TW201350571A - 生物力學測試用之載具 - Google Patents

Abstract

一種生物力學測試用之載具，包含一培養單元，及一與該培養單元結合且硬度大於該培養單元的定位單元。該培養單元包括一底膜，及一圍繞壁，該定位單元包括至少一個結合於圍繞壁上的限位件。藉此使該載具受到較為平均的拉力，且該定位單元的硬度較大，亦可承受較大拉力，不易變形，兼顧該載具之硬度及彈性。

Description

生物力學測試用之載具

本發明是有關於一種載具，特別是指一種生物力學測試用之載具。

由於人體中原本就是一個動態環境，許多組織的細胞，例如心臟、肺臟、肌肉、軟骨等細胞皆是能受控制或因應外界壓力而產生變形拉伸。因此，當上述細胞培養於體外進行研究時，需要加入適當的動態物理刺激來模擬體內環境，以觀察細胞之各項反應。

為了給予細胞動態物理刺激，參閱圖1，為US4,789,601號專利案所揭露之技術，是將一培養皿1之每一培養區(well)11的底部置換成一彈性膜12，並將細胞(圖未示)培養於所述彈性膜上12，當要給予細胞動態物理刺激時，是如圖2所示地將一橡膠墊圈13疊置於一進氣板14上，該進氣板14上凹陷形成有許多流道141(因視角的關係只繪出一個)，而該橡膠墊圈13上則形成有許多連通所述流道141的貫穿孔131。將該培養皿1疊置於該橡膠墊圈13上，利用一外接的抽氣設備(圖未示)由所述流道141進行抽氣，而使得所述彈性膜12向下凹陷，當停止抽氣時，所述彈性膜12又會回覆到圖1所示的位置。透過改變抽氣的壓力及頻率使所述彈性膜12產生形變，藉以對培養於所述彈性膜12上的細胞提供動態刺激。

雖然上述裝置與操作方式可以對體外培養的細胞提供 動態刺激，但抽氣時是使得所述彈性膜12中央部位向下彎曲，長期使用下所述彈性膜12可能會因為彈性疲乏，在未抽氣的狀況下仍形成如圖2所示之向下彎曲的弓狀，而影響細胞形態的觀察與後續實驗。

為了改善上述問題，參閱圖3，為EP1,734,110號專利案所揭露之技術，是直接製作出一具有彈性、可形變的培養皿2，該培養皿2包括一底膜21，及一由該底膜21周緣向上延伸的圍繞壁22，該底膜21及該圍繞壁22共同界定出一用以培養細胞的容置空間23，該圍繞壁22於該底膜21的兩側皆貫穿形成有兩個定位孔221。

參閱圖4，該培養皿2是搭配一拉伸機具3使用，該拉伸機具3包括一基座31、一設置於該基座31上的固定盤32，及一設置於該基座31上且能相對於該固定盤32移動的移動盤33。該固定盤32及移動盤33各自突伸有兩支定位銷321、331(因視角的關係皆只顯示一支)。使用時，是使該培養皿2之圍繞壁22上的定位孔221套合於所述定位銷321、331上而將該培養皿2定位，再透過一控制裝置34控制一步進馬達35以調控該移動盤33移動，藉由該移動盤33上的定位銷331拉伸該圍繞壁22的一側，而帶動該底膜21產生形變，藉以對培養於該底膜21上的細胞200提供動態刺激。

雖然上述設計可以改善該底膜21在長期使用下形成弓狀的問題，但由於該移動盤33是透過所述定位銷331來拉伸該圍繞壁22的一側，因此該圍繞壁22受到所述定位銷 331的拉力必定是由鄰近所述定位銷331的區域向外遞減，而可能產生拉力不平均的現象，長期使用下，所述定位孔221會變形，更加劇拉力不平均的情形。且該培養皿2無法承受高頻率的拉伸以及高變形量(只能承受1hz的頻率，20%的應變量)。另外，由於該圍繞壁22及底膜21的硬度一致，因此若是要配合該底膜21容易產生形變的硬度，則該圍繞壁22可能產生硬度不足而無法承受太大拉力的情形；若是提高該培養皿2整體的硬度，又易使得該底膜21的硬度太大，而有不易產生形變的問題。

因此，本發明之目的，即在提供一種可以讓拉力更為平均，並且兼具硬度及彈性的生物力學測試用之載具。

於是，本發明生物力學測試用之載具，包含一培養單元，及一結合於該培養單元上且硬度大於該培養單元的定位單元。

該培養單元包括一底膜，及一由該底膜周緣向上延伸之圍繞壁。該定位單元包括至少一個結合於該圍繞壁上的限位件。

本發明之功效在於，藉由該定位單元的硬度是大於該培養單元的硬度，因此該定位單元可以承受較大的拉力，且不易變形，兼顧該載具之硬度及彈性。

有關本發明之前述及其他技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式之一個較佳實施例的詳細說明中，將可 清楚的呈現。

參閱圖5，為本發明生物力學測試用之載具4的較佳實施例，包含一培養單元5，及一結合於該培養單元5上且硬度大於該培養單元5的定位單元6。其中，該培養單元5是可被拉伸的且硬度是介於10~59 shoreA硬度，該定位單元6是可被夾持的且硬度是介於60~90 shoreA硬度，較佳地，該培養單元5的硬度是30 shoreA硬度，該定位單元6的硬度是70 shoreA硬度。

該培養單元5包括一呈矩形之底膜51，及一由該底膜51周緣向上延伸之圍繞壁52，該圍繞壁52具有兩個位於該底膜51之兩相反側的第一壁部521，及兩個位於該底膜51之兩相反側且連接所述第一壁部521的第二壁部522。

該定位單元6包括兩個分別結合於該圍繞壁52之第二壁部522上的限位件61，每一限位件61包括一本體611、一凹陷形成於該本體611上側的上夾持槽612，及一凹陷形成於該本體611下側且對應該上夾持槽612的下夾持槽613，該本體611具有兩個分別連接於該二第一壁部521的端面614，該上、下夾持槽612、613皆是由該本體611之其中一端面614往另一端面614的方向延伸並貫穿該二端面614。

進一步論，每一限位件61的本體611還具有一橫向設置的中央段615、兩個由該中央段615向上凸伸且互相間隔的上齒段616、兩個由該中央段615向下凸伸且對應所述上齒段616的下齒段617，及一個由該中央段615往該第二壁部522的方向一體橫向凸伸的第一接合區618，該二上齒段 616與該中央段615共同圍繞界定出該上夾持槽612，該二下齒段617與該中央段615共同圍繞界定出該下夾持槽613。該培養單元5之圍繞壁52的每一第二壁部522皆凹陷形成有一對應該第一接合區618的第二接合區523。要特別說明的是，於本實施例中，該第一接合區618為凸伸狀，該第二接合區523為凹陷狀，實際實施時，當然也可以使該第一、二接合區618、523的形狀互相對調，或是置換成其他可以互相接合的形狀，不以本實施例所揭露者為限。

於本實施例中，該培養單元5及定位單元6的材質皆是選自於矽膠，且該底膜51的厚度為0.2公釐(mm)，為較適合放於顯微鏡下觀察的厚度，而矽膠材質與人體敷料類似，便於細胞培養。該培養單元5及定位單元6組裝時，是使該第一、二接合區618、523互相對齊接合後，以熱壓合的方式結合形成如圖6所示的形態，當然也該培養單元5與定位單元6也可以是選自於聚二甲基矽氧烷(polydimethy lsiloxane，PDMS)、聚己內酯多元醇(ε-caprolactone，PCL)，或聚乳酸甘醇酸[poly(latide-co-glycolide acid)，PLGA]，或是其他適當的材質，不以此為限。

要特別說明的是，該培養單元5及定位單元6也可以是以射出成型的方式結合，另外，於本實施例中，該載具4之整體是以矩形為例說明，但於實際實施時，也可使得該載具4之整體為圓形或其他形狀，進而改變該圍繞壁52及所述限位件61之數量及形態，不以本實施例所揭露的內容為限。

參閱圖6、7，該載具4是搭配一拉伸設備7使用，在進行生物力學測試之前，會先將欲測試之細胞(圖未示)培養於該底膜51上，要進行測試時，就將該拉伸設備7之夾具71夾持定位於該載具4的上、下夾持槽612、613內並可對該載具4進行各種形式的拉伸動作，而對該載具4產生拉伸力量，藉以模擬生物體內的動態環境。當該載具4為矩形時，拉伸動作可以是固定一限位件61，而拉伸另一限位件61的形式，也可以是將兩側的限位件61固定，而對該底膜51由下而上進行頂推，或是由該底膜51下方以抽氣的方式使該底膜51向下凹陷；而若該載具4為圓形時，拉伸動作則是對該底膜51進行頂推或使其向下凹陷。

經過特定之拉伸力量、頻率及時間後，即可觀察培養於該底膜51上的細胞的各種變化。於本實施例中，該載具4最大應變量0~40%時，拉伸次數可以高達250萬次。另外，由於該底膜51具有可透光性，因此可以直接置於顯微鏡下觀察。要說明的是，所述上、下夾持槽612、613的形態只是本實施例的實施態樣，於實際製造時，可以因應該拉伸設備7之夾具71的形態進行更改，不以此為限。

另外，如圖8所示，每一限位件61之上夾持槽612的寬度是由該中央段615的方向往該二上齒段616的方向漸增，該下夾持槽613的寬度是由該中央段615的方向往該二下齒段617的方向漸增，因此如圖7所示，讓所述夾具71與上、下夾持槽612、613可以快速地結合，提高該載具4與所述夾具71夾持時的便利性。由於該拉伸設備7之細 部結構及傳動方式並非本專利欲保護之範圍，在此不予贅述，亦不繪示其細部結構。

藉由上述設計，本發明生物力學測試用之載具4於實際使用時具有以下所述的優點：

(1)拉力較為平均：透過該定位單元6之每一上、下夾持槽612、613是貫穿相對應之兩個端面614的形態，因此當該拉伸設備7對該載具4施力時，該載具4可受到較為平均的拉力，亦能使得測試結果更為準確。

(2)兼顧整體之硬度及彈性：由於該定位單元6的硬度是大於該培養單元5的硬度，讓該定位單元6可以承受較大的拉力，且該定位單元6在拉伸的過程中不易變形，而能確實將足夠的力量傳達至該底膜51，使該底膜51對應產生形變以使細胞確實受到刺激，為一兼具硬度及彈性的設計。

綜上所述，本發明生物力學測試用之載具4，藉由該定位單元6之上、下夾持槽612、613的形態，因此當該載具4配合該拉伸設備7使用時，該載具4可受到較為平均的拉力，且該定位單元6的硬度是大於該培養單元5的硬度，該定位單元6亦可以承受較大的拉力且不易變形，而能兼顧該載具4整體之硬度及彈性，故確實能達成本發明之目的。

惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利 範圍及發明說明內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。

4‧‧‧載具

5‧‧‧培養單元

51‧‧‧底膜

52‧‧‧圍繞壁

521‧‧‧第一壁部

522‧‧‧第二壁部

523‧‧‧第二接合區

6‧‧‧定位單元

61‧‧‧限位件

611‧‧‧本體

612‧‧‧上夾持槽

613‧‧‧下夾持槽

614‧‧‧端面

615‧‧‧中央段

616‧‧‧上齒段

617‧‧‧下齒段

618‧‧‧第一接合區

7‧‧‧拉伸設備

71‧‧‧夾具

圖1是一剖視圖，說明US4,789,601號專利案所揭露的培養皿結構；圖2是一剖視圖，說明圖1之培養皿進行動態物理刺激的結構變化；圖3是一立體圖，說明EP1,734,110號專利案所揭露的培養皿結構；圖4是一示意圖，說明圖3之培養皿的使用狀態；圖5是一立體分解圖，說明本發明生物力學測試用之載具之較佳實施例；圖6是一立體圖，說明圖5中該載具結合後的形態；圖7是一側視圖，說明該載具與一拉伸設備的結合態樣；及圖8是一局部側視放大圖，說明該載具之一定位單元的細部結構。

4‧‧‧載具

5‧‧‧培養單元

51‧‧‧底膜

52‧‧‧圍繞壁

521‧‧‧第一壁部

522‧‧‧第二壁部

523‧‧‧第二接合區

6‧‧‧定位單元

61‧‧‧限位件

611‧‧‧本體

612‧‧‧上夾持槽

613‧‧‧下夾持槽

614‧‧‧端面

615‧‧‧中央段

616‧‧‧上齒段

617‧‧‧下齒段

618‧‧‧第一接合區

Claims (10)

1. 一種生物力學測試用之載具，包含：一培養單元，包括一底膜，及一由該底膜周緣向上延伸之圍繞壁；及一定位單元，其硬度是大於該培養單元的硬度，該定位單元包括至少一個結合於該圍繞壁之限位件。
2. 依據申請專利範圍第1項所述生物力學測試用之載具，其中，該底膜呈矩形，該圍繞壁具有兩個位於該底膜之兩相反側的第一壁部，及兩個位於該底膜之兩相反側且連接所述第一壁部的第二壁部。
3. 依據申請專利範圍第2項所述生物力學測試用之載具，其中，該定位單元包括兩個分別結合於該圍繞壁之第二壁部上的限位件，每一限位件包括一本體、一凹陷形成於該本體上側的上夾持槽，及一凹陷形成於該本體下側且對應該上夾持槽的下夾持槽，該本體具有兩個分別連接於該二第一壁部的端面，該上、下夾持槽皆是由該本體之其中一端面往另一端面的方向延伸並貫穿該二端面。
4. 依據申請專利範圍第3項所述生物力學測試用之載具，其中，每一限位件的本體還具有一橫向設置的中央段、兩個由該中央段向上凸伸且互相間隔的上齒段，及兩個由該中央段向下凸伸且對應所述上齒段的下齒段，該二上齒段與該中央段共同圍繞界定出該上夾持槽，該二下齒段與該中央段共同圍繞界定出該下夾持槽。
5. 依據申請專利範圍第4項所述生物力學測試用之載具，其中，該上夾持槽的寬度是由該中央段的方向往該二上齒段的方向漸增，該下夾持槽的寬度是由該中央段的方向往該二下齒段的方向漸增。
6. 依據申請專利範圍第5項所述生物力學測試用之載具，其中，每一限位件之本體還具有一個由該中央段往該第二壁部的方向一體橫向凸伸的第一接合區，該培養單元之圍繞壁的每一第二壁部皆凹陷形成有一對應該第一接合區的第二接合區。
7. 依據申請專利範圍第1項所述生物力學測試用之載具，其中，該培養單元與定位單元的材質皆是選自於矽膠、聚二甲基矽氧烷、聚己內酯多元醇，或聚乳酸甘醇酸。
8. 依據申請專利範圍第1項所述生物力學測試用之載具，其中，該培養單元之底膜具有可透光性。
9. 依據申請專利範圍第1項所述生物力學測試用之載具，其中，該培養單元的硬度是介於10~59 shoreA硬度，該定位單元的硬度是介於60~90 shoreA硬度。
10. 依據申請專利範圍第8項所述生物力學測試用之載具，其中，該培養單元的硬度是30 shoreA硬度，該定位單元的硬度是70 shoreA硬度。