CN216890977U - 一种多通道的细胞力学刺激加载装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种多通道的细胞力学刺激加载装置，包括细胞培养机构、可拆卸安装在所述细胞培养机构底部的气室机构、与所述气室机构连通的压力发生机构以及与所述压力发生机构电连接的控制机构；所述细胞培养机构具有多个独立的培养腔，所述气室机构具有与所述培养腔一一对应且相互独立的气腔，每一气腔均具有与所述压力发生机构连通的正压输入端和负压输入端；还包括滑动设置在所述气腔内且与培养腔对应位置活动连接的加载机构；所述正压输入端和负压输入端分别接入正压和负压使所述加载机构靠近或远离对应的培养腔以提供细胞力学刺激，不仅能够提供恒定的力学刺激，还能提供变化的力学刺激，操作便捷、结构简单，具有较强的实用性。

Description

一种多通道的细胞力学刺激加载装置

技术领域

本实用新型涉及体外细胞培养技术领域，特别是涉及一种多通道的细胞力学刺激加载装置。

背景技术

细胞在机械应力下结构、功能的变化以及应力刺激下的相关信号转导是生物力学的重要研究内容，合适的细胞加载机械应力的装置是开展相关研究的必须条件，而不同细胞在体内所需的应力条件不同。

为模拟细胞的真实应力条件，通常采用力学加载装置用以提供离体细胞的机械应力以对细胞的力学刺激进行观察。现有的加载装置通常对离体细胞的受力进行统一控制，并且通常仅能提供一种力，不利于进行对照实验。

发明内容

有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种多通道的细胞力学刺激加载装置，以解决现有技术中无法提供多种力导致不利于对照实验的问题。

为达到上述目的，本实用新型提供一种多通道的细胞力学刺激加载装置，包括细胞培养机构、可拆卸安装在所述细胞培养机构底部的气室机构、与所述气室机构连通的压力发生机构以及与所述压力发生机构电连接的控制机构；所述细胞培养机构具有多个独立的培养腔，所述气室机构具有与所述培养腔一一对应且相互独立的气腔，每一气腔均具有与所述压力发生机构连通的正压输入端和负压输入端；还包括滑动设置在所述气腔内且与培养腔对应位置活动连接的加载机构；所述正压输入端和负压输入端分别接入正压和负压使所述加载机构靠近或远离对应的培养腔以提供细胞力学刺激。

进一步的，所述细胞培养机构包括一培养板、上下贯穿所述培养板多个培养孔以及一一对应固置在所述培养孔底端的培养膜，所述培养膜与所述培养孔合围形成所述培养腔，所述培养膜的下表面与所述加载机构活动连接，且所述加载机构与所述培养膜接触位置的尺寸小于所述培养膜的尺寸。

进一步的，所述气室机构包括底座以及设置在底座内并与所述培养孔一一对应的气室座，所述气室座与培养板的底部可拆卸连接；所述气室座内具有一开口向上的导向槽，所述导向槽与所述培养膜的下表面合围形成所述气腔；所述加载机构滑动设置在所述导向槽内，且将所述气腔隔离成呈上下分布的第一气室和第二气室，所述正压输入端和负压输入端对应设置在气室座上且与第一气室连通，所述气室座上还开设有将第二气室与外界连通的平衡孔。

进一步的，所述培养板的底部对应所述培养孔的位置处向下凸设有环形凸台，所述环形凸台的内径大于所述培养孔的直径，所述气室座可拆卸设置在所述环形凸台上；所述环形凸台的外壁上设有第一外螺纹，所述导向槽的内壁上设有与所述第一外螺纹配合的第一内螺纹。

进一步的，所述加载机构包括一滑动设置所述气腔内以将所述气腔分隔成第一气室和第二气室的推板、一固置在所述推板对应第二气室一侧的连接柱以及一可拆卸设置在所述连接柱远离推板一端的加载板，所述加载板可靠近或远离所述培养膜且所述加载板的尺寸小于所述培养膜的尺寸。

进一步的，所述加载板的下表面对应所述连接柱的位置处设有一螺纹盲槽，所述螺纹盲槽的内壁上设有第二内螺纹，所述连接柱上对应位置设有与所述第二内螺纹配合的第二外螺纹。

进一步的，所述加载板为圆形、三角形、矩形、梯形或不规则多边形，且所述圆形、三角形、矩形、梯形或不规则多边形择一与所述连接柱可拆卸连接。

进一步的，所述压力发生机构包括与所述控制机构电连接的一正压泵和一负压泵，所述正压泵的输出端通过正压管与所述正压输入端连通，所述负压泵的输出端通过负压管与所述负压输入端连通；所述正压管上设置有与所述控制机构电连接的正压调节阀和正压控制阀，且所述正压控制阀设置在靠近所述正压输入端的一侧，所述负压管上设置有与所述控制机构电连接的负压调节阀和负压控制阀，且所述负压控制阀设置在靠近所述负压输入端的一侧。

进一步的，所述控制机构包括一控制器以及一与所述控制器电连接的比较器和一一对应设置所述气腔内并与控制器电连接的压力传感器，所述压力发生机构与所述控制器电连接。

进一步的，还包括密封扣合在所述培养板上的盖板，所述盖板上对应所述培养孔的位置处设有与所述培养孔一一对应的操作口，所述操作口上可拆卸设置有密封盖，所述密封盖由透明材料制成。

本实用新型在细胞培养机构上设置相互独立的培养腔，可对多组离体细胞进行独立培养，并且设置与培养腔一一对应的气腔以及在气腔内设置加载机构，通过压力发生机构的驱动可对各气腔内的加载机构进行独立控制，使加载机构在正压或负压的驱动下靠近或远离对应的培养腔，以提供各培养腔内的离体细胞以不同的力学刺激，有利于进行对照实验。

附图说明

图1为本实用新型一种多通道的细胞力学刺激加载装置的结构示意图。

图2为图1的爆炸图。

图3为压力发生机构和控制机构的系统框图。

图4为本实用新型的另一结构示意图。

图5为图4中A处的放大示意图。

图6为图4的使用状态图。

图7为圆形加载板施加的力学示意图。

图8为三角形加载板施加的力学示意图。

附图中标记如下：

细胞培养机构1、培养腔100、培养板11、环形凸台111、第一外螺纹111a、培养孔12、培养膜13、气室机构2、气腔200、第一气室201、第二气室202、底座21、容纳槽210、气室座22、导向槽220、第一内螺纹220a、平衡孔23、加载机构3、推板31、连接柱32、第二外螺纹32a、加载板33、第二内螺纹33a、正压泵41、正压调节阀42、正压控制阀43、负压泵44、负压调节阀45、负压控制阀46、控制器51、比较器52、压力传感器53、正压输入端61、负压输入端62、盖板7、操作口71、密封盖72。

具体实施方式

下面通过具体实施方式进一步详细说明：

实施例

如图1、图2和图3所示，本实用新型的一种多通道的细胞力学刺激加载装置包括细胞培养机构1、气室机构2、加载机构3、压力发生机构和控制机构，所述细胞培养机构1具有多个独立的培养腔100，用于培养离体细胞。所述气室机构2可拆卸安装在所述细胞培养机构1的底部，且所述气室机构2具有与所述培养腔100一一对应且相互独立的气腔200，用于在培养腔100的底部形成一相对密闭的空间以容纳加载机构3。所述加载机构3滑动设置在所述气腔200内，且当加载机构3在气腔200内滑动时可靠近或远离对应的培养腔100，以对培养腔100内的离体细胞形成力学刺激。所述压力发生机构与气室机构2连通，所述压力发生机构具有正压输出端和负压输出端，所述气室机构2的每一气腔200均具有正压输入端61和负压输入端62，所述气腔200的正压输入端61和负压输入端62分别与压力发生机构的正压输出端和负压输出端连通，用于分别向气室内接入正压或负压以驱动所述加载机构3靠近或远离培养腔100。所述控制机构与压力发生机构电连接，以控制所述压力发生机构产生适时适量的正压或负压，以自动控制对离体细胞的力学刺激。

如图4、图5和图6所示，所述细胞培养机构1包括一培养板11、多个培养孔12以及与培养孔12一一对应设置的培养膜13，多个所述培养孔12上下贯穿所述培养板11设置，所述培养膜13固置在对应的培养孔12的底端，使得培养膜13和培养孔12围合形成所述培养腔100，用于盛装培养液以培养离体细胞。在实施例中，所述培养膜13由具有弹性的材料制成，所述培养膜13下表面与加载机构3活动连接，且所述加载机构3与所述培养膜13接触位置的尺寸小于所述培养膜13的尺寸，使得加载机构3在压力发生机构的正压驱动下可向上移动使得培养膜13发生形变以对离体细胞提供力学刺激或者在压力发生机构的负压驱动下向下复位使培养膜13恢复至初始状态。

所述气室机构2包括底座21以及设置在底座21内并与所述培养孔12一一对应的气室座22，所述底座21内设有与气室座22对应的容纳槽210，所述气室座22插设在所述容纳槽210内，所述底座21可使整个加载装置稳定放置在桌面上；所述气室座22的对应端可拆卸安装在培养板11的底部，所述气腔200形成于所述气室座22内，而所述加载机构3设于所述气腔200内，所述气室座22和培养板11底部的可拆卸连接便于气室座22的拆装进而更换设置在气腔200内的加载机构3，从而实现多种维度的力学刺激。具体的，所述气室座22内具有一开口向上的导向槽220，所述导向槽220与所述培养膜13的下表面合围形成所述气腔200，所述加载机构3滑动设置在导向槽220内并且在压力发生机构的驱动下可沿导向槽220的内壁上下移动。所述加载机构3将气室一分为二形成呈上下分布的第一气室201和第二气室202，所述正压输入端61和负压输入端62设置在气室座22上对应第一气室201的位置处且与第一气室201连通，以向第一气室201内通入正压或负压；所述气室座22上对应第二气室202的位置处形成有将第二气室202与外界连通的平衡孔23，以使得第二气室202内的压强等于大气压，进而使得在向第一气室201通入正压或负压时，加载机构3能够顺畅移动。

在本实施例中，所述培养板11的底部对应所述培养孔12的位置处向下凸设有环形凸台111，所述环形凸台111的内径大于所述培养孔12的直径，所述气室座22可拆卸设置在所述环形凸台111上；具体的，所述环形凸台111的外壁上设有第一外螺纹111a，所述导向槽220的内壁上设有与所述第一外螺纹111a配合的第一内螺纹220a，通过第一内螺纹220a和第一外螺纹111a的配合可实现气室座22快速且稳定的拆装。可理解的，在其他的一些实施例中，所述气室座22与培养板11的可拆卸连接还可以通过卡装等方式实现气室座22的拆装。

所述加载机构3包括一推板31、一连接柱32和一加载板33，所述推板31滑动设置所述气腔200内，所述推板31的外壁与气腔200的内壁(也即导向槽220的槽壁)之间为刚好接触且不受力的状态，避免外力对加载机构3加载至培养膜13上的压力的影响；在本实施例中，所述第一气室201和第二气室202以推板31的分隔为限，且随着推板31的移动，第一气室201和第二气室202的体积将发生相对变化。所述连接柱32的一端固置在所述推板31对应第二气室202的一侧，另一端与所述加载板33的一侧可拆卸连接，所述加载板33背离连接柱32的一侧可在正压和负压的驱动下靠近或远离所述培养膜13，所述加载板33的尺寸小于所述培养膜13的尺寸，也即加载板33的尺寸小于培养孔12的尺寸，使得加载板33可以向上移动将培养膜13向上挤压，使培养膜13发生形变以对细胞施加力学刺激。所述加载板33的形状为圆形、三角形、矩形、梯形或不规则多边形中的一种，且所述圆形、三角形、矩形、梯形或不规则多边形择一与所述连接柱32可拆卸连接；使用时，可根据需要的力学刺激更换不同形状的加载板33以对培养的细胞施加不同维度的力学刺激。如图7和图8分别示出了当加载板33为圆形和三角形时，对所述细胞施加的压力示意图，当然，本实用新型能够对细胞施加的压力不仅限于图示的情况，当加载板33的结构不同时，对应的压力也存在不同。

在本实施例中，为便于加载板33的快速更换，所述加载板33的下表面对应所述连接柱32的位置处设有一螺纹盲槽(图中为标示)，所述螺纹盲槽的内壁上设有第二内螺纹33a，所述连接柱32上对应位置设有与所述第二内螺纹33a配合的第二外螺纹32a，通过所述第二内螺纹33a和第二外螺纹32a的配合可将所述加载板33快速的安装在连接柱32上。

请返回参考图3，所述压力发生机构包括一正压泵41和一负压泵44，所述正压泵41和负压泵44均与所述控制机构电连接，用于控制正压泵41和负压泵44的启动和停止。所述正压泵41的输出端形成所述压力发生机构的正压输出端，所述负压泵44的输出端形成所述压力发生机构的负压输出端，所述正压输出端和负压输出端上连接有多通接头(图中未示出)，所述正压输出端上的多通接头的每个接口分别通过正压管与所述气腔200的正压输入端61连通，所述负压输出端上的多通接头的每个接口分别通过负压管与所述气腔200的负压输入端62连通，以分别向对应的气腔200内通入正压或负压。所述正压管上设置有与所述控制机构电连接的正压调节阀42和正压控制阀43，所述负压管上设置有与所述控制机构电连接的负压调节阀45和负压控制阀46，所述正压调节阀42和负压调节阀45分别用于调节正压和负压的流量，以实现气腔200(第一气室201)内的正压和负压大小；所述正压控制阀43和负压控制阀46分别用于控制正压和负压的通断，且所述正压控制阀43设置在靠近所述正压输入端61的一侧，且所述负压控制阀46设置在靠近所述负压输入端62的一侧，使得在关断正压和负压时，能即刻停止向气腔200内通入正压或负压，避免正压管或负压管内残余的气体对气腔200内的压强造成影响。所述正压管和负压管上的各正压控制阀43、正压调节阀42、负压控制阀46和负压调节阀45均可独立控制，以便对各培养腔100内培养的细胞提供不同的力学刺激，进而形成对照实验。

所述控制机构包括一控制器51、一比较器52和一一对应设置在气腔200内的压力传感器53，所述比较器52。压力传感器53和压力发生机构均与控制器51电连接，具体的，所述压力传感器53对应设置在各第一气室201内，用于实时检测第一气室201内的压强，所述比较器52用于将压力传感器53检测到的实时压强与预设压强进行比较，所述控制器51用于在第一气室201内的压强与预设压强不一致时控制正压控制阀43或负压控制阀46打开以使第一气室201内的压强与预设压强一致，以及在第一气室201内的压强与预设压强一致时控制正压控制阀43或负压控制阀46关断以停止进气，使第一气室201内的压强恒定。在本实施例中，所述控制器51可采用单片机或MCU等实现，所述比较器52可采用能实现数值比较功能的芯片实现。

在本实施例中，所述多通道的细胞力学刺激加载装置还包括一盖板7，所述盖板7密封扣合在所述培养板11上，以对培养腔100进行密封，将细胞的培养环境与外界进行隔离，避免在对照实验时引入其他影响因素。所述盖板7上对应所述培养孔12的位置处设有与所述培养孔12一一对应的操作口71，所述操作口71上可拆卸设置有密封盖72，所述密封盖72由透明材料制成，便于观察培养腔100内情况。使用时，可通过所述操作口71向培养腔100内注入培养液及培养的离体细胞，所述密封盖72可将对应的操作口71密封。在本实施例中，所述密封盖72通过卡扣结构可拆卸连接在对应的操作口71上，可理解的，在其他的实施例中，所述密封盖72还可通过螺纹或者其他方式连接在操作口71上。

本实用新型在使用时，首先，根据实验需要选择合适的加载板33安装至连接柱32上进行加载机构3的组装，将组装完成的加载机构3置于气室座22内，并将气室座22通过第一外螺纹111a和第一内螺纹220a的配合安装至培养板11上，在将气室座22对准底座21上的容纳槽210，将气室座22固定插装在底座21上；然后打开密封盖72，将等量的细胞液缓慢注入各培养腔100内，再进行离体细胞的接种，使离体细胞与培养膜13充分接触并关闭密封盖72；接着设置对各培养腔100施加的压力大小，控制正压泵41启动以及正压控制阀43和正压调节阀42打开，向第一气室201内通入正压，使推板31向上移动挤压培养膜13，进而使培养膜13发生形变，对培养膜13上的离体细胞进行力学刺激，模拟不同力刺激下细胞的生长环境；最后，当需要取出离体细胞时，打开对应的密封盖72，将培养液引出，取出离体细胞即可。

本实用新型在使用时，还可通过控制控制正压调节阀42或负压调节阀45时第一气室201内的压强呈预设规则的变化，以提供给细胞以不同频率的力学刺激，不仅能够提供恒定的力学刺激，还能提供变化的力学刺激，操作便捷、结构简单，具有较强的实用性。

Claims (10)

1.一种多通道的细胞力学刺激加载装置，其特征在于：包括细胞培养机构、可拆卸安装在所述细胞培养机构底部的气室机构、与所述气室机构连通的压力发生机构以及与所述压力发生机构电连接的控制机构；所述细胞培养机构具有多个独立的培养腔，所述气室机构具有与所述培养腔一一对应且相互独立的气腔，每一气腔均具有与所述压力发生机构连通的正压输入端和负压输入端；还包括滑动设置在所述气腔内且与培养腔对应位置活动连接的加载机构；所述正压输入端和负压输入端分别接入正压和负压使所述加载机构靠近或远离对应的培养腔以提供细胞力学刺激。

2.根据权利要求1所述的一种多通道的细胞力学刺激加载装置，其特征在于：所述细胞培养机构包括一培养板、上下贯穿所述培养板多个培养孔以及一一对应固置在所述培养孔底端的培养膜，所述培养膜与所述培养孔合围形成所述培养腔，所述培养膜的下表面与所述加载机构活动连接，且所述加载机构与所述培养膜接触位置的尺寸小于所述培养膜的尺寸。

3.根据权利要求2所述的一种多通道的细胞力学刺激加载装置，其特征在于：所述气室机构包括底座以及设置在底座内并与所述培养孔一一对应的气室座，所述气室座与培养板的底部可拆卸连接；所述气室座内具有一开口向上的导向槽，所述导向槽与所述培养膜的下表面合围形成所述气腔；所述加载机构滑动设置在所述导向槽内，且将所述气腔隔离成呈上下分布的第一气室和第二气室，所述正压输入端和负压输入端对应设置在气室座上且与第一气室连通，所述气室座上还开设有将第二气室与外界连通的平衡孔。

4.根据权利要求3所述的一种多通道的细胞力学刺激加载装置，其特征在于：所述培养板的底部对应所述培养孔的位置处向下凸设有环形凸台，所述环形凸台的内径大于所述培养孔的直径，所述气室座可拆卸设置在所述环形凸台上；所述环形凸台的外壁上设有第一外螺纹，所述导向槽的内壁上设有与所述第一外螺纹配合的第一内螺纹。

5.根据权利要求3所述的一种多通道的细胞力学刺激加载装置，其特征在于：所述加载机构包括一滑动设置所述气腔内以将所述气腔分隔成第一气室和第二气室的推板、一固置在所述推板对应第二气室一侧的连接柱以及一可拆卸设置在所述连接柱远离推板一端的加载板，所述加载板可靠近或远离所述培养膜且所述加载板的尺寸小于所述培养膜的尺寸。

6.根据权利要求5所述的一种多通道的细胞力学刺激加载装置，其特征在于：所述加载板的下表面对应所述连接柱的位置处设有一螺纹盲槽，所述螺纹盲槽的内壁上设有第二内螺纹，所述连接柱上对应位置设有与所述第二内螺纹配合的第二外螺纹。

7.根据权利要求5所述的一种多通道的细胞力学刺激加载装置，其特征在于：所述加载板为圆形、三角形、矩形、梯形或不规则多边形，且所述圆形、三角形、矩形、梯形或不规则多边形择一与所述连接柱可拆卸连接。

8.根据权利要求3所述的一种多通道的细胞力学刺激加载装置，其特征在于：所述压力发生机构包括与所述控制机构电连接的一正压泵和一负压泵，所述正压泵的输出端通过正压管与所述正压输入端连通，所述负压泵的输出端通过负压管与所述负压输入端连通；所述正压管上设置有与所述控制机构电连接的正压调节阀和正压控制阀，且所述正压控制阀设置在靠近所述正压输入端的一侧，所述负压管上设置有与所述控制机构电连接的负压调节阀和负压控制阀，且所述负压控制阀设置在靠近所述负压输入端的一侧。

9.根据权利要求1所述的一种多通道的细胞力学刺激加载装置，其特征在于：所述控制机构包括一控制器以及一与所述控制器电连接的比较器和一一对应设置所述气腔内并与控制器电连接的压力传感器，所述压力发生机构与所述控制器电连接。

10.根据权利要求2所述的一种多通道的细胞力学刺激加载装置，其特征在于：还包括密封扣合在所述培养板上的盖板，所述盖板上对应所述培养孔的位置处设有与所述培养孔一一对应的操作口，所述操作口上可拆卸设置有密封盖，所述密封盖由透明材料制成。

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