专利名称：体外细胞培养装置中的非平行平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装置中的非平行平板流动腔，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装置中的非平行平板流动腔。
背景技术：
目前现有的技术中，主要利用一种叫做平行平板流动腔(Parallel platesflow chamber)的装置来研究流体流动剪应力对粘贴在平板上的培养细胞的作用，这种平行平板细胞培养流动腔已为世人所接受(常见于各种杂志如Biorheology，Journal of Biomechanics等和国内与生物力学有关的杂志)。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。
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)。b(cm)为流动腔宽度，h(cm)为流动腔高度。
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。实验时由调整流体流量和改变非平行平板流动腔的锥变来达到要求对实验细胞施加的剪应力数值。
发明内容
本实用新型的目的是为了提高工作效率，和保证不同的流动实验中几何参数和物理参数的精度；并且进行一次流动实验后可以得到一系列的剪应力作用的结果；从而提供一种在利用通常的用于平行平板流动腔装置的所有辅助设施的非平行平板流动腔，达到能使细胞培养在此平行平板流动腔中壁面上的承受一区间连续的剪应力作用的目的。
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装置中的非平行平板流动腔包括上下两块平板，该两块平板固定在体外细胞培养装置内，平板之间具有间距，两平板之间的端口为腔体入口和腔体出口，从两块平板腔体入口到腔体出口方向为倾斜的腔体。其中腔体入口高度可以大于或小于腔体出口高度，当腔体入口高度大于腔体出口高度时，两块平板形成收缩型非平行平板流动腔；当腔体入口高度小于腔体出口高度时，两块平板形成扩散非平行平板腔流动腔。腔体入口高度和腔体出口高度都是可调的，腔体入口流量是可调的。流动腔的长度取为4-6cm，两平板宽度方向要保持平行，腔体入口高度和腔体出口高度差Δh＝0.01-0.3cm，以保证腔体入口和腔体出口倾斜度比较小。tgα＝(Δh)/L＜0.01在小雷诺数下，可以用平行平板流动腔剪切公式。
所需培养的细胞放在下平板上，使在流动腔内的平板壁面上的培养细胞受的剪应力从流动腔体入口到腔体出口是变化的，剪应力的大小与流动腔的当地高度的平方分之一成比例，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。
本实用新型的优点在于由于该体外细胞培养装置中的非平行平板流动腔由上下两块平板之间具有间距，并且从腔体入口到腔体出口方向间距为倾斜的腔体，所培养的细胞放在下平板上，剪应力从流动腔体入口到腔体出口是变化的，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，大大地节约时间，提高了工作效率。
图1是平行平板流动腔装置示意图图2是平行平板流动腔结构示意图图3是本实用新型的扩散型非平行平板流动腔装置示意图图4是本实用新型的扩散型非平行平板流动腔结构示意图图5是本实用新型的收缩型非平行平板流动腔装置示意图图6是本实用新型的收缩型非平行平板流动腔结构示意图具体实施方式
实施例1.
以血管内皮细胞在正常生理范围承受的剪应力5--36dynes/cm2为例进行说明。
按图6制作一本实用新型的收缩型非平行平板流动腔，由所设计腔体入口3处的剪应力τ＝5dyne/cm2，腔体入口高度h＝0.05cm，计算得流量Q＝0.625cm3/sec(37.5cm3/min)。在腔体入口3处的平均速度V＝Q/(bh)＝4.17cm/sec。。用上、下两块平板1、2分别固定在非平行平板流动腔装置内，非平行平板流动腔的长度为4cm，两块平板1、2之间的端口为腔体入口3腔体出口4，腔体入口3的高度为h＝0.05cm，从腔体入口3到腔体出口4处高度为0.019cm。
实施例2.
按图4制作一本实用新型的扩散型非平行平板流动腔。用上、下两块平板1、2分别固定在非平行平板流动腔装置内，两块平板1、2之间的端口为腔体入口3腔体出口4，腔体入口3的高度为h＝0.02cm，从腔体入口到腔体出口4处高度为0.05cm；流动腔的长度1取为5cm。上下平板安装时，宽度方向要保持平行，流动腔的宽度为3cm，计算证明宽度方向的平行度稍有误差，并不影响流动的速度梯度，因而也就不影响流动剪应力的大小。
对于扩散流动腔由腔体入口处的剪应力τ＝36dynes/cm2，让腔体入口高度h＝0.02cm，计算得流量Q＝0.72cm3/sec(43.2cm3/min)。在腔体入口处的平均速度V＝Q/(bh)＝12cm/sec。如果以这里的平均速度计算雷诺数Re＝(ρVh)/μ＝24，其中营养液的密度ρ为1(g/cm3)数量级。如果让腔体出口高度取为0.05cm，那么在腔体出口处的剪应力τ＝5.76dynes/cm2。在其他条件相同的情况下，还可以做一另外的实施例腔体出口处高度改为h＝0.54cm，则在扩散流动腔内壁面剪应力由36dyne/cm2逐渐连续变为5dyne/cm2就可以在一次实验中完成。同样也可以把这种扩散流动腔体入口高度和腔体出口高度交换一下变为收缩流动腔。
从这里看到收缩流动腔和扩散流动腔中的雷诺数为21和24(这里说明一下，雷诺数计算时不管用腔体入口高度和腔体入口速度、或腔体出口高度和腔体出口速度、或从腔体入口到腔体出口沿程任一点的高度和该点的速度都是相同的)；在一般的实验中，流动腔的长度l取为4-6cm，本实施例取l＝5cm，若入腔体口高度和腔体出口高度差Δh，那么收缩流动腔和扩散流动腔的收缩角或扩散角α是非常小的因为tgα＝(Δh)/l＝(0.05-0.02)/5＝0.006。这样收缩流动腔和扩散流动腔非常近乎平行平板流动腔就十分自然了。
制作非平行平板流动腔时，固定腔体入口和腔体出口高度，例如取固定腔体入口高度0.02和固定腔体出口高度0.05cm。这样流动腔比较容易安装。调整不同的流量来过到控制剪应力区间对流动腔内培养细胞的作用。
权利要求1.一种体外细胞培养装置中的非平行平板流动腔，包括上下两块平板，该两块平板固定在体外细胞培养装置内，平板之间具有间距，其特征在于两平板之间的端口为腔体入口和腔体出口，从一两端口到另一端口方向为倾斜的腔体。
2.根据权利要求1所述的体外细胞培养装置中的非平行平板流动腔，其特征在于所述的倾斜的腔体是从两块平板腔体入口到腔体出口方向为倾斜的腔体，该腔体入口高度大于腔体出口高度。
3.根据权利要求1所述的体外细胞培养装置中的非平行平板流动腔，其特征在于所述的倾斜的腔体是从两块平板腔体出口到腔体入口方向为倾斜的腔体，该腔体入口高度小于腔体出口高度。
4.根据权利要求1、2或3所述的体外细胞培养装置中的非平行平板流动腔，其特征在于较佳的流动腔的长度为4-6cm，两平板宽度为3cm，两平板宽度方向保持平行。
5.根据权利要求1、2或3所述的体外细胞培养装置中的非平行平板流动腔，其特征在于腔体入口高度和腔体出口高度差Δh＝0.01-0.3cm。
专利摘要本实用新型涉及一种体外细胞培养装置中的非平行平板流动腔。该非平行平板流动腔包括上下两块平板,该两块平板固定在体外细胞培养装置内,平板之间具有间距,两平板之间的端口为腔体入口和腔体出口,从两块平板腔体入口到腔体出口方向为倾斜的腔体。由于该体外细胞培养装置中的非平行平板流动腔由上下两块平板之间具有间距,并且从腔体入口到腔体出口方向间距为倾斜的腔体,所培养的细胞放在下平板上,剪应力从流动腔体入口到腔体出口是变化的,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,大大地节约时间,提高了工作效率。
文档编号C12M3/00GK2486559SQ012316
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