動態(tài)非接觸式細(xì)胞力學(xué)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(xué)領(lǐng)域，涉及一種細(xì)胞力學(xué)刺激加載裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]生物體內(nèi)的細(xì)胞無時無刻不受到力學(xué)刺激的作用，打球時骨骼運動對細(xì)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。作為生命的基本單元，細(xì)胞僅靠一層薄而軟的細(xì)胞膜作為對外界的屏障，細(xì)胞內(nèi)的細(xì)胞骨架及細(xì)胞內(nèi)基質(zhì)為其提供一定的力學(xué)支撐作用，在不同的力學(xué)環(huán)境下，細(xì)胞的生長、增殖、分化等生命活動都受到重要影響。Altman GH等人研究發(fā)現(xiàn)，單獨對三維培養(yǎng)條件下的細(xì)胞施加張應(yīng)變可以誘導(dǎo)骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞向韌帶樣細(xì)胞分化;早期研究者還研究了流體對白細(xì)胞變形、剛度以及偽足生成和粘附的影響。
[0003]對細(xì)胞的力學(xué)刺激方式包括接觸式力學(xué)刺激和非接觸式力學(xué)刺激。接觸式力學(xué)刺激方式是指直接接觸細(xì)胞后對細(xì)胞產(chǎn)生力學(xué)刺激作用，如拉伸力、壓縮力、流體剪切力、摩擦力等。從細(xì)胞培養(yǎng)的方式來看主要包括兩個方面:一種是二維培養(yǎng)條件下的力學(xué)刺激，主要是利用彈性膜的彈性作用對培養(yǎng)在膜上面的細(xì)胞施加力學(xué)刺激作用；另一種是三維培養(yǎng)條件下的力學(xué)刺激，包括固定形變的力學(xué)刺激，即給細(xì)胞培養(yǎng)支架施加一定的力使其產(chǎn)生形變，在固定的應(yīng)變條件下培養(yǎng)細(xì)胞，此外還有利用絲杠、連桿、壓電陶瓷片等機(jī)構(gòu)對細(xì)胞培養(yǎng)支架施加往復(fù)拉伸壓縮力學(xué)刺激等。
[0004]非接觸式力學(xué)刺激是指在不接觸細(xì)胞的情況下對細(xì)胞施加力學(xué)刺激，包括電場力、磁場力等。磁場力下的細(xì)胞研究包括永磁場和電磁場下的靜磁場力研究，目前尚且缺乏動態(tài)磁場力下的細(xì)胞培養(yǎng)研究，然而生物體所處環(huán)境復(fù)雜多變，在動態(tài)磁場力下細(xì)胞的生長、分化、增殖等生理過程會發(fā)生一系列的變化，靜態(tài)下的研究已經(jīng)不能滿足科研的需要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種動態(tài)非接觸式細(xì)胞力學(xué)刺激加載裝置，能夠?qū)崿F(xiàn)多種動態(tài)非接觸式力學(xué)刺激加載方式，對細(xì)胞施加空間非接觸擠壓式、周期漸變式、多方位均勻式多種形式的力學(xué)刺激作用，并為其構(gòu)建了一個體外細(xì)胞培養(yǎng)環(huán)境。
[0006]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:包括培養(yǎng)腔、箱體、空氣壓縮機(jī)、CO2罐、氣體流量計、增濕皿、永磁體、旋轉(zhuǎn)盤和電機(jī)。
[0007]所述的培養(yǎng)腔是帶有可開啟腔蓋的密閉腔體，腔壁內(nèi)開有若干管道連通循環(huán)水浴;培養(yǎng)腔固定在箱體內(nèi)，箱體內(nèi)填充隔熱材料;空氣壓縮機(jī)和CO2罐的輸出有氣體流量計進(jìn)行配比控制后輸入培養(yǎng)腔內(nèi)；培養(yǎng)腔內(nèi)放置若干增濕皿，用濕度測量儀檢測培養(yǎng)腔內(nèi)的濕度;兩個相同的旋轉(zhuǎn)盤在電機(jī)驅(qū)動下圍繞同一垂直轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)，每個旋轉(zhuǎn)盤上均安裝有永磁體，兩個旋轉(zhuǎn)盤之間安裝有載物臺，載物臺上放置實驗對象，載物臺固定不旋轉(zhuǎn)。
[0008]所述空氣壓縮機(jī)輸出的空氣與0)2罐內(nèi)輸出的CO2分別經(jīng)由氣體流量計控制流速后混合，在混合氣體輸出端用0)2測量儀檢測輸出CO2的濃度，反饋調(diào)節(jié)氣體流量計流量，直至CO2濃度為所需濃度。
[0009 ]所述的永磁體包括但不限于釹鐵硼、釤鈷、鋁鎳鈷、天然磁石和銅鎳鐵磁體。
[0010]所述的兩個旋轉(zhuǎn)盤間距能夠調(diào)整。
[0011 ]所述的兩個旋轉(zhuǎn)盤上相對的永磁體的極性關(guān)系為N-N、N-S或S-S。
[0012]所述的永磁體形狀包括但不限于圓柱形和空心圓柱形;所述的圓柱形永磁體安裝于長方體旋轉(zhuǎn)盤的兩端;所述的空心圓柱形永磁體安裝在圓柱形旋轉(zhuǎn)盤內(nèi)，永磁體與旋轉(zhuǎn)盤同軸。
[0013]所述旋轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)軸為導(dǎo)磁材料，兩個旋轉(zhuǎn)盤相背一側(cè)均安裝有導(dǎo)磁板。
[0014]所述的培養(yǎng)腔內(nèi)還安裝了與永磁體相同形狀尺寸但未充磁的金屬，并用與永磁體相同的方式安裝于同樣的旋轉(zhuǎn)盤內(nèi)，作為原有實驗組的對照組;實驗組和對照組的轉(zhuǎn)軸在電機(jī)的驅(qū)動下采用同步帶實現(xiàn)同步轉(zhuǎn)動;所述的實驗組與對照組之間用隔磁板隔開。
[0015]本發(fā)明的有益效果是:
[0016]本發(fā)明采用永磁體，具有成本低、結(jié)構(gòu)簡單的優(yōu)勢，與電磁體相比，永磁體在充磁后能永久保持磁性，不需要耗能，且沒有額外熱量產(chǎn)生。
[0017]本發(fā)明提供了多種新的動態(tài)非接觸力學(xué)刺激環(huán)境，可為細(xì)胞施加空間非接觸擠壓式、周期漸變式、多方位均勻式多種形式的力學(xué)刺激作用。
[0018]本發(fā)明的實驗組和對照組在同一個腔體內(nèi)，除磁場環(huán)境外的其他外界條件相同。
[0019]本發(fā)明可用于研究動態(tài)非接觸力學(xué)刺激對多種細(xì)胞或生物的不同生理過程的影響。
【附圖說明】
[0020]圖1是動態(tài)非接觸式細(xì)胞力學(xué)刺激加載裝置整體圖；
[0021]圖2是箱體及其內(nèi)部構(gòu)造示意圖；
[0022]圖3是轉(zhuǎn)盤與傳動系統(tǒng)示意圖；
[0023]圖4是圓柱形磁體與旋轉(zhuǎn)盤的裝配圖；
[0024]圖5是空心圓柱形磁體與旋轉(zhuǎn)盤的裝配圖；
[0025]圖中，I一循環(huán)水浴;2—轉(zhuǎn)速控制器;3—箱體;4 一流量計；5—二氧化碳觸；6—空壓機(jī);7一通氣孔;8一腔蓋;9一培養(yǎng)腔；10一旋轉(zhuǎn)盤；11一隔磁板；12一轉(zhuǎn)軸；13一導(dǎo)磁板；14一載物臺；15一電機(jī);16—同步帶；17—永磁體;18—間距調(diào)節(jié)孔。
【具體實施方式】
[0026]下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進(jìn)一步說明，本發(fā)明包括但不僅限于下述實施例。
[0027]本發(fā)明提供一種動態(tài)非接觸式細(xì)胞力學(xué)刺激加載裝置，由動態(tài)非接觸式力學(xué)刺激體系和模擬細(xì)胞體內(nèi)生長環(huán)境組成。在一個密閉腔體內(nèi)用旋轉(zhuǎn)的永磁體為細(xì)胞構(gòu)造非接觸式細(xì)胞力學(xué)刺激加載環(huán)境，并模擬人體內(nèi)細(xì)胞生長環(huán)境，在密閉腔體內(nèi)構(gòu)造一個類似于細(xì)胞培養(yǎng)箱的細(xì)胞培養(yǎng)空間。密閉腔體內(nèi)溫度、濕度及氣體環(huán)境等可調(diào)。
[0028]上述密閉腔體外建造箱體，箱體內(nèi)填滿隔熱材料，如泡沫。腔壁內(nèi)挖有若干水槽，水槽與外部循環(huán)水浴接通以控制腔體內(nèi)的溫度，溫度在0°C至100°C可調(diào)，箱體內(nèi)的隔熱材料為腔體保溫。
[0029]上述培養(yǎng)腔內(nèi)CO2氣體環(huán)境由氣體流量計將壓縮空氣與CO2配比而成。由空壓機(jī)輸出的空氣與0)2罐內(nèi)輸出的CO2分別經(jīng)由氣體流量計控制流速后混合在一起，在混合氣體輸出端用CO2測量儀檢測輸出CO2的濃度，調(diào)節(jié)流量計流量至CO2濃度為所需濃度后由箱蓋與腔蓋上的通氣孔通入腔體內(nèi)，腔體內(nèi)CO2的濃度在O %至100 %之間可調(diào)。
[0030]上述培養(yǎng)腔內(nèi)的濕度由若干增濕小皿控制，用濕度測量儀檢測腔體內(nèi)濕度，腔體內(nèi)濕度最尚可達(dá)到99%。
[0031 ]上述永磁體可選用但不限于釹鐵硼、釤鈷、鋁鎳鈷、天然磁石、銅鎳鐵磁體。
[0032]上述磁體安裝于旋轉(zhuǎn)盤內(nèi)，兩旋轉(zhuǎn)盤由轉(zhuǎn)軸固定在一起，上下兩旋轉(zhuǎn)盤內(nèi)均安裝有磁體，兩轉(zhuǎn)盤之間安裝有載物臺，實驗對象放置于載物臺上，載物臺通過培養(yǎng)腔內(nèi)的固定架固定，不隨轉(zhuǎn)盤一起轉(zhuǎn)動。
[0033]上述兩旋轉(zhuǎn)盤間距可調(diào)，即磁體間間距可調(diào)，兩相對的磁體極性可以是以下三種:N-N、N-S和S-S ο磁體形狀包括圓柱形磁體和空心圓柱形磁體，并設(shè)計了相對應(yīng)的旋轉(zhuǎn)盤。
[0034]上述圓柱形磁體安裝于長方體旋轉(zhuǎn)盤的兩端，當(dāng)旋轉(zhuǎn)盤靜止時，可以給放置在載物臺上的細(xì)胞施加恒定的非接觸力，且當(dāng)磁體安裝方式為N-N時，放置于兩磁體正中位置的細(xì)胞受到的是兩個大小相同方向相反的擠壓力；當(dāng)旋轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)時，放置于載物臺上的細(xì)胞受到的是周期漸變式非接觸力。
[0035]上述空心圓柱形磁體的配套