专利名称：体外细胞培养平行圆板流动腔的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种体外细胞培养流动腔。特别是涉及一种一区间连续剪应力作用下的体外细胞培养平行圆板流动腔平行平板流动腔装置，例如见
图1所示，其型式繁多，但其核心部分是上下平行平板组成的″平行平板流动腔″，见图2所示。为实现在平行平板流动腔中对粘贴在平板上的培养细胞作用剪应力，另有一套辅助设施相配套。整个流动腔装置在37℃恒温室内；培养液由恒流泵输入；具有5％CO2的大气由气体入路系统输入。各种各样的平行平板流动腔装置的辅助设施是大同小异的。
利用平行平板流动腔装置进行细胞培养时，培养的细胞粘贴在平板壁面上，培养细胞需要营养新陈代谢，所以在流动腔内流动的不是一般液体而是细胞培养液((如含15％FCS、150μg/ml坑坏血酸、100μg/ml青霉素的DMEM等，培养条件为37℃、5％CO2、95％空气、饱和湿度)。营养液流量通常由泵根据模拟细胞受正常生理剪应力大小(例如血管内皮受正常生理范围剪应力的大小5-36dyne/cm2)；或根据病理情况和其他实验要求，由流体在平行平板流动腔中剪应力计算公式τ＝(6μQ)/(bh2)，计算来确定。其中流量Q计算时单位为cm3/sec，实验时常用cm3/min，μ为培养液粘度，通常和水的粘度相近(0.01泊＝1厘泊＝1g/cm.sec)。b(cm)为流动腔宽度，h(cm)为流动腔高度。
人们利用这种平行平板流动腔装置经多方面的研究，取得了丰硕的成果。有人说在此新研究领域中每年发表上千篇文献。但是在平行平板流动腔中进行一次流动实验，只能得到培养在平行平板上的细胞一个剪应力作用下的结果。要得到不同的流动剪应力对细胞的作用必须进行多次不同的实验。而且不同的流动实验往往不能保证几何参数和物理参数的精度，从而使实验产生较大的误差。
人们也可以利用如锥板粘度计这样的装置在锥板上培养细胞，原则上也可以达到一次实验得到多个剪应力作用的结果，但由于锥板间的营养液不能交换，不能保证培养细胞进行较长时间的新陈代谢，所以实验是不能长时间进行的。
本实用新型的目的是这样实现的本实用新型提供的体外细胞培养平行圆板流动腔包括上下两块同轴圆板，该上下两块同轴圆板组成一个间距可调的平行间隙腔体，其中两块同轴圆板平行间距至少为0.01-0.5cm；不动的下同轴圆板直径大于上同轴圆板直径，下圆板中心有培养液进口和周边上有一凸起的沿，该沿上开有培养液出口，下同轴圆板固定在培养流动腔装置底部的培养液箱内，并且培养液进口与培养液箱连通；上同轴圆板中心固定在一垂直轴下端，垂直轴固定在培养流动腔装置上方，并与一带着上同轴圆板旋转的步进电机相连；该体外细胞培养平行圆板流动腔见图4所示。
本实用新型的平行圆板流动腔为互相平行的两块同轴平板，其间流动营养液，在下同轴圆板上粘贴培养细胞，当上同轴圆相对于另一圆板以转速ω转动时，若两同轴圆板的间距为h，则在半经为r的固定圆板上流体的速度梯度为D＝(ωr)/h，若其间流动的流体粘度为μ，那么转动圆板引起流体的流动作用在粘贴在固定圆板上的培养细胞的剪应力为τ＝(μωr)/h。
本实用新型优点在于利用平行平板流动腔装置的所有辅助设施，与本实用新型的平行圆板流动腔成为平行圆板流动腔装置。本实用新型的平行圆板流动腔内一定量的培养液，保证了培养细胞能较长时间进行新陈代谢，和在培养腔内使圆板壁面上的细胞受到从圆心沿半径方向到圆板边缘呈线性增加的一区间剪应力作用，从而只要进行一次实验，就可以得到体外培养细胞受到一区间连续剪应力作用下的结果，而实验时间又可以随心所欲。
由上下两块同轴圆板1、2组成一个间距可调的平行间隙腔体，上下两块同轴圆板1、2组成流动腔体的间隙为0.02cm，平行圆板流动腔的半径取为5cm；不动的下同轴圆板2中心有培养液进口3和周边上有一凸起的沿7，该沿7上开有培养液出口6，下同轴圆板2固定在流动腔装置底部的培养液箱8内，并且培养液进口3与培养液箱8连通；上同轴圆板中心固定在一垂直轴4下端，垂直轴4固定在培养流动腔装置上方，垂直轴4可以是匀速转动，非匀速转动，甚至振荡转动。整个平行圆板流动腔和其他流动腔辅助设施都安装在恒温室内，所培养的细胞9粘贴在下同轴圆板2上，组成平行圆板流动腔装置如图3所示；平行圆板流动腔如图4所示。
营养液从下同轴圆板2中心的培养液进口3流入平行圆板流动腔内，营养液粘度通常为1厘泊＝0.01泊(1g/(cm.sec)数量级，这样平行圆板流动腔内细胞受的剪应力τ＝(μωr)/h就由转速ω来定了；这样平行圆板流动腔内细胞受的剪应力τ＝(μωr)/h就由转速ω来定了。
当ω＝1转/see(60转/min)，h＝0.02cm，则剪应力τ＝0-2.5dyne。
当ω＝10转/sec(60转/min)，h＝0.02cm，则剪应力τ＝0-25dyne。
当ω＝1转/sec(60转/min)，h＝0.05cm，则剪应力τ＝0-1dyne。
当ω＝1转/sec(60转/min)，h＝0.05cm，则剪应力τ＝0-10dyne。
从圆板的圆心到圆板边缘的剪应力是线性增加变化的。
这样作用在圆板流动腔壁面上的细胞总的剪应力是径向流量剪应力、径问离心力剪应力和旋转圆板带动腔内流体作用在璧面细胞上的转动切向剪应力矢量之和(当然，离心力剪应力也是旋转圆板带动腔内流体引起的作用，这里这样称呼只是为了区别)。圆板由于转动慢，离心力就小。同时供给营养液流量少，只需供给细胞维持新陈代谢即可，流量剪应力也小(不象平行平板流动腔和非平行平板流动腔中，对细胞的剪应力作用是由流体流量来控制的，因此流量较大)。如果离心剪应力和流量剪应力与旋转切向剪应力有相同数量级，那么就必须考虑离心剪应力和流量剪应力了。
该装置适合于进行这样的实验研究；人体正常生理范围情况下内皮细胞承受的剪应力为5-36dyne/cm2，如果平行圆板流动腔半径取为5cm，营养液粘度为1厘泊＝0.01泊(1g/(cm.sec)。当圆板流动腔高度h＝0.02cm时，转速ω＝(τh)/(μr)＝(36×0.02)/(0.01×5)＝14.4转/sec。当圆板流动腔高度h＝0.05cm时，转速ω＝(τh)/(μr)＝(36×0.05)/(0.01×5)＝36转/sec。则平行圆板流动腔内从圆心到边缘的细胞受的剪应力为0-36dyne/cm2，实施例2由上下两块同轴圆板1、2组成一个间距可调的平行间隙腔体，上下两块同轴圆板1、2组成流动腔体的间隙为0.05cm，平行圆板流动腔的半径取为5cm，不动的下同轴圆板直径大于上同轴圆板直径；不动的下同轴圆板2中心有培养液进口3和周边上有一凸起的沿7，该沿7上开有培养液出口6，下同轴圆板2固定在流动腔装置底部的培养液箱8内，并且培养液进口3与培养液箱8连通；上同轴圆板中心固定在一垂直轴4下端，垂直轴4固定在培养流动腔装置上方，垂直轴4由相连的步进电机5带着上圆板旋转，步进电机5可以是匀速转动，非匀速转动，甚至振荡转动的。整个平行圆板流动腔和其他流动腔辅助设施都安装在恒温室内，组成平行圆板流动腔装置如图3所示；平行圆板流动腔如图4所示。
权利要求1.一种体外细胞培养平行圆板流动腔，包括上下两块间距可调的板，其特征在于所述的上下两块板是同轴圆板，两块同轴圆板之间平行，不动的下同轴圆板直径大于上同轴圆板直径，下同轴圆板中心有培养液进口和周边上有一凸起的沿，该沿上开有培养液出口，该下同轴圆板固定在培养流动腔装置底部的培养液箱内，并且培养液进口与培养液箱连通；上同轴圆板中心固定在一垂直轴下端，垂直轴固定在培养流动腔装置上方，垂直轴与一带着上同轴圆板旋转的步进电机相连。
2.根据权利要求1所述的体外细胞培养平行圆板流动腔，其特征在于所述的上下两块同轴圆板平行间距至少为0.01-0.5cm。
专利摘要本实用新型涉及体外细胞培养平行圆板流动腔。该流动腔包括上下两块间距可调的同轴圆板,两块同轴圆板之间平行,不动的下同轴圆板直径大于上同轴圆板直径,下同轴圆板中心有培养液进口和周边上有一凸起的沿,该沿上开有培养液出口,上同轴圆板中心固定在一垂直轴下端,垂直轴固定在培养流动腔装置上方,它与一带着上同轴圆板旋转的步进电机相连;下同轴圆板固定在培养流动腔装置下方。本实用新型的平行圆板流动腔保证了培养细胞能较长时间进行新陈代谢,和在培养腔内使圆板壁面上的细胞受到从圆心沿半径方向到圆板边缘呈线性增加的一区间剪应力作用,从而只要进行一次实验,就可以得到体外培养细胞受到一区间连续剪应力作用下的结果。
文档编号C12M3/00GK2486558SQ01231650
公开日2002年4月17日 申请日期2001年7月18日 优先权日2001年7月18日
发明者钱民全, 彭荣蕤, 赵笃凤, 钱大兴, 萧蓝 申请人:中国科学院力学研究所