專利名稱：平板流動(dòng)腔細(xì)胞培養(yǎng)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種細(xì)胞在平板流動(dòng)腔培養(yǎng)的實(shí)驗(yàn)裝置，尤其是一種提供恒溫的脈動(dòng)流循環(huán)系統(tǒng)的裝置。
背景技術(shù)：
細(xì)胞培養(yǎng)工程是一門在生化工程學(xué)科領(lǐng)域中迅速發(fā)展起來(lái)的新型工程學(xué)科，它具有生物技術(shù)、化學(xué)工程技術(shù)以及其它工程學(xué)科技術(shù)相結(jié)合的特色，因此這門學(xué)科在基礎(chǔ)研究和運(yùn)用科學(xué)研究方面越來(lái)越受到廣泛的關(guān)注。研究表明，靜態(tài)條件下聯(lián)合培養(yǎng)的細(xì)胞形態(tài)及功能特性與在體條件下均有差異，這可能是沒(méi)有血流切應(yīng)力對(duì)內(nèi)皮細(xì)胞直接作用的結(jié)果。所以目前普遍采用平板流動(dòng)腔裝置進(jìn)行細(xì)胞培養(yǎng)。但是大多數(shù)平板流動(dòng)腔裝置采用外接蠕動(dòng)泵提供培養(yǎng)液循環(huán)的動(dòng)力，平板流動(dòng)腔外部沒(méi)有保溫措施，僅依靠培養(yǎng)液加熱維持細(xì)胞培養(yǎng)所需的溫度環(huán)境。在培養(yǎng)過(guò)程中無(wú)法實(shí)時(shí)控制和采集相關(guān)參數(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是要提供一種平板流動(dòng)腔細(xì)胞培養(yǎng)系統(tǒng)，為細(xì)胞提供封閉的脈動(dòng)流循環(huán)培養(yǎng)環(huán)境，平板流動(dòng)腔處于溫度和C02濃度相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)，在細(xì)胞培養(yǎng)過(guò)程中可以實(shí)現(xiàn)相關(guān)參數(shù)的實(shí)時(shí)控制和采集，可方便的隨時(shí)觀察細(xì)胞狀態(tài)。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是一種平板流動(dòng)腔細(xì)胞培養(yǎng)系統(tǒng)，由機(jī)械部分，電氣部分及上位機(jī)組成，其特點(diǎn)是機(jī)械部分包括箱體，儲(chǔ)液罐，脈動(dòng)泵模擬心泵，蓄能器，平板流動(dòng)腔，后負(fù)荷及排水系統(tǒng)，其中
儲(chǔ)液罐上設(shè)有一個(gè)連接脈動(dòng)泵模擬心泵的液體出口，一個(gè)排出液體出口，兩個(gè)回流口， 儲(chǔ)液罐下方有一個(gè)用于攪拌液體轉(zhuǎn)動(dòng)的磁力攪拌系統(tǒng)；
蓄能器連接脈動(dòng)泵模擬心泵，用于模擬主動(dòng)脈彈性腔功能，并將脈動(dòng)泵模擬心泵射出的間隙性脈動(dòng)流變成連續(xù)性脈動(dòng)流，同時(shí)調(diào)節(jié)液氣比例，實(shí)現(xiàn)對(duì)高低血壓差的調(diào)節(jié)。平板流動(dòng)腔由上下底板組成，上下底板中間設(shè)有密封墊圈，并用八個(gè)螺釘均勻壓緊力形成一個(gè)完整的平板流動(dòng)腔體。脈動(dòng)泵模擬心泵包括伺服電機(jī)，驅(qū)動(dòng)絲杠，泵活塞，伺服電機(jī)連接驅(qū)動(dòng)絲杠，絲杠帶動(dòng)連接件驅(qū)動(dòng)泵活塞，實(shí)現(xiàn)往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，形成脈動(dòng)流；
電氣部分包括系統(tǒng)溫度控制器，環(huán)境溫度控制器，溫度傳感器，壓力傳感器，壓差傳感器，流量傳感器，數(shù)據(jù)儀表及排水泵；其中
溫度傳感器放置在箱體內(nèi)部及平板流動(dòng)腔流入端，分別測(cè)量平板流動(dòng)腔環(huán)境溫度和細(xì)胞培養(yǎng)液溫度，并通過(guò)上位機(jī)顯示采集的數(shù)據(jù)；
壓力傳感器和壓差傳感器放置在平板流動(dòng)腔流入端和流出端，分別測(cè)量流入端壓力和計(jì)算流出端壓力，并通過(guò)上位機(jī)顯示采集的平板流動(dòng)腔內(nèi)細(xì)胞受到的切應(yīng)力，切應(yīng)力的變化值；流量傳感器放置在平板流動(dòng)腔流出端和儲(chǔ)液罐回路之間，用于顯示當(dāng)前流過(guò)平板流動(dòng)腔的瞬時(shí)流量和累計(jì)流量；
排水泵連接儲(chǔ)液罐，用于排出儲(chǔ)液罐和循環(huán)管路中的培養(yǎng)液。上位機(jī)部分由波形顯示，各模擬量顯示及控制按鈕組成；波形顯示以波形的方式實(shí)時(shí)顯示近端壓力和遠(yuǎn)端壓力，壓差，流量，及切應(yīng)力；各模擬量顯示當(dāng)前出現(xiàn)的一個(gè)完整周期內(nèi)的最大值，最小值，平均值，以及實(shí)時(shí)的溫度；控制按鈕用于控制切應(yīng)力參數(shù)設(shè)置， 心泵的位移量，心率，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)路徑，開(kāi)始測(cè)量，暫停測(cè)量，停止測(cè)量，獲取圖像，歷史數(shù)據(jù)瀏覽，退出系統(tǒng)。儲(chǔ)液罐上面設(shè)有加液漏斗，內(nèi)部設(shè)有加熱器和溫度傳感器。蓄能器上面連接有氣囊。平板流動(dòng)腔內(nèi)設(shè)有一個(gè)寬36mm.厚0. ^mm或0. 56mm.的流場(chǎng)，流場(chǎng)內(nèi)植有內(nèi)皮細(xì)胞的50mmX30mm載玻片。本發(fā)明的有益效果
平板流動(dòng)腔系統(tǒng)為細(xì)胞提供封閉的脈動(dòng)流循環(huán)環(huán)境，流動(dòng)腔處于溫度和C02濃度相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)，在細(xì)胞培養(yǎng)過(guò)程中可以實(shí)現(xiàn)正應(yīng)力、切應(yīng)力的實(shí)時(shí)控制和采集，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中可隨時(shí)觀察細(xì)胞狀態(tài)。實(shí)驗(yàn)完畢后較易排出管路和儲(chǔ)液罐中的培養(yǎng)液，整個(gè)系統(tǒng)集成于一小車上，方便移動(dòng)與搬運(yùn)。


圖1是本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)主視圖； 圖2是圖1的俯視圖3是儲(chǔ)液罐結(jié)構(gòu)示意圖； 圖4是蓄能器結(jié)構(gòu)示意圖； 圖5是平板流動(dòng)腔結(jié)構(gòu)立體分解示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖與實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明。如圖1、2所示，本發(fā)明的平板流動(dòng)腔細(xì)胞培養(yǎng)系統(tǒng)，由機(jī)械部分，電氣部分及上位機(jī)組成，
機(jī)械部分主要由箱體1，儲(chǔ)液罐4，脈動(dòng)泵模擬心泵，蓄能器3，平板流動(dòng)腔2，后負(fù)荷A， B5，6及排水系統(tǒng)組成。儲(chǔ)液罐4 (圖3)是用做系統(tǒng)液體的儲(chǔ)存，儲(chǔ)液罐4通過(guò)漏斗加液，通過(guò)一個(gè)出口泵出液體，一個(gè)出口排出液體，兩個(gè)回流口。為了使液體轉(zhuǎn)動(dòng)，儲(chǔ)液罐4下方是一磁力攪拌器 10，電機(jī)帶動(dòng)磁鐵，對(duì)儲(chǔ)液罐4內(nèi)的磁力轉(zhuǎn)子進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，從而帶動(dòng)液體。儲(chǔ)液罐4上面設(shè)有加液漏斗7，內(nèi)部設(shè)有加熱器9和溫度傳感器8。儲(chǔ)液罐4上面還設(shè)有一個(gè)C02排氣口 35 和C02進(jìn)氣口 34，一個(gè)排氣閥四，一個(gè)進(jìn)氣閥30，C02進(jìn)氣口 34接C02保護(hù)氣體罐M。蓄能器3 (圖4)模擬主動(dòng)脈彈性腔功能，將心泵射出的間隙性脈動(dòng)流變成連續(xù)性脈動(dòng)流。同時(shí)調(diào)節(jié)液氣比例，實(shí)現(xiàn)對(duì)高低血壓差的調(diào)節(jié)。儲(chǔ)能器3上面連接有氣囊11，上面設(shè)有堵頭螺絲32，前面設(shè)有透明視窗31。
平板流動(dòng)腔2 (圖5)營(yíng)造一個(gè)寬36mm.厚0. 28mm或0. 56mm.的流場(chǎng)。植有內(nèi)皮細(xì)胞的載玻片(50mmX30mm)就處在該流場(chǎng)中。培養(yǎng)在載玻片上的細(xì)胞在受到流體流動(dòng)產(chǎn)生的切應(yīng)力、正應(yīng)力的作用的同時(shí)，可在顯微鏡下觀察。同時(shí)，考慮流動(dòng)邊界層因素，可在內(nèi)皮細(xì)胞載玻片兩邊各增加3mm寬度。平板流動(dòng)腔2由上下底板組成，中間有密封墊圈，依靠八個(gè)螺釘?shù)木鶆驂壕o力形成一個(gè)完整的平板流動(dòng)腔。脈動(dòng)泵模擬心泵，間隙性射血，形成脈動(dòng)流。通過(guò)伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)絲杠，由絲杠帶動(dòng)連接件驅(qū)動(dòng)柱塞泵活塞，實(shí)現(xiàn)往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)。通過(guò)伺服電機(jī)的控制實(shí)現(xiàn)對(duì)泵行程、頻率的控制。電氣部分主要由系統(tǒng)溫度控制器15，環(huán)境溫度控制器14，溫度傳感器8，壓力傳感器12，壓差傳感器13，流量傳感器觀，壓差儀表16，流量?jī)x表17，壓力儀表18，儲(chǔ)液罐溫度儀表19，儲(chǔ)液罐攪拌速度調(diào)節(jié)器21，排水泵27，排水泵開(kāi)關(guān)20，環(huán)境加熱開(kāi)關(guān)23，主泵開(kāi)關(guān) 22，總開(kāi)關(guān)26，電源插座25組成。環(huán)境溫度控制器14根據(jù)溫度信號(hào)，自動(dòng)控制加熱器的開(kāi)啟與停止，用以保證環(huán)境溫度能夠保持在操作者預(yù)設(shè)的溫度范圍內(nèi)。儲(chǔ)液罐溫度控制器用于控制儲(chǔ)液罐內(nèi)液體的溫度。溫度傳感器8放置在箱體1內(nèi)部及平板流動(dòng)腔2流入端，分別測(cè)量平板流動(dòng)腔2 環(huán)境溫度和細(xì)胞培養(yǎng)液溫度，具體數(shù)據(jù)的采集與變化在上位機(jī)中顯示。壓力傳感器12和壓差傳感器13放置在平板流動(dòng)腔2流入端和流出端，分別測(cè)量流入端壓力和計(jì)算流出端壓力。根據(jù)這兩個(gè)數(shù)值計(jì)算能夠得到平板流動(dòng)腔2內(nèi)細(xì)胞受到的切應(yīng)力，切應(yīng)力的采集與變化在上位機(jī)中顯示。流量傳感器觀放置在平板流動(dòng)腔2流出端和儲(chǔ)液罐回路之間，用于顯示當(dāng)前流過(guò)平板流動(dòng)腔2的瞬時(shí)流量和累計(jì)流量，根據(jù)瞬時(shí)流量值計(jì)算能夠得到平板流動(dòng)腔2內(nèi)細(xì)胞受到的正應(yīng)力，瞬時(shí)流量和正應(yīng)力采集與變化在上位機(jī)中顯示。數(shù)據(jù)儀表顯示當(dāng)前瞬時(shí)壓力值、溫度、流量和累計(jì)流量。排水泵27用于排出儲(chǔ)液罐4和循環(huán)管路中的培養(yǎng)液。上位機(jī)部分主要由波形顯示，各模擬量顯示及控制按鈕組成。上位機(jī)軟件分為三塊波形顯示以波形的方式實(shí)時(shí)顯示近端壓力和遠(yuǎn)端壓力 (mmHg),壓差(mmH20)，流量(mL/min)，及切應(yīng)力；物理量顯示將當(dāng)前出現(xiàn)的一個(gè)完整周期內(nèi)的最大值，最小值，平均值顯示，以及實(shí)時(shí)的溫度顯示；控制按鈕控制切應(yīng)力參數(shù)設(shè)置， 心泵的位移量，心率，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)路徑，開(kāi)始測(cè)量，暫停測(cè)量，停止測(cè)量，獲取圖像，歷史數(shù)據(jù)瀏覽，退出系統(tǒng)等。本發(fā)明使用過(guò)程
(1)清洗系統(tǒng)
1)酒精清洗循環(huán)管路；
2)壓差壓力傳感器清洗；
3)系統(tǒng)密封檢查；
(2)儲(chǔ)液罐4加液
(3)儲(chǔ)液罐4加入保護(hù)氣體
(4)箱體加熱(5)儲(chǔ)液罐4加熱
(6)打開(kāi)后負(fù)荷A和后負(fù)荷B閥門(注意此環(huán)節(jié)不可省略，否則易造成壓力傳感器和壓差傳感器損壞)
(7)按下脈動(dòng)泵啟動(dòng)按鈕
(8)數(shù)值調(diào)節(jié)
a)切應(yīng)力調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)后負(fù)載A及后負(fù)載B。(在總流量一定時(shí)，后負(fù)載A開(kāi)得越大，后負(fù)載B關(guān)得越小則切應(yīng)力越大)
b)壓力大小調(diào)節(jié)在維持切應(yīng)力不變的條件下，同時(shí)關(guān)小后負(fù)載A與后負(fù)載B，可提高系統(tǒng)壓力；同時(shí)開(kāi)大后負(fù)載A與后負(fù)載B，可降低系統(tǒng)壓力。 c)壓力差調(diào)節(jié)蓄能器3的氣液比。(氣液比越大，壓力差越小)
(9)排水
關(guān)閉環(huán)境加熱開(kāi)關(guān)23，打開(kāi)排水閥33，利用蓄能器氣囊11把管路內(nèi)水排入儲(chǔ)液罐4關(guān)閉后負(fù)荷B，給系統(tǒng)打氣。關(guān)閉機(jī)柜帶玻璃門。打開(kāi)機(jī)柜下方門，在機(jī)柜下方把排水管道放置于廢水器皿中，按下排水泵開(kāi)關(guān)20進(jìn)行排水。
權(quán)利要求
1.一種平板流動(dòng)腔細(xì)胞培養(yǎng)系統(tǒng)，由機(jī)械部分，電氣部分及上位機(jī)組成，其特征在于 所述機(jī)械部分包括箱體(1)，儲(chǔ)液罐(4)，脈動(dòng)泵模擬心泵，蓄能器(3)，平板流動(dòng)腔(2)，后負(fù)荷A，B (5，6)及排水系統(tǒng)，其中所述儲(chǔ)液罐(4)上設(shè)有一個(gè)連接脈動(dòng)泵模擬心泵的液體出口，一個(gè)排出液體出口，兩個(gè)回流口，儲(chǔ)液罐(4)下方有一個(gè)用于攪拌液體轉(zhuǎn)動(dòng)的磁力攪拌器(10)；所述蓄能器(3)連接脈動(dòng)泵模擬心泵，用于模擬主動(dòng)脈彈性腔功能，并將脈動(dòng)泵模擬心泵射出的間隙性脈動(dòng)流變成連續(xù)性脈動(dòng)流，同時(shí)調(diào)節(jié)液氣比例，實(shí)現(xiàn)對(duì)高低血壓差的調(diào)節(jié)；所述平板流動(dòng)腔(2)由上下底板組成，上下底板中間設(shè)有密封墊圈，并用八個(gè)螺釘均勻壓緊力形成一個(gè)完整的平板流動(dòng)腔體；所述脈動(dòng)泵模擬心泵包括伺服電機(jī)，驅(qū)動(dòng)絲杠，泵活塞，伺服電機(jī)連接驅(qū)動(dòng)絲杠，絲杠帶動(dòng)連接件驅(qū)動(dòng)泵活塞，實(shí)現(xiàn)往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，形成脈動(dòng)流；所述電氣部分包括系統(tǒng)溫度控制器(15)，環(huán)境溫度控制器(14)，溫度傳感器(8)，壓力傳感器(12)，壓差傳感器(13)，流量傳感器(28)，數(shù)據(jù)儀表及排水泵(27)；其中所述溫度傳感器(8)放置在箱體(1)內(nèi)部及平板流動(dòng)腔(2)流入端，分別測(cè)量平板流動(dòng)腔(2)環(huán)境溫度和細(xì)胞培養(yǎng)液溫度，并通過(guò)上位機(jī)顯示采集的數(shù)據(jù)；所述壓力傳感器(12)和壓差傳感器(13)放置在平板流動(dòng)腔(2)流入端和流出端，分別測(cè)量流入端壓力和計(jì)算流出端壓力，并通過(guò)上位機(jī)顯示采集的平板流動(dòng)腔(2)內(nèi)細(xì)胞受到的切應(yīng)力，切應(yīng)力的變化值；所述流量傳感器(28)放置在平板流動(dòng)腔(2)流出端和儲(chǔ)液罐(4)回路之間，用于顯示當(dāng)前流過(guò)平板流動(dòng)腔(2)的瞬時(shí)流量和累計(jì)流量；所述排水泵(27)連接儲(chǔ)液罐(4)，用于排出儲(chǔ)液罐(4)和循環(huán)管路中的培養(yǎng)液； 所述上位機(jī)部分由波形顯示，各模擬量顯示及控制按鈕組成；波形顯示以波形的方式實(shí)時(shí)顯示近端壓力和遠(yuǎn)端壓力，壓差，流量，及切應(yīng)力；各模擬量顯示當(dāng)前出現(xiàn)的一個(gè)完整周期內(nèi)的最大值，最小值，平均值，以及實(shí)時(shí)的溫度；控制按鈕用于控制切應(yīng)力參數(shù)設(shè)置， 心泵的位移量，心率，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)路徑，開(kāi)始測(cè)量，暫停測(cè)量，停止測(cè)量，獲取圖像，歷史數(shù)據(jù)瀏覽，退出系統(tǒng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的平板流動(dòng)腔細(xì)胞培養(yǎng)系統(tǒng)，其特征在于所述儲(chǔ)液罐(4)上面設(shè)有加液漏斗(7 )，內(nèi)部設(shè)有加熱器(9 )和溫度傳感器(8 )。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的平板流動(dòng)腔細(xì)胞培養(yǎng)系統(tǒng)，其特征在于所述蓄能器(3)上面連接有氣囊(11)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的平板流動(dòng)腔細(xì)胞培養(yǎng)系統(tǒng)，其特征在于所述平板流動(dòng)腔(2) 內(nèi)設(shè)有一個(gè)寬36mm.厚0. ^mm或0. 56mm.的流場(chǎng)，流場(chǎng)內(nèi)植有內(nèi)皮細(xì)胞的50mmx30mm載玻片。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種平板流動(dòng)腔細(xì)胞培養(yǎng)系統(tǒng)，包括箱體，儲(chǔ)液罐，脈動(dòng)泵模擬心泵，蓄能器，平板流動(dòng)腔，后負(fù)荷及排水系統(tǒng)，系統(tǒng)溫度控制器，環(huán)境溫度控制器，溫度傳感器，壓力傳感器，壓差傳感器，流量傳感器，數(shù)據(jù)儀表及排水泵；蓄能器連接脈動(dòng)泵模擬心泵，用于模擬主動(dòng)脈彈性腔功能，并將脈動(dòng)泵模擬心泵射出的間隙性脈動(dòng)流變成連續(xù)性脈動(dòng)流，同時(shí)調(diào)節(jié)液氣比例，實(shí)現(xiàn)對(duì)高低血壓差的調(diào)節(jié)。平板流動(dòng)腔系統(tǒng)為細(xì)胞提供封閉的脈動(dòng)流循環(huán)環(huán)境，流動(dòng)腔處于溫度和CO2濃度相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)，在細(xì)胞培養(yǎng)過(guò)程中可以實(shí)現(xiàn)正應(yīng)力、切應(yīng)力的實(shí)時(shí)控制和采集，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中可隨時(shí)觀察細(xì)胞狀態(tài)。實(shí)驗(yàn)完畢后較易排出管路和儲(chǔ)液罐中的培養(yǎng)液，整個(gè)系統(tǒng)集成于一小車上，方便移動(dòng)與搬運(yùn)。
文檔編號(hào)C12M3/00GK102212473SQ20111008860
公開(kāi)日2011年10月12日 申請(qǐng)日期2011年4月11日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月11日
發(fā)明者丁皓, 吳芳芳, 尚昆, 沈力行, 繆偉偉, 虞倩倩, 趙靈犀 申請(qǐng)人:上海理工大學(xué)