CN2818484Y - 细胞牵张应力控制装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种医疗装置，特别是关于一种生物力学研究中的细胞牵张应力控制装置，它适用于细胞对拉伸应力的影响方面的研究，其特征是：细胞培养单元是将细胞培固定在弹性膜培养板上，培养板底部是薄膜，弹性膜培养板密封于真空室之上，真空室连接有真空泵，真空泵与动力加载单元电连接，连接真空室管道上有压力传感器，压力传感器的输出信号与控制检测单元的输入端电连接，动力加载单元控制输入端与控制检测单元的输出端电连接。这种细胞牵张应力控制装置，解决了细胞对拉伸应力、牙周膜成纤维细胞、体外贴壁生长的组织细胞有一个科学的控制手段。

Description

细胞牵张应力控制装置

                    所属技术领域

本实用新型涉及一种医疗装置，特别是一种生物力学研究中的细胞牵张应力控制装置，适用于细胞对拉伸应力的影响方面的研究。

                      背景技术

应力生长关系的研究是生物力学重要的课题，体内复杂的力学环境和生理生化过程，使我们无法控制单因素所造成的影响。幸而离体细胞培养技术为实现控制某些因素而研究细胞行为提供了可能。

                      发明内容

本实用新型的目的是提供一种细胞牵张应力控制装置，以便解决细胞对拉伸应力、牙周膜成纤维细胞、体外贴壁生长的组织细胞有一个科学的控制手段。

本实用新型的目的是这样实现的，设计一种细胞牵张应力控制装置，它由细胞培养单元1、控制检测单元、动力加载单元7构成，其特征是：弹性膜培养板4上有细胞培，培养板底部是薄膜，培养板密封在真空室5上，真空室5连通有真空泵8，真空泵8与动力加载单元7电连接，压力传感器9与真空室管道连通，压力传感器9的输出信号与控制检测单元的输入端电连接，动力加载单元7控制输入端与控制检测单元的输出端电连接。

所述的薄膜是硅基柔性橡胶薄膜2。

所述的真空室5有三个。

所述的压力传感器9是微型PCB表面贴装的硅压阻式传感器。

本实用新型的特点是：细胞牵张应力加载系统的设计思路是细胞培养于弹性膜培养板上，培养板底部是硅基柔性橡胶薄膜，培养板密封于真空室之上，通过控制真空泵抽真空，利用负压吸引的方式使培养板的弹性膜发生拉伸形变，贴壁生长于弹性膜上的细胞随之发生形变，从而进行体外培养的细胞在拉伸应力条件下生长分泌规律的研究。本实用新型的优点是：它不仅在细胞对拉伸应力的影响方面的研究将会产生积极的影响。而且适用于牙周膜成纤维细胞，也可推广到其它有相似力学环境、体外贴壁生长的组织细胞。

                    附图说明

下面结合实施例附图对本实用新型作进一步说明。

图1是实施例细胞培养单元无压静态原理图；

图2是实施例细胞培养单元有压动态原理图；

图3是实施例控制电路原理图。

图中：1、细胞培养单元；2、硅基柔性橡胶薄膜；3、细胞；4、弹性膜培养板；5、真空室；6、气道；7、动力加载单元；8、真空泵；9、压力传感器；10、电磁阀；11、三通电磁阀；12、信号放大处理电路；13、A/D转换电路；14、单片机；15、键盘；16、LCD显示器。

                   具体实施方式

如图1所示是细胞培养单元1的结构图，它由细胞培养单元、控制检测单元、动力加载单元构成，弹性膜培养板4上有细胞3，培养板底部是薄膜2，培养板4密封在真空室5上，真空室5连接有真空泵8，真空泵8与动力加载单元7电连接，压力传感器9与真空室5管道连通，压力传感器9的输出信号与控制检测单元的输入端电连接，动力加载单元控制输入端与控制检测单元的输出端电连接。

细胞培养单元1的设计思路是细胞3培养于连接有硅基柔性橡胶薄膜2的弹性膜培养板4上，弹性膜培养板4底部是硅基柔性橡胶薄膜3，弹性膜培养板4密封于真空室5之上，通过多气道6控制真空泵抽真空，利用负压吸引的方式使培养板的弹性膜发生拉伸形变，贴壁生长于弹性膜上的细3随之发生形变，从而进行体外培养的细胞在拉伸应力条件下生长分泌规律的研究。

图2是实施例细胞培养单元有压动态原理图，如图2所示，为使弹性膜产生规则可控制的形变，所加的外力多采用真空负压的形式。将弹性培养板4放置在有机玻璃制作的真空室5上，真空室5达到完全密闭，并使硅基柔性橡胶薄膜2成为真空室5的腔壁。当真空泵8工作，抽取真空室5内的空气时，由于真空室5形成负压，位于真空室5上方的弹性膜培养板4底部的硅基柔性橡胶薄膜2就会向空腔内部凹陷，向下拉伸变形，接种于弹性膜培养板4内的细胞3随硅基柔性橡胶薄膜2的变形受到拉伸作用产生形变。

如图3所示，给出了实施例整体电路结构图，由于培养盘空腔压力是一个非电量物理参数，必须将压力转换成电量参数如电压、电流才能被处理和利用，压力传感器9就是完成这种转换的电子器件。压力传感器9采用微型PCB表面贴装的硅压阻式传感器。具有体积小、重量轻、固态结构，性能可靠、低功耗、便于安装的特点。根据细胞培养盘空腔压力变化范围在0～25kPa之间，选择压力传感器标准量程范围为0～5psi的型号。

信号放大与处理电路12将压力传感器9的输出模拟电压信号经过放大、滤波等环节处理，达到A/D转换电路13的输入要求。

A/D转换电路13采用12位模拟-数字转换电路，用于将压力传感器9产生的模拟信号转换为计算机可以处理的数字信号。

单片机14采用MCS51系列的Atmel89s51微控制器，是整个系统的核心器件，具有关机或掉电后，数据不会丢失的特点，用于存储系统设置参数；由于细胞培养单元1空腔容积小，真空泵8抽气速度快，系统采用24MHz时钟晶体，以满足A/D转换速度和软件数据处理速度的要求。单片机14通过串行总线连接键盘15，键盘15通过接口电路HD7279A与单片机14I/O口电连接，键盘15可由8×8矩阵键盘；显示单元LCD显示器16采用TM202液晶显示模块。

从图2可以看出，共有三个真空室5，每个真空室5与真空泵8之间有电磁阀10，压力传感器9安装在真空室5与真空泵8之间的气道6上感受压力的变化，压力传感器9输出的信号与控制检测单元的输入端电连接，为了使真空室5的压力调节方便，真空室5与真空泵8之间连接三通电磁阀11，三通电磁阀11一端接真空泵8，另一端接真空室5，第三通可由单片机控制进行排压。

电磁阀10和三通电磁阀11的打开和关闭同样也由单片机14控制。单片机14控制电磁阀10和三通电磁阀11是由动力加载单元7完成的。在单片机14控制信号的作用下，控制电磁阀10与真空泵8的启停。

工作流程如下：接通真空泵8电源，开始抽气，在气道6中的压力传感器9感受压力的变化并转换成电压信号，信号通过信号放大处理电路12放大、滤波电路滤波消除低频干扰后，由A/D转换电路13转换为单片机14可以处理的数字信号，单片机14根据当前的采样信号与系统设定的参数进行分析计算，通过单片机14外围电路和电磁阀10和真空泵8控制电路来控制三个细胞培养板气路6通道上的电磁阀10、放气三通电磁阀11以及真空泵8的开启和关闭，达到控制细胞培养盘柔性薄膜型变量的目的；键盘用于输入工作参数，并控制系统开始或停止工作；LCD显示模块用于显示系统参数、工作状态等。

通过控制真空泵8抽真空，利用负压吸引的方式使弹性膜培养板4的弹性膜发生拉伸形变，贴壁生长于弹性膜上的细胞3随之发生形变，从而进行体外培养的细胞3在拉伸应力条件下生长分泌规律的研究，该实验系统的研制成功，对国内在细胞对拉伸应力的影响方面的研究将会产生积极的影响。该装置不仅适用于牙周膜成纤维细胞，也可推广到其它有相似力学环境、体外贴壁生长的组织细胞。该实验系统的主要技术参数达到了国外同类装置的水平，由于其结构简单可靠，体积小，携带方便，基底膜的形变可精确调节，性能可靠，能满足多种细胞应力实验的需要，而且造价低廉，易为国内研究机构所采用。

本实用新型所采用的电路都是成熟的已知技术，如压力传感电路、检测电路、放大滤波电路、A/D转换电路、单片机控制电路。

Claims (4)

1、细胞牵张应力控制装置，它由细胞培养单元(1)、控制检测单元、动力加载单元(7)构成，其特征是：弹性膜培养板(4)上有细胞培，培养板底部是薄膜，培养板密封在真空室(5)上，真空室(5)连通有真空泵(8)，真空泵(8)与动力加载单元(7)电连接，压力传感器(9)与真空室管道连通，压力传感器(9)的输出信号与控制检测单元的输入端电连接，动力加载单元(7)控制输入端与控制检测单元的输出端电连接。

2、根据权利要求1所述的细胞牵张应力控制装置，其特征是：所述的薄膜是硅基柔性橡胶薄膜(2)。

3、根据权利要求1所述的细胞牵张应力控制装置，其特征是：所述的真空室(5)有三个。

4、根据权利要求1所述的细胞牵张应力控制装置，其特征是：所述的压力传感器(9)是微型PCB表面贴装的硅压阻式传感器。

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