻塞引起的通气不足或睡眠紊乱。OSAHS特征性低氧特点为间歇性低氧，但其具体病理生理机制尚未阐明。体外细胞实验因具有影响因素单一，人为可操控性大，个体间差异小等优点在人类疾病研究中应用广泛。但由于氧气和氮气为惰性气体，难以有效弥散到细胞培养基中，建立有效地间歇性低氧细胞模型存在一定困难。目前建立的间歇性低氧模型主要有几种类型：①低氧培养基交替暴露细胞模型：通过直接改变培养基中氧浓度水平，细胞交替暴露在低氧浓度培养基和正常氧浓度的培养基中，通过蠕动泵控制流经两种不同氧浓度培养基时间建立不同间歇低氧模型，该类模型设计复杂，推广困难。气源采用混合气体，不易获得；细胞表面培养基反复流动，液体剪切力对细胞生理功能影响较大，明显增加了试验干扰。②低氧气体直接暴露细胞模型，该类模型为目前常用模型。设计一个大小适中的恒温培养箱，电脑控制系统通过控制氧气、氮气、二氧化碳或混合气体进出，调整培养箱中氧浓度和二氧化碳水平，通过改变舱内氧气浓度和频率模拟出不同间歇低氧/复氧模式。大多培养箱密闭性强，舱内气体变化缓慢；气体流量大，明显增加了实验的干扰。
目前许多证据显示，机体短时间缺血还不足以造成机体损伤，但缺血一段时间后突然恢复血供时才出现损伤，即缺血再灌注损伤。如心肌梗死、脑卒中、外科手术、创伤性休克、血栓经抢救后均会出现缺血再灌注损伤。器官在缺血再灌注损伤后氧自由基大量产生，出现细胞凋亡、坏死，引起机体功能障碍。建立有效的缺血-再灌注细胞模型十分必要，目前国外有研究根据细胞耗氧特点建立简易的缺血再灌注模型，但该类模型造模时间长、造模过程中干预条件难以控制等，应用有限。
近几十年来，特殊气体如吸入麻醉药因具有全身麻醉效应，同时可引起神经保护和神经毒性的特点备受关注，吸入麻醉药神经毒性的病理生理机制成为研究热点。研究表明：吸入性麻醉药异氟烷能明显降低小鼠自主活动次数，小鼠学习记忆能力下降，海马神经元凋亡增加。异氟烷可通过激活γ氨基丁酸(GABA)促发的胞质Ca2+释放而引起海马神经元神经毒性。多项证据表明，吸入麻醉药通过线粒体电信号传导、糖酵解相关通路影响胞质Ca2+释放、ROS产生及ATP合成等介导神经保护或神经毒性作用。目前吸入性麻醉药细胞方面的研究多采用箱子模型，密闭的箱子放置在恒温培养箱中，通过将吸入性麻醉气体通过特殊的雾化器与含5％CO2、21％O2、74％N2的混合气体混合建立模型。该类模型气源采用混合气体，不易获得；麻醉气体采用特殊雾化装置，流量及气体浓度不易控制；另外模型多属自主制作，粗糙、密闭 性差，温度湿度不容易保持恒定。
随着围产医学的发展和新生儿监护中心的建立，氧疗和机械通气治疗手段的提高，越来越多的小于胎龄儿和(或)低出生体重儿得以救治。高氧治疗并发症发生率也逐渐增加，支气管肺发育不良和早产儿视网膜病变等高氧并发症已成为围产医学的难点与热点问题。制备高氧肺损伤和高氧视网膜病变的细胞模型已成为研究其发病机制与防治措施的关键因素之一。以往报道的高氧损伤模型存在许多不足，如大多模型采用密闭装置，试验之前将一定浓度的高氧气体灌注一段时间，保持舱内高氧状态来实现高氧损伤模型。该类模型设计简陋，舱内氧浓度不稳定，不能实现氧浓度实时检测，且不能排除试验气体本身对试验的影响等。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服上述不足，提供一种多功能细胞模拟舱，其操作简便、控制精确，可实现间歇性低氧、持续高氧、特殊气体暴露等多种实验模式，以满足实验要求。
本发明主体包括实验舱和空气模拟对照舱，含有温控装置和湿化器，可保证舱内温度维持在37℃，湿度在45％～70％之间。全程由电脑和编程控制器(PLC)等上位机组软件控制，可编程和存储不同的设定程序，PLC系统根据设定的程序按照预定试验方案分别控制氧气电磁阀、氮气电磁阀、二氧化碳电磁阀的开关，将氮气、氧气、二氧化碳按一定比例输注到相对密闭的模拟舱内，经氧气和二氧化碳气体浓度湿度检测装置测量实验舱内气体浓度，把信号反馈给电脑控制系统，整个过程自动控制、自动监测，操作简单，控制精确。电脑控制系统中程序设计具有人性化的特点，科研人员根据实验需要随时更改实验条件，可同时设置多个程序，模拟多种模式。
空气模拟对照舱设有空气管道，控制系统设定其空气电动阀的开/关与实验舱内氮气和氧气电动阀开/关同步，空气模拟对照舱内空气输注与实验舱氧气和氮气输注同步，这样完全做到空气模拟对照，消除因气体开放的冲力对细胞的影响。
本发明气源采用工业压缩氮气、氧气、二氧化碳，来源简便易得；实验舱和空气模拟对照舱内各气体均有单独气体管道，使舱内气体的浓度变化迅速；各气体管道均设有气体灭菌过滤装置，达到灭菌、净化气体作用；此外，舱内设有混合风机，将灌注到舱体内的气体迅速充分混合，可使气体浓度迅速达到预设的浓度，弥补舱内气体浓度不易快速改变的不足。
本发明实验舱和空气模拟对照舱底部设有单向阀，可将舱内多余气体迅速排出舱外，而外界气体无法进入舱内，保持舱内常压状态，消除了压力对试验影响。
实验舱内设有特殊气体管道，可通过流量控制系统调节麻醉药物等特殊气体的浓度，混合风机将气体充分混合，排除气体混合不均等问题对试验本身的干扰；另外，麻醉气体等特殊气体与氧气、氮气、二氧化碳等气源系统分开，简化实验干预条件，降低实验难度。
本发明实验舱内设有溶解氧电极，可实时监测细胞培养基中溶解氧分压变化，保证低氧或高氧干预时氧浓度变化更符合人类疾病特点。另外，实验舱和空气模拟对照舱上方设有加样孔，便于在不改变舱内气体环境情况下对细胞进行干预或抽取细胞培养基进行血气分析或酸碱度检测。
本发明之多功能细胞模拟舱包括实验舱体(27)、PLC及上位机组系统(34)、氮气输注装 置、氧气输注装置、二氧化碳输注装置、气体浓度湿度检测装置、气体湿化装置、灭菌过滤装置、单向阀(28)、混合风机(30)；氮气、氧气、二氧化碳气体输注装置连向实验舱内，气体浓度湿度检测装置检测端位于实验舱内，气体浓度湿度检测装置信息输出端连向PLC信息输入端及上位机组系统，PLC输出端分别与氮气输注装置、氧气输注装置、二氧化碳输注装置、气体湿化装置、混合风机连接，所述单向阀和混合风机均位于实验舱内。
上述气体浓度湿度检测装置包括氧气浓度分析仪(33)、二氧化碳浓度分析仪(8)和数字湿度测控仪(31)；氧气浓度分析仪(33)、二氧化碳浓度分析仪(8)和数字湿度测控仪(31)各自的检测端均位于实验舱内，其信息输出端连向PLC信息输入端及上位机组系统。所述氮气输注装置依次由氮气瓶组(19)、氮气汇集装置(20)、氮气减压器(21)、氮气换热器(22)、氮气电磁阀(23)、氮气流量调节阀(24)、氮气灭菌过滤装置(25)、进气消音装置(9)组成，所述氧气输注装置依次由氧气瓶组(1)、氧气汇集装置(2)、氧气减压器(3)、氧气换热器(4)、氧气电磁阀(5)、氧气流量调节阀(6)、氧气灭菌过滤装置(7)、进气消音装置(9)组成，所述二氧化碳输注装置依次由二氧化碳瓶组(18)、二氧化碳减压器(17)、二氧化碳电磁阀(16)、二氧化碳换热器(15)、二氧化碳流量调节阀(11)、二氧化碳灭菌过滤装置(10)、进气消音装置(9)组成。
上述氮气减压器(21)和氮气电磁阀(23)之间连出一个氮气换热器(22)，所述氧气减压器(3)和氧气电磁阀(5)之间连出一个氧气换热器(4)，所述二氧化碳减压器(17)和二氧化碳电磁阀(16)之间连出一个二氧化碳换热器(15)，所述氮气换热器(22)、氧气换热器(4)和二氧化碳换热器(15)都依次通过气体流量调节阀和气体湿化装置连向实验舱体。所述氮气流量调节阀(24)和进气消音装置(9)之间连出一个氮气灭菌过滤装置(25)，所述氧气流量调节阀(6)和进气消音装置(9)之间连出一个氧气灭菌过滤装置(7)，所述二氧化碳流量调节阀(11)和进气消音装置(9)之间连出一个二氧化碳灭菌过滤装置(10)。
附图说明
图1为多功能细胞模拟舱示意图
图2为多功能细胞模拟舱图纸
具体实施方式
1.间歇性低氧模型
原始状态为常压常氧，开启试验程序，氮气瓶组(19)内的高压氮气经过氮气汇集装置(20)汇总后并作初步压力调节，输入到氮气减压器(21)，氮气压力再一次调节到0.3KPa，经过氮气换热器(22)，程序控制氮气电磁阀(23)开启，氮气流经氮气流量调节阀(24)、氮气灭菌过滤装置(25)进入气体湿化装置(12)，湿化的气体经过进气消音装置(9)进入实验舱舱体(27)，同时开启混合风机(30)，将灌充到实验舱内的气体快速充分混合，当舱内氧浓度降至要求浓度时氮气电磁阀关闭，停止向实验舱舱体(27)灌注氮气。灌注氮气期间，单向阀(28)自动开启将实验舱内多余气体排出舱外，保持舱内常压，同时电脑控制系统开启氮气雾化电磁阀(26)，将氮气通过气体湿化装置(12)雾化，以保证实验舱内进氮气期间湿度在45％～70％之间，停止供氮气后单向阀(28)自动关闭，保证舱外气体不会回流到 舱内，影响设备性能以及试验结果，同时氮气雾化电磁阀(26)也关闭。当经历试验要求的低氧时间后氧气电磁阀(5)开启，将氧气瓶组(1)内高压氧气经过氧气汇集装置(2)汇总后并作初步压力调节，输入到氧气减压器(3)，压力再一次调节到0.3KPa后，经过氧气换热器(4)、氧气电磁阀(5)、氧气流量调节阀(6)、氧气灭菌过滤装置(7)进入气体湿化装置(12)，湿化的气体经过进气消音装置(9)进入实验舱舱体(27)，同时开启混合风机(30)，将灌充到实验舱内的气体快速充分混合，氧浓度升高到21％左右，氧气电磁阀(5)关闭，停止向实验舱舱体(27)灌注氧气。灌注氧气期间单向阀(28)自动开启将实验舱内多余气体排出舱外，保持舱内常压，同时电脑控制系统开启氧气雾化电磁阀(32)，将氧气通过气体湿化装置(12)雾化，以保证进氧气期间实验舱内湿度在45％～70％之间，停止供氧气后单向阀(27)自动关闭，保证舱外气体不会回流到舱内，影响设备性能以及试验结果，同时氧气雾化电磁阀(32)也关闭，完成操作所需复氧时间后开始循环整个过程。整个过程二氧化碳瓶组(18)内的高压二氧化碳经过二氧化碳减压器(17)，二氧化碳压力再一次调节到0.3KPa，程序控制二氧化碳电磁阀(16)开启，二氧化碳流经二氧化碳换热器(15)、二氧化碳电磁阀(16)二氧化碳流量调节阀(11)、二氧化碳灭菌过滤装置(10)进入气体湿化装置(12)，湿化的气体经过进气消音装置(9)进入实验舱舱体(27)，同时开启混合风机(30)，将灌充到实验舱内的气体快速充分混合，二氧化碳浓度升高到4％～6％，关闭二氧化碳电磁阀(10)，二氧化碳浓度如有变化，程序自动控制二氧化碳电磁阀(10)调整。
期间，氧气浓度分析仪(33)、二氧化碳浓度分析仪(8)时刻监控舱内氧浓度、二氧化碳浓度，把信号反馈给电脑控制系统，并保存在电脑中。
2.持续高氧模型
原始状态为常压常氧，程序控制氧气电磁阀(5)开启，将氧气瓶组(1)内高压氧气经过氧气汇集装置(2)汇总后并作初步压力调节，输入到氧气减压器(3)，压力再一次调节到O.3KPa后，经过氧气换热器(4)、氧气电磁阀(5)、氧气流量调节阀(6)、氧气灭菌过滤装置(7)进入气体湿化装置(12)，湿化的气体经过进气消音装置(9)进入实验舱舱体(27)，同时开启混合风机(30)，将灌充到实验舱内的气体快速充分混合，氧浓度达70％后将流量降至1L/min，使浓度缓慢上升至75％，氧气电磁阀(5)关闭，再调低流量至0.5L/min左右通过电脑控制系统控制氧气电磁阀(5)维持氧浓度稳定在(75±2)％范围内，灌注氧气期间单向阀(28)自动开启将实验舱内多余气体排出舱外，保持舱内常压，同时电脑控制系统开启氧气雾化电磁阀(32)，将氧气通过气体湿化装置(12)雾化，以保证进氧气期间实验舱内湿度在45％～70％，停止供氧气后单向阀(27)自动关闭，保证舱外气体不会回流到舱内，影响设备性能以及试验结果，同时氧气雾化电磁阀(32)也关闭，整个过程二氧化碳瓶组(18)内的高压二氧化碳经过二氧化碳减压器(17)，二氧化碳压力再一次调节到0.3KPa，程序控制二氧化碳电磁阀(16)开启，二氧化碳流经二氧化碳换热器(15)、二氧化碳电磁阀(16)二氧化碳流量调节阀(11)、二氧化碳灭菌过滤装置(10)进入气体湿化装置(12)，湿化的气体经过进气消音装置(9)进入实验舱舱体(27)，同时开启混合风机(30)，将灌充到实验舱内的气体快速充分混合，二氧化碳浓度升高到4％～6％，关闭二氧化碳电磁阀(10)，二 氧化碳浓度如有变化，程序自动控制二氧化碳电磁阀(16)调整。
期间，氧气浓度分析仪(33)时刻监控舱内氧浓度，把信号反馈给电脑控制系统，并保存在电脑中。二氧化碳浓度分析仪(8)时刻监控舱内二氧化碳浓度，把信号反馈给电脑控制系统，并保存在电脑中。
3.特殊气体模型
原始状态为常压常氧，接通所需气体管路至特殊气体进气总成(13)，所需气体进入实验舱舱体(27)，同时开启混合风机(30)，将灌充到实验舱内的气体快速充分混合，灌注气体期间单向阀(28)自动开启将实验舱内多余气体排出舱外，保持舱内常压。气体经过气体取样阀(29)进入特殊气体检测装置。
Claims (5)
1.多功能细胞模拟舱，其特征在于：本装置包括实验舱体(27)、PLC及上位机组系统(34)、氮气输注装置、氧气输注装置、二氧化碳输注装置、气体浓度湿度检测装置、气体湿化装置、灭菌过滤装置、单向阀(28)、混合风机(30)；氮气、氧气、二氧化碳气体输注装置连向实验舱内，气体浓度湿度检测装置检测端位于实验舱内，气体浓度湿度检测装置信息输出端连向PLC信息输入端及上位机组系统，PLC输出端分别与氮气输注装置、氧气输注装置、二氧化碳输注装置、气体湿化装置、混合风机连接，所述单向阀和混合风机均位于实验舱内。
2.根据权利要求1所述的多功能细胞模拟舱，其特征在于：所述氮气输注装置依次由氮气瓶组(19)、氮气汇集装置(20)、氮气减压器(21)、氮气换热器(22)、氮气电磁阀(23)、氮气流量调节阀(24)、氮气灭菌过滤装置(25)、进气消音装置(9)组成，所述氧气输注装置依次由氧气瓶组(1)、氧气汇集装置(2)、氧气减压器(3)、氧气换热器(4)、氧气电磁阀(5)、氧气流量调节阀(6)、氧气灭菌过滤装置(7)、进气消音装置(9)组成，所述二氧化碳输注装置依次由二氧化碳瓶组(18)、二氧化碳减压器(17)、二氧化碳电磁阀(16)、二氧化碳换热器(15)、二氧化碳流量调节阀(11)、二氧化碳灭菌过滤装置(10)、进气消音装置(9)组成。
3.根据权利要求2所述的多功能细胞模拟舱，其特征在于：所述氮气减压器(21)和氮气电磁阀(23)之间连出一个氮气换热器(22)，所述氧气减压器(3)和氧气电磁阀(5)之间连出一个氧气换热器(4)，所述二氧化碳减压器(17)和二氧化碳电磁阀(16)之间连出一个二氧化碳换热器(15)，所述氮气换热器(22)、氧气换热器(4)和二氧化碳换热器(15)都依次通过气体流量调节阀和气体湿化装置连向实验舱体。
4.根据权利要求2所述的多功能细胞模拟舱，其特征在于：所述氮气流量调节阀(24)和进气消音装置(9)之间连出一个氮气灭菌过滤装置(25)，所述氧气流量调节阀(6)和进气消音装置(9)之间连出一个氧气灭菌过滤装置(7)，所述二氧化碳流量调节阀(11)和进气消音装置(9)之间连出一个二氧化碳灭菌过滤装置(10)。
5.根据权利要求1所述的多功能细胞模拟舱，其特征在于：所述气体浓度湿度检测装置包括氧气浓度分析仪(33)、二氧化碳浓度分析仪(8)和数字湿度测控仪(31)；氧气浓度分析仪(33)、二氧化碳浓度分析仪(8)和数字湿度测控仪(31)各自的检测端均位于实验舱内，其信息输出端连向PLC信息输入端及上位机组系统。
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Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|---|
| CN105316227A (zh) * | 2014-07-28 | 2016-02-10 | 温州医科大学附属第二医院 | 一种多功能细胞模拟舱 |
| CN105894933A (zh) * | 2016-06-03 | 2016-08-24 | 镇江市第四人民医院 | 一种模拟人体呼吸系统的多功能气流舱 |
| CN114815939A (zh) * | 2022-06-28 | 2022-07-29 | 中成空间（深圳）智能技术有限公司 | 一种微负压气膜实验室内环境质量可控可调的方法及系统 |
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2014
- 2014-07-28 CN CN201420426794.3U patent/CN204174213U/zh not_active Expired - Fee Related
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