三維細胞培養(yǎng)支架力學刺激加載裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于生物力學領(lǐng)域，涉及一種對三維細胞培養(yǎng)支架施加循環(huán)往復拉伸壓縮力學刺激的裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]生物體內(nèi)的細胞處在一個充滿各種力學刺激的環(huán)境中，運動時骨骼運動對細胞產(chǎn)生拉伸、收縮、扭轉(zhuǎn)等作用，吃飯時消化道的蠕動，體液流動造成的剪切力作用等，生活中即使是一個簡單的動手指動作都會給體內(nèi)細胞帶來力學刺激。眾所周知，運動有益身體健康，在體內(nèi)，正常的生物力學刺激也是骨組織平衡、胚胎發(fā)育等正常生理過程所必需的，有研究發(fā)現(xiàn)，不同的力學刺激會對細胞的生長、增殖、分化等生命活動產(chǎn)生很大的影響，異常的生物力學刺激也會產(chǎn)生如骨質(zhì)疏松等疾病。
[0003]拉伸和壓縮是體內(nèi)最常見的力學刺激，多年來眾多研究者加入到細胞體內(nèi)力學刺激的體外模擬研究中。目前關(guān)于拉伸和壓縮力學刺激下細胞作用的研究主要包括兩個方面:一種是二維培養(yǎng)條件下的力學刺激，包括對彈性膜的兩點力學拉伸、四點力學拉伸以及氣壓式力學作用等，通過膜的彈性作用對培養(yǎng)在彈性膜上的細胞產(chǎn)生力學刺激作用，這種加載方式最大的缺點是彈性膜上各個部分的形變不均一;一種是三維培養(yǎng)條件下的力學刺激，包括固定形變下的力學刺激，即研究固定應(yīng)力或應(yīng)變條件對細胞培養(yǎng)的影響，這種研究屬于靜態(tài)力學刺激下的細胞培養(yǎng)研究。動態(tài)力學刺激下的細胞培養(yǎng)研究有利用壓電陶瓷片、絲杠、連桿機構(gòu)等實現(xiàn)的力學刺激，這些機構(gòu)的共同缺點在于穩(wěn)定性不夠。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種三維細胞培養(yǎng)支架力學刺激加載裝置，利用偏心輪將圓周運動轉(zhuǎn)換成水平運動對三維細胞培養(yǎng)支架及培養(yǎng)在支架上的細胞施加拉伸和壓縮力學刺激，該種方法具有原理和結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉、操作方便、工作穩(wěn)定的優(yōu)勢，配套培養(yǎng)皿和夾持裝置可減少對細胞的污染。
[0005]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:包括電機、偏心輪、滑塊、滑軌、夾板和培養(yǎng)皿。
[0006]所述的電機驅(qū)動偏心輪轉(zhuǎn)動，偏心輪推動滑塊沿滑軌遠離電機轉(zhuǎn)軸運動，滑塊在彈簧的作用下沿滑軌朝向電機轉(zhuǎn)軸運動;所述培養(yǎng)皿的兩側(cè)各開一個通孔，兩塊平行的夾板位于培養(yǎng)皿中，穿過培養(yǎng)皿的通孔，分別與滑軌和滑塊相連，實驗樣品夾在左右兩塊夾板之間，放置于培養(yǎng)皿中；所述的實驗樣品為接種了細胞的三維細胞培養(yǎng)支架。
[0007]所述的偏心輪是一個沿直徑方向挖有通孔槽的圓盤，通過調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)軸在通孔槽的位置控制滑塊運動的振幅。
[0008]本發(fā)明的有益效果是:
[0009]本發(fā)明提供了一種新的細胞力學刺激加載體系，即利用偏心輪將圓周運動轉(zhuǎn)換成水平運動，該種方法具有原理和結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉、操作方便、工作穩(wěn)定的優(yōu)勢。
[0010]本發(fā)明可為三維細胞培養(yǎng)支架及培養(yǎng)在支架上的細胞施加持續(xù)周期往復可調(diào)左右拉伸和壓縮力學刺激。
[0011]本發(fā)明設(shè)計了配套培養(yǎng)皿和夾持裝置，可從最大程度上減少對細胞的污染。
【附圖說明】
[0012]圖1是三維細胞培養(yǎng)支架力學刺激加載裝置俯視圖；
[0013]圖2是三維細胞培養(yǎng)支架力學刺激加載裝置主視圖；
[0014]圖3是配套培養(yǎng)皿整體透視圖；
[0015]圖4是配套培養(yǎng)皿與夾持裝置的配合圖；
[0016]圖中，1一電機固定座；2一電機;3—滑塊;4一軸承；5—偏心輪;6—滑軌固定座；7一彈簧;8—夾板固定板;9一夾板；10一培養(yǎng)皿；11一樣品；12一底座；13一滑軌；14一通孔槽;15—滾珠;16—皿蓋;17—夾持裝置出口槽;18—皿身。
【具體實施方式】
[0017]下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明，本發(fā)明包括但不僅限于下述實施例。
[0018]本發(fā)明提供一種對三維細胞培養(yǎng)支架施加力學刺激的加載裝置，由驅(qū)動系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)、夾持裝置和配套培養(yǎng)皿組成，驅(qū)動系統(tǒng)通過傳動系統(tǒng)將圓周運動轉(zhuǎn)換為夾持裝置的水平運動，進而對夾持的細胞培養(yǎng)三維支架及培養(yǎng)在支架上的細胞施加水平拉伸和壓縮力學刺激。
[0019]上述裝置選用電機作為驅(qū)動系統(tǒng)，所用電機可選用但不限于直流電機、步進電機、同步電機，通過調(diào)節(jié)電機的轉(zhuǎn)速可以調(diào)節(jié)運動的頻率。
[0020]上述傳動系統(tǒng)由偏心輪、彈簧、滑軌組成?；壒潭ǎ瑝K在滑軌中可左右運動。電機帶動偏心輪旋轉(zhuǎn)，偏心輪和彈簧分別推動和拉回滑塊，使滑塊左右運動。
[0021]上述偏心輪是一個沿直徑方向挖有通孔槽的圓盤，通過調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)軸在通孔槽的位置可以控制運動的振幅，當電機轉(zhuǎn)軸在圓盤圓心時，滑塊不做運動。
[0022]上述滑軌可選用但不限于圓形滑軌、矩形滑軌、圓柱形滑軌。
[0023]上述夾持裝置由左右兩塊夾板組成，左右兩塊夾板分別與滑軌和滑塊相連，滑塊左右運動時，左邊夾板固定，右邊夾板左右運動，實驗樣品夾在左右兩塊夾板之間。夾持裝置和樣品均放置于配套培養(yǎng)皿中。
[0024]上述樣品為接種了細胞的三維細胞培養(yǎng)支架。
[0025]上述培養(yǎng)皿和夾持裝置根據(jù)實驗操作需要，為避免污染特殊設(shè)計。培養(yǎng)皿兩個側(cè)面各開一條通孔槽，夾持裝置設(shè)計成Z字形，Z字形夾持裝置的一端可以從培養(yǎng)皿側(cè)面的通孔槽伸出來再與外部的傳動系統(tǒng)連接，從極大程度上減小了對細胞的污染。
[0026]上述夾持裝置和配套培養(yǎng)皿選用醫(yī)用不銹鋼材料或標準細胞培養(yǎng)皿玻璃和塑料材質(zhì)。
[0027]圖1是本發(fā)明的整體裝置俯視圖，由電機2帶動偏心輪5旋轉(zhuǎn)，當電機轉(zhuǎn)軸不在偏心輪5圓心時，偏心輪5推動滑塊3在滑軌13內(nèi)水平向右運動，偏心輪5轉(zhuǎn)回時，彈簧7拉動滑塊3隨偏心輪5向左運動，依此循環(huán)。樣品11夾在左右兩塊夾板9之間，左邊夾板9由夾板固定板8固定于滑軌13上，右邊夾板9由夾板固定板8固定于滑塊3上，所以，當偏心輪5和彈簧7帶動滑塊3左右運動時，樣品11左端固定不動，右端做左右水平運動。
[0028]上述滑塊3左端安裝軸承4，可以減小滑塊3與類似偏心輪5之間的磨損。
[0029]上述夾板9上設(shè)有多個樣品安裝槽，所述樣品包括高分子材料、金屬材料等三維細胞培養(yǎng)支架。
[0030]圖2是本發(fā)明的整體裝置主視圖，電機2固定于電機固定座1上，滑軌固定于滑軌固定座6中，電機固定座1和滑軌固定座6固定在裝置底座12上。彈簧7—端固定于左邊滑軌固定座6上，另一端固定于滑塊3上，滑塊3運動時，樣品11左端固定不動，右端隨滑塊3運動。
[0031]上述滑塊3與滑軌13之間安裝滾珠15，減小滑塊3與滑軌13之間的磨損。
[0032]圖3是本發(fā)明的配套培養(yǎng)皿三維圖，在細胞培養(yǎng)皿兩個側(cè)面各開一條夾持裝置出口槽17，夾持裝置設(shè)計成Z字形，Z字形夾持裝置的一端可以從培養(yǎng)皿側(cè)面的夾持裝置出口槽17伸出來再與外部的傳動系統(tǒng)連接，圖4展示了配套培養(yǎng)皿和夾持裝置的裝配。
[0033]上述培養(yǎng)皿和夾持裝置可從夾板固定板8上拆卸，拆卸處位于配套培養(yǎng)皿外，方便對細胞進行換液或觀察，同時也能減小污染。
[0034]在本發(fā)明裝置中進行細胞培養(yǎng)的具體操作方法如下:
[0035]第一步:裝置的清洗與消毒。用丙酮清洗裝置零部件及安裝所需的工具，后用一蒸水擦洗，再用95 %酒精擦洗，最后用紫外燈照射。
[0036]第二步:裝置的組裝與調(diào)試。在超凈臺內(nèi)按照附圖所示將裝置安裝完畢，根據(jù)實驗設(shè)計選好電機轉(zhuǎn)軸在通孔槽的位置。
[0037]第三步:實驗器材準備。準備吸管、培養(yǎng)皿、燒杯、離心管、槍頭等細胞培養(yǎng)用器材，并對不同的器材采取相應(yīng)的滅菌方式進行滅菌消毒。
[0038]第四步:細胞培養(yǎng)液配置。針對選用的細胞以及培養(yǎng)目的選擇相應(yīng)的細胞培養(yǎng)液配方配置細胞培養(yǎng)液，并進行滅菌消毒，或選用商業(yè)細胞培養(yǎng)液。
[0039]第五步:細胞接種。在三維細胞培養(yǎng)支架上接種適度密度的細胞。
[0040]第六步:細胞培養(yǎng)。將接種有細胞的三維細胞培養(yǎng)支架固定到夾板上，在配套培養(yǎng)皿中加入適量細胞培養(yǎng)液，然后將三維細胞培養(yǎng)支架力學刺激加載裝置放入二氧化碳細胞培養(yǎng)箱中，選取合適的電機轉(zhuǎn)速。
[0041 ]第七步:細胞觀察。定期給細胞換液并觀察細胞生長狀況等。
[0042]上述操作方法是本裝置的通用操作方法，針對不同細胞的培養(yǎng)要求也可做相應(yīng)的改變。同時可通過調(diào)節(jié)電機的轉(zhuǎn)速和電機轉(zhuǎn)軸在通孔槽的位置對細胞施加不同頻率和振幅的力學刺激。
【主權(quán)項】
1.一種三維細胞培養(yǎng)支架力學刺激加載裝置，包括電機、偏心輪、滑塊、滑軌、夾板和培養(yǎng)皿，其特征在于:所述的電機驅(qū)動偏心輪轉(zhuǎn)動，偏心輪推動滑塊沿滑軌遠離電機轉(zhuǎn)軸運動，滑塊在彈簧的作用下沿滑軌朝向電機轉(zhuǎn)軸運動;所述培養(yǎng)皿的兩側(cè)各開一個通孔，兩塊平行的夾板位于培養(yǎng)皿中，穿過培養(yǎng)皿的通孔，分別與滑軌和滑塊相連，實驗樣品夾在左右兩塊夾板之間，放置于培養(yǎng)皿中；所述的實驗樣品為接種了細胞的三維細胞培養(yǎng)支架。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三維細胞培養(yǎng)支架力學刺激加載裝置，其特征在于:所述的偏心輪是一個沿直徑方向挖有通孔槽的圓盤，通過調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)軸在通孔槽的位置控制滑塊運動的振幅。
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種三維細胞培養(yǎng)支架力學刺激加載裝置，包括電機、偏心輪、滑塊、滑軌、夾板和培養(yǎng)皿，所述的電機驅(qū)動偏心輪轉(zhuǎn)動，偏心輪推動滑塊沿滑軌遠離電機轉(zhuǎn)軸運動，滑塊在彈簧的作用下沿滑軌朝向電機轉(zhuǎn)軸運動；所述培養(yǎng)皿的兩側(cè)各開一個通孔，兩塊平行的夾板位于培養(yǎng)皿中，穿過培養(yǎng)皿的通孔，分別與滑軌和滑塊相連，實驗樣品夾在左右兩塊夾板之間，放置于培養(yǎng)皿中；所述的實驗樣品為接種了細胞的三維細胞培養(yǎng)支架。本發(fā)明具有原理和結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉、操作方便、工作穩(wěn)定的優(yōu)勢，配套培養(yǎng)皿和夾持裝置可減少對細胞的污染。
【IPC分類】C12M1/34
【公開號】CN105482996
【申請?zhí)枴緾N201610004245
【發(fā)明人】尹大川, 劉雅麗, 何進, 李大為, 劉永明, 陳達, 閆二開, 周仁斌, 何鳳利
【申請人】西北工業(yè)大學
【公開日】2016年4月13日
【申請日】2016年1月6日