专利名称：平板流动腔细胞培养系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种细胞在平板流动腔培养的实验装置，尤其是一种提供恒温的脉动流循环系统的装置。
背景技术：
细胞培养工程是一门在生化工程学科领域中迅速发展起来的新型工程学科，它具有生物技术、化学工程技术以及其它工程学科技术相结合的特色，因此这门学科在基础研究和运用科学研究方面越来越受到广泛的关注。研究表明，静态条件下联合培养的细胞形态及功能特性与在体条件下均有差异，这可能是没有血流切应力对内皮细胞直接作用的结果。所以目前普遍采用平板流动腔装置进行细胞培养。但是大多数平板流动腔装置采用外接蠕动泵提供培养液循环的动力，平板流动腔外部没有保温措施，仅依靠培养液加热维持细胞培养所需的温度环境。在培养过程中无法实时控制和采集相关参数。
发明内容
本发明是要提供一种平板流动腔细胞培养系统，为细胞提供封闭的脉动流循环培养环境，平板流动腔处于温度和C02浓度相对稳定的状态，在细胞培养过程中可以实现相关参数的实时控制和采集，可方便的随时观察细胞状态。为实现上述目的，本发明的技术方案是一种平板流动腔细胞培养系统，由机械部分，电气部分及上位机组成，其特点是机械部分包括箱体，储液罐，脉动泵模拟心泵，蓄能器，平板流动腔，后负荷及排水系统，其中
储液罐上设有一个连接脉动泵模拟心泵的液体出口，一个排出液体出口，两个回流口， 储液罐下方有一个用于搅拌液体转动的磁力搅拌系统；
蓄能器连接脉动泵模拟心泵，用于模拟主动脉弹性腔功能，并将脉动泵模拟心泵射出的间隙性脉动流变成连续性脉动流，同时调节液气比例，实现对高低血压差的调节。平板流动腔由上下底板组成，上下底板中间设有密封垫圈，并用八个螺钉均勻压紧力形成一个完整的平板流动腔体。脉动泵模拟心泵包括伺服电机，驱动丝杠，泵活塞，伺服电机连接驱动丝杠，丝杠带动连接件驱动泵活塞，实现往复直线运动，形成脉动流；
电气部分包括系统温度控制器，环境温度控制器，温度传感器，压力传感器，压差传感器，流量传感器，数据仪表及排水泵；其中
温度传感器放置在箱体内部及平板流动腔流入端，分别测量平板流动腔环境温度和细胞培养液温度，并通过上位机显示采集的数据；
压力传感器和压差传感器放置在平板流动腔流入端和流出端，分别测量流入端压力和计算流出端压力，并通过上位机显示采集的平板流动腔内细胞受到的切应力，切应力的变化值；流量传感器放置在平板流动腔流出端和储液罐回路之间，用于显示当前流过平板流动腔的瞬时流量和累计流量；
排水泵连接储液罐，用于排出储液罐和循环管路中的培养液。上位机部分由波形显示，各模拟量显示及控制按钮组成；波形显示以波形的方式实时显示近端压力和远端压力，压差，流量，及切应力；各模拟量显示当前出现的一个完整周期内的最大值，最小值，平均值，以及实时的温度；控制按钮用于控制切应力参数设置， 心泵的位移量，心率，数据存储路径，开始测量，暂停测量，停止测量，获取图像，历史数据浏览，退出系统。储液罐上面设有加液漏斗，内部设有加热器和温度传感器。蓄能器上面连接有气囊。平板流动腔内设有一个宽36mm.厚0. ^mm或0. 56mm.的流场，流场内植有内皮细胞的50mmX30mm载玻片。本发明的有益效果
平板流动腔系统为细胞提供封闭的脉动流循环环境，流动腔处于温度和C02浓度相对稳定的状态，在细胞培养过程中可以实现正应力、切应力的实时控制和采集，实验过程中可随时观察细胞状态。实验完毕后较易排出管路和储液罐中的培养液，整个系统集成于一小车上，方便移动与搬运。
图1是本发明的整体结构主视图； 图2是图1的俯视图3是储液罐结构示意图； 图4是蓄能器结构示意图； 图5是平板流动腔结构立体分解示意图。
具体实施例方式下面结合附图与实施例对本发明作进一步的说明。如图1、2所示，本发明的平板流动腔细胞培养系统，由机械部分，电气部分及上位机组成，
机械部分主要由箱体1，储液罐4，脉动泵模拟心泵，蓄能器3，平板流动腔2，后负荷A， B5，6及排水系统组成。储液罐4 (图3)是用做系统液体的储存，储液罐4通过漏斗加液，通过一个出口泵出液体，一个出口排出液体，两个回流口。为了使液体转动，储液罐4下方是一磁力搅拌器 10，电机带动磁铁，对储液罐4内的磁力转子进行驱动，从而带动液体。储液罐4上面设有加液漏斗7，内部设有加热器9和温度传感器8。储液罐4上面还设有一个C02排气口 35 和C02进气口 34，一个排气阀四，一个进气阀30，C02进气口 34接C02保护气体罐M。蓄能器3 (图4)模拟主动脉弹性腔功能，将心泵射出的间隙性脉动流变成连续性脉动流。同时调节液气比例，实现对高低血压差的调节。储能器3上面连接有气囊11，上面设有堵头螺丝32，前面设有透明视窗31。
平板流动腔2 (图5)营造一个宽36mm.厚0. 28mm或0. 56mm.的流场。植有内皮细胞的载玻片(50mmX30mm)就处在该流场中。培养在载玻片上的细胞在受到流体流动产生的切应力、正应力的作用的同时，可在显微镜下观察。同时，考虑流动边界层因素，可在内皮细胞载玻片两边各增加3mm宽度。平板流动腔2由上下底板组成，中间有密封垫圈，依靠八个螺钉的均勻压紧力形成一个完整的平板流动腔。脉动泵模拟心泵，间隙性射血，形成脉动流。通过伺服电机驱动丝杠，由丝杠带动连接件驱动柱塞泵活塞，实现往复直线运动。通过伺服电机的控制实现对泵行程、频率的控制。电气部分主要由系统温度控制器15，环境温度控制器14，温度传感器8，压力传感器12，压差传感器13，流量传感器观，压差仪表16，流量仪表17，压力仪表18，储液罐温度仪表19，储液罐搅拌速度调节器21，排水泵27，排水泵开关20，环境加热开关23，主泵开关 22，总开关26，电源插座25组成。环境温度控制器14根据温度信号，自动控制加热器的开启与停止，用以保证环境温度能够保持在操作者预设的温度范围内。储液罐温度控制器用于控制储液罐内液体的温度。温度传感器8放置在箱体1内部及平板流动腔2流入端，分别测量平板流动腔2 环境温度和细胞培养液温度，具体数据的采集与变化在上位机中显示。压力传感器12和压差传感器13放置在平板流动腔2流入端和流出端，分别测量流入端压力和计算流出端压力。根据这两个数值计算能够得到平板流动腔2内细胞受到的切应力，切应力的采集与变化在上位机中显示。流量传感器观放置在平板流动腔2流出端和储液罐回路之间，用于显示当前流过平板流动腔2的瞬时流量和累计流量，根据瞬时流量值计算能够得到平板流动腔2内细胞受到的正应力，瞬时流量和正应力采集与变化在上位机中显示。数据仪表显示当前瞬时压力值、温度、流量和累计流量。排水泵27用于排出储液罐4和循环管路中的培养液。上位机部分主要由波形显示，各模拟量显示及控制按钮组成。上位机软件分为三块波形显示以波形的方式实时显示近端压力和远端压力 (mmHg),压差(mmH20)，流量(mL/min)，及切应力；物理量显示将当前出现的一个完整周期内的最大值，最小值，平均值显示，以及实时的温度显示；控制按钮控制切应力参数设置， 心泵的位移量，心率，数据存储路径，开始测量，暂停测量，停止测量，获取图像，历史数据浏览，退出系统等。本发明使用过程
(1)清洗系统
1)酒精清洗循环管路；
2)压差压力传感器清洗；
3)系统密封检查；
(2)储液罐4加液
(3)储液罐4加入保护气体
(4)箱体加热(5)储液罐4加热
(6)打开后负荷A和后负荷B阀门(注意此环节不可省略，否则易造成压力传感器和压差传感器损坏)
(7)按下脉动泵启动按钮
(8)数值调节
a)切应力调节调节后负载A及后负载B。(在总流量一定时，后负载A开得越大，后负载B关得越小则切应力越大)
b)压力大小调节在维持切应力不变的条件下，同时关小后负载A与后负载B，可提高系统压力；同时开大后负载A与后负载B，可降低系统压力。 c)压力差调节蓄能器3的气液比。(气液比越大，压力差越小)
(9)排水
关闭环境加热开关23，打开排水阀33，利用蓄能器气囊11把管路内水排入储液罐4关闭后负荷B，给系统打气。关闭机柜带玻璃门。打开机柜下方门，在机柜下方把排水管道放置于废水器皿中，按下排水泵开关20进行排水。
权利要求
1.一种平板流动腔细胞培养系统，由机械部分，电气部分及上位机组成，其特征在于 所述机械部分包括箱体(1)，储液罐(4)，脉动泵模拟心泵，蓄能器(3)，平板流动腔(2)，后负荷A，B (5，6)及排水系统，其中所述储液罐(4)上设有一个连接脉动泵模拟心泵的液体出口，一个排出液体出口，两个回流口，储液罐(4)下方有一个用于搅拌液体转动的磁力搅拌器(10)；所述蓄能器(3)连接脉动泵模拟心泵，用于模拟主动脉弹性腔功能，并将脉动泵模拟心泵射出的间隙性脉动流变成连续性脉动流，同时调节液气比例，实现对高低血压差的调节；所述平板流动腔(2)由上下底板组成，上下底板中间设有密封垫圈，并用八个螺钉均勻压紧力形成一个完整的平板流动腔体；所述脉动泵模拟心泵包括伺服电机，驱动丝杠，泵活塞，伺服电机连接驱动丝杠，丝杠带动连接件驱动泵活塞，实现往复直线运动，形成脉动流；所述电气部分包括系统温度控制器(15)，环境温度控制器(14)，温度传感器(8)，压力传感器(12)，压差传感器(13)，流量传感器(28)，数据仪表及排水泵(27)；其中所述温度传感器(8)放置在箱体(1)内部及平板流动腔(2)流入端，分别测量平板流动腔(2)环境温度和细胞培养液温度，并通过上位机显示采集的数据；所述压力传感器(12)和压差传感器(13)放置在平板流动腔(2)流入端和流出端，分别测量流入端压力和计算流出端压力，并通过上位机显示采集的平板流动腔(2)内细胞受到的切应力，切应力的变化值；所述流量传感器(28)放置在平板流动腔(2)流出端和储液罐(4)回路之间，用于显示当前流过平板流动腔(2)的瞬时流量和累计流量；所述排水泵(27)连接储液罐(4)，用于排出储液罐(4)和循环管路中的培养液； 所述上位机部分由波形显示，各模拟量显示及控制按钮组成；波形显示以波形的方式实时显示近端压力和远端压力，压差，流量，及切应力；各模拟量显示当前出现的一个完整周期内的最大值，最小值，平均值，以及实时的温度；控制按钮用于控制切应力参数设置， 心泵的位移量，心率，数据存储路径，开始测量，暂停测量，停止测量，获取图像，历史数据浏览，退出系统。
2.根据权利要求1所述的平板流动腔细胞培养系统，其特征在于所述储液罐(4)上面设有加液漏斗(7 )，内部设有加热器(9 )和温度传感器(8 )。
3.根据权利要求1所述的平板流动腔细胞培养系统，其特征在于所述蓄能器(3)上面连接有气囊(11)。
4.根据权利要求1所述的平板流动腔细胞培养系统，其特征在于所述平板流动腔(2) 内设有一个宽36mm.厚0. ^mm或0. 56mm.的流场，流场内植有内皮细胞的50mmx30mm载玻片。
全文摘要
本发明涉及一种平板流动腔细胞培养系统，包括箱体，储液罐，脉动泵模拟心泵，蓄能器，平板流动腔，后负荷及排水系统，系统温度控制器，环境温度控制器，温度传感器，压力传感器，压差传感器，流量传感器，数据仪表及排水泵；蓄能器连接脉动泵模拟心泵，用于模拟主动脉弹性腔功能，并将脉动泵模拟心泵射出的间隙性脉动流变成连续性脉动流，同时调节液气比例，实现对高低血压差的调节。平板流动腔系统为细胞提供封闭的脉动流循环环境，流动腔处于温度和CO2浓度相对稳定的状态，在细胞培养过程中可以实现正应力、切应力的实时控制和采集，实验过程中可随时观察细胞状态。实验完毕后较易排出管路和储液罐中的培养液，整个系统集成于一小车上，方便移动与搬运。
文档编号C12M3/00GK102212473SQ20111008860
公开日2011年10月12日 申请日期2011年4月11日 优先权日2011年4月11日
发明者丁皓, 吴芳芳, 尚昆, 沈力行, 缪伟伟, 虞倩倩, 赵灵犀 申请人:上海理工大学