CN211645272U - 一种多通道细胞牵张应力加载装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种多通道细胞牵张应力加载装置，所述装置包括多通道细胞牵张应力控制仪，所述多通道细胞牵张应力控制仪上方设有应力加载基板，所述应力加载基板上方设有应力加载平台，所述应力加载平台内设有六孔弹性细胞培养板，所述弹性基底膜的下方设有支撑柱；所述多通道细胞牵张应力控制仪包括真空泵、压力传感器、电磁阀、调节阀和单片机，所述单片机与所述压力传感器相连接。本实用新型公开的多通道细胞牵张应力加载装置解决了以往装置细胞加载数量有限、加力力值不均一、集成度低以及操控复杂等缺点。不仅适用于细胞、血管平滑肌细胞、肌腿细胞的研究，还可推广到其他细胞生物力学的加载应用。
Description
技术领域
本实用新型属于医学实验仪器领域，具体涉及一种多通道细胞牵张应力加载装置。
背景技术
经过多年的发展，国外已经研制出多种对体外细胞进行拉伸加载的装置,主要有气液压源拉伸装置、机械压杆拉伸装置和真空负压加载装置,而国内对于拉伸加载装置的研制仍处于初级阶段。
目前主要的体外应力的加载方法有：离心加力、流体静压加力、重物加力、压力板加力等，以上应力加载装置的特点如下：
①离心加力：有学者通过对成骨细胞施加间断离心力来研究成骨细胞力学信号转导亦有研究者用水平微板转盘对牙周膜细胞施加持续的离心力。并且研究发现，施加力值为33.5g/cm²的离心力，可以模拟临床上的正畸力值。但是因为加载离心力时细胞并不处于一致的离心半径，故而细胞所受离心力大小不同，其应用受到限制。
②流体静压加力：根据传压介质的不同，可以分为气体静压力和液体静压力，是指向放置于密闭培养小室中的细胞培养皿注入一定的气体或液体加压或抽真空产生负压，进而使培养室内的细胞受压。国内学者通过使用静液压装置向牙周膜细胞施加压应力的研究发现该装置可以给牙周膜细胞施加的压应力，且此力值与咀嚼力值很接近。近年来，学者自行研究设计的液体静压力加载装置广泛应用于骨髓基质干细胞的生物力学研究过程中。流体静压力加载装置的制作简单，操作方便，并且易于控制，载荷易传递，可使细胞受力均匀。但是因为随着细胞的生长代谢，密闭培养小室中的分压、分压和值等指标都会发生改变，进而使实验干扰因素增加，故该装置不适用于长时间的实验研究。
③重物加力：是一种用重物直接对细胞或组织加力的方法，通过改变物体的重量来调节施加的压应力的大小。该加力方法产生的力为持续性的静压力。由于此种压力与正畸过程中口腔内压力侧牙周膜的受力形式非常接近，故而许多学者都沿用这一方法，尤其在研究应力诱导破骨细胞的生成时这一方法运用得相当广泛。
④压力板加载装置：是指利用压板或滚筒对组织、细胞直接进行加力。实验研究中一般利用此装置向软骨组织施加动静态压力负荷。压力板加载装置设备制作简单，并且可以使样本大范围变形，实验环境也与体内环境极为相似。但是在样本与压板接触区的营养物质与代谢产物的流动会受到不同程度的影响并且样本与压板间的摩擦会导致细胞应变的不均匀性与应变区域的各向异性。
周期性牵张力加载装置属于圆形弹性基底膜形变加载装置。其基本原理是将所要研究的细胞培养在弹性膜板上，待其生长到一定程度后将机械拉伸力作用于弹性膜,由于细胞贴壁生长，因此应力通过拉伸弹性膜使其形变而传递给细胞。
发明内容
本实用新型的目的是提供一种多通道细胞牵张应力加载装置，解决以往装置中细胞加载数量有限、加力力值不均一、集成度低以及操控复杂的问题。
为了实现上述目的，本实用性新型提供了以下技术方案：
一种多通道细胞牵张应力加载装置，所述装置包括多通道细胞牵张应力控制仪，所述多通道细胞牵张应力控制仪上方设有应力加载基板，所述应力加载基板上方设有应力加载平台，所述应力加载平台内设有六孔弹性细胞培养板，所述六孔弹性细胞培养板的弹性基底膜的下方设有支撑柱；所述多通道细胞牵张应力控制仪包括真空泵、压力传感器、电磁阀、调节阀和单片机，所述单片机与所述压力传感器相连接，所述真空泵分别与应力加载基板的管道、调节阀相连接。
进一步的，所述六孔弹性细胞培养板上的弹性基底膜与应力加载平台、应力加载基板之间形成真空室，压力传感器与真空室管道连通。
进一步的，所述应力加载平台上设有抽气孔，所述抽气孔与真空泵相连接。
进一步的，所述支撑柱的数量为6个。
进一步的，所述支撑柱的形状为圆柱形。
进一步的，所述六孔弹性细胞培养板上设有普通固定柱。
进一步的，所述普通固定柱的数量为2个。
进一步的，所述弹性基底膜的材料为弹性硅胶膜。
进一步的，所述六孔弹性细胞培养板的数量为4个。
与现有技术相比，本实用新型的优点和有益效果为：本实用新型公开的多通道细胞牵张应力加载装置解决了以往装置细胞加载数量有限、加力力值不均一、集成度低以及操控复杂等缺点。不仅适用于细胞、血管平滑肌细胞、肌腿细胞的研究，还可推广到其他细胞生物力学的加载应用。
多通道的细胞牵张应力加载装置采用单片机作为控制核心，应用六孔弹性细胞培养板作为其细胞培养单元，可提空0-20%的细胞形变率及0-0.5Hz的频率的应力加载。该装置具有体积小、操作简单、可控性好、集成度高等优点，不仅可以对多个加力板同时加力，而且还可以保证细胞所受力值均匀且稳定，进而使整个实验进程更高效快捷，使实验结果更可靠。本装置在连续施加应力，并且累计加力以后，仍能运行良好且稳定。
附图说明
图1为多通道细胞牵张应力加载装置的结构示意图；
图2为六孔弹性细胞培养板的结构示意图；
其中，1、多通道细胞牵张应力控制仪，2、应力加载基板，3、应力加载平台，4、六孔弹性细胞培养板，5、支撑柱，6、普通固定柱，7、抽气孔，8、管道连接口气道。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
实施例1
如图1-2所示，本实用新型提供了一种多通道细胞牵张应力加载装置，所述装置包括多通道细胞牵张应力控制仪1，应力加载基板2、应力加载平台3和六孔弹性细胞培养板4。
所述多通道细胞牵张应力控制仪1包括真空泵、压力传感器、电磁阀、调节阀和单片机。所述单片机与所述压力传感器相连接，所述压力传感器用于检测应力加载基板的压力值，形变值的控制最终是靠应力加载基板2的压力来进行计算，单片机检测到压力传感器的值，来计算弹性基底膜的形变值。真空泵是调节形变的重要执行结构, 其参数决定了产生的最大负压, 即弹性基底膜能产生的最大形变；真空泵与电磁阀相连接，所述电磁阀用于切断真空泵与应力加载基板2的管道连接；调节阀与真空泵相连接，调节阀用于控制真空泵的抽取速度，缓和压力调整速度，提高弹性基底膜形变控制的精确度。多通道细胞牵张应力控制仪1背面设有电源线。
所述应力加载基板2内部设有真空室，真空泵与应力加载基板2的管道相连接。
所述应力加载平台3内放置四个六孔弹性细胞培养板4, 分别借由红色的橡胶密封垫形成真空封闭腔，对封闭腔进行抽真空产生的负压使弹性基底膜发生形变，通过调节阀调节气体流入速率来改变弹性基底膜的垂直形变量，从而控制细胞受力的大小。本实施例中六孔弹性细胞培养板4采用的是美国Flexcell公司的六孔弹性基底膜培养板，弹性基底膜的材料是透气性能极佳的弹性硅胶膜，培养基不能透过但是气体可透过，使细胞的生长条件更加贴近体内生长环境。硅胶膜厚度仅为0.020英寸，无菌，透明度高，柔韧性好，无毒，表面进行I型胶原溶液处理使细胞贴壁生长，可以反复应用，自身荧光低，光学性能佳，可以在倒置相差显微镜或者普通显微镜下直接观察细胞的形态。细胞加载完成后可以在弹性基底膜上直接进行染色而对弹性基底膜没有影响，也可以提取蛋白质等进行分子生物学研究，探讨细胞在牵张应力下的变化及其影响机制。
所述六孔弹性细胞培养板4的弹性基底膜下方设有支撑柱5，所述支撑柱5的数量为6个，与六孔弹性细胞培养板4的弹性基底膜中央部分接触，接触面积约75%。所以加力过程中弹性基底膜保持一个平面，所有细胞的形变相同，能很好的模拟体内的受力环境。解决了当真空泵抽吸弹性基底膜时, 弹性基底膜会发生拉伸应变，其外周部分与中心所发生的应变不同，外周小而中心大，因此细胞受到的应力不相同的问题。所述六孔弹性细胞培养板4上还设有2个普通固定柱6。所述六孔弹性细胞培养板4的中间设有抽气孔7，抽气孔7与真空泵相连接。所述六孔弹性细胞培养板4的一侧设有管道连接口气道8。
多通道的细胞牵张应力加载装置采用C8051f410单片机作为控制核心，C8051F410单片机本身配备有24 个A/D模拟外设, 这些外设通过与通用接口共用相同接口端子对外连接, 不用A/D功能时端口作为通用接口使用。在这里使用其中8个端口作为输入采样的A/D接口用,其它端口作为通用接口使用, 其中有显示控制、键盘输入等功能。具有良好的人机界面，应变大小、频率可直接由键盘输入，操作简单。
本实用新型公开的装置的优点为：
1）本装置由于采用单片机作为控制核心，相比计算机系统控制的加载装置体积小。真空泵置于箱内，集成度高，便于携带。
2）本装置可控性好，能提供高精度参数控制、应力加载大小、频率可调。
3）本装置可进行不同形变、大小的应力加载，实验过程更快捷、高效。
4）应力加载基板可同时对4个六孔弹性细胞培养板加力，确保每组的细胞量足够。
5）本装置设有6个支撑柱，高度刚好与弹性基底膜相接触，但无压力，支撑柱直径约为弹性基底膜直径的60%~80%，在真空室内形成负压时，弹性膜的周边部分下降，而中间部分因为支撑柱的承托不会下降，但是被水平拉伸，确保在这部分弹性膜上生长的细胞所受的力值就是均匀一致的。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其进行限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的普通技术人员来说，依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明所要求保护的技术方案的精神和范围。
Claims (9)
1.一种多通道细胞牵张应力加载装置，其特征在于：所述装置包括多通道细胞牵张应力控制仪，所述多通道细胞牵张应力控制仪上方设有应力加载基板，所述应力加载基板上方设有应力加载平台，所述应力加载平台内设有六孔弹性细胞培养板，所述六孔弹性细胞培养板的弹性基底膜的下方设有支撑柱；所述多通道细胞牵张应力控制仪包括真空泵、压力传感器、电磁阀、调节阀和单片机，所述单片机与所述压力传感器相连接，所述真空泵分别与应力加载基板的管道、调节阀相连接。
2.根据权利要求1所述的多通道细胞牵张应力加载装置，其特征在于：所述六孔弹性细胞培养板上的弹性基底膜与应力加载平台、应力加载基板之间形成真空室，压力传感器与真空室管道连通。
3.根据权利要求1所述的多通道细胞牵张应力加载装置，其特征在于：所述应力加载平台上设有抽气孔，所述抽气孔与真空泵相连接。
4.根据权利要求1所述的多通道细胞牵张应力加载装置，其特征在于：所述支撑柱的数量为6个。
5.根据权利要求4所述的多通道细胞牵张应力加载装置，其特征在于：所述支撑柱的形状为圆柱形。
6.根据权利要求1所述的多通道细胞牵张应力加载装置，其特征在于：所述六孔弹性细胞培养板上设有普通固定柱。
7.根据权利要求6所述的多通道细胞牵张应力加载装置，其特征在于：所述普通固定柱的数量为2个。
8.根据权利要求1所述的多通道细胞牵张应力加载装置，其特征在于：所述弹性基底膜的材料为弹性硅胶膜。
9.根据权利要求1所述的多通道细胞牵张应力加载装置，其特征在于：所述六孔弹性细胞培养板的数量为4个。
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