生物力学测试用的载具的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种载具，特别是涉及一种生物力学测试用的载具。该生物力学测试用的载具，包含一培养单元，及一与该培养单元结合且硬度大于该培养单元的定位单元。该培养单元包括一底膜，及一围绕壁，该定位单元包括至少一个结合于围绕壁上的限位件。借此使该载具受到较为平均的拉力，且该定位单元的硬度较大，亦可承受较大拉力，不易变形，兼顾该载具的硬度及弹性。
【专利说明】生物力学测试用的载具
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种载具，特别是涉及一种生物力学测试用的载具。
【背景技术】
[0002]从胚胎发育到婴儿诞生，从干细胞分化到组织再生，生物体原本就处于一个动态的环境，而细胞也不断地接受到“力”的刺激，包含了步行、跑步、血管脉动、肺部呼吸、肌肉皮肤延展、关节骨胳压缩、胃肠蠕动及泌尿系统过滤等，细胞无时无刻不处于动态的环境，这些环境下许多组织的细胞，例如心脏、肺脏、肌肉、软骨、韧带、肌腱、平滑肌、内皮或其他组织等的细胞都是能受控制或因应外界压力而产生变形拉伸。这些力的刺激不只改变细胞骨架形状及型态，并且对细胞增生、分化、凋亡、迁移、细胞外基质的重塑及基因表现等都会产生很大的影响。
[0003]为了给予细胞动态物理刺激，参阅图1，为US4，789，601号专利案所公开的技术，是将一培养皿I的每一培养区(well) 11的底部置换成一弹性膜12，并将细胞(图未示)培养于所述弹性膜上12，当要给予细胞动态物理刺激时，是如图2所示地将一橡胶垫圈13叠置于一进气板14上，该进气板14上凹陷形成有许多流道141 (因视角的关系只绘出一个)，而该橡胶垫圈13上则形成有许多连通所述流道141的贯穿孔131。将该培养皿I叠置于该橡胶垫圈13上，利用一外接的抽气设备(图未示)由所述流道141进行抽气，而使得所述弹性膜12向下凹陷，当停止抽气时，所述弹性膜12又会回复到图1所示的位置。透过改变抽气的压力及频率使所述弹性膜12产生形变，借以对培养于所述弹性膜12上的细胞提供动态刺激。
[0004]虽然上述装置与操作方式可以对体外培养的细胞提供动态刺激，但抽气时是使得所述弹性膜12中央部位向下弯曲，长期使用下所述弹性膜12可能会因为弹性疲乏，在未抽气的状况下仍形成如图2所示之向下弯曲的弓状，而影响细胞形态的观察与后续实验。再者，抽气设备会有庞大的噪音，造成使用的不便性，且气体具有可压缩性质，可能会造成抽气时所述弹性膜12变型量的误差。
[0005]为了改善上述问题，参阅图3，为EP1，734，110号专利案所公开的技术，是直接制作出一具有弹性、可形变的培养皿2，该培养皿2包括一底膜21，及一由该底膜21周缘向上延伸的围绕壁22，该底膜21及该围绕壁22共同界定出一用以培养细胞的容置空间23，该围绕壁22于该底膜21的两侧都贯穿形成有两个定位孔221。
[0006]参阅图4,该培养皿2是搭配一拉伸机具3使用，该拉伸机具3包括一基座31、一设置于该基座31上的固定盘32，及一设置于该基座31上且能相对于该固定盘32移动的移动盘33。该固定盘32及移动盘33各自突伸有两支定位销321、331 (因视角的关系都只显示一支)。使用时，是使该培养皿2的围绕壁22上的定位孔221套合于所述定位销321、331上而将该培养皿2定位，再透过一控制装置34控制一步进马达35以调控该移动盘33移动，借由该移动盘33上的定位销331拉伸该围绕壁22的一侧，而带动该底膜21产生形变，借以对培养于该底膜21上的细胞200提供动态刺激。[0007]虽然上述设计可以改善该底膜21在长期使用下形成弓状的问题，但由于该移动盘33是透过所述定位销331来拉伸该围绕壁22的一侧，因此该围绕壁22受到所述定位销331的拉力必定是由邻近所述定位销331的区域向外递减，而可能产生拉力不平均的现象，且底膜21会因为拉力不平均而没有均匀变形。另外，该围绕壁22因为有弹性、可形变的特性，在长期使用下也易造成所述定位孔221变形，更加剧拉力不平均的情形。
[0008]另外，由于该培养皿2的围绕壁22及底膜21的硬度一致，因此若是要配合该底膜21容易产生形变的硬度，则该围绕壁22可能产生硬度不足而无法承受太大拉力的情形；若是提高该培养皿2整体的硬度，又易使得该底膜21的硬度太大，而有不易产生形变的问题。
【发明内容】
[0009]本发明的目的在于提供一种可以让拉力更为平均，并且兼具硬度及弹性的生物力学测试用的载具。
[0010]本发明生物力学测试用的载具，包含一培养单元，及一结合于该培养单元上且硬度大于该培养单元的定位单元。
[0011]本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。
[0012]较佳地，前述生物力学测试用的载具，其中该底膜呈矩形，该围绕壁具有两个位于该底膜的两相反侧的第一壁部，及两个位于该底膜的两相反侧且连接所述第一壁部的第二壁部。
[0013]较佳地，前述生物力学测试用的载具，其中该定位单元包括两个分别结合于该围绕壁的第二壁部上的限位件，每一个限位件包括一个本体、一个凹陷形成于该本体上侧的上夹持槽，及一个凹陷形成于该本 体下侧且对应该上夹持槽的下夹持槽，该本体具有两个分别连接于该两个第一壁部的端面，该上、下夹持槽都是由该本体的其中一个端面往另一个端面的方向延伸并贯穿该两个端面。
[0014]较佳地，前述生物力学测试用的载具，其中每一个限位件的本体还具有一横向设置的中央段、两个由该中央段向上凸伸且互相间隔的上齿段，及两个由该中央段向下凸伸且对应所述上齿段的下齿段，该两个上齿段与该中央段共同围绕界定出该上夹持槽，该两个下齿段与该中央段共同围绕界定出该下夹持槽。
[0015]较佳地，前述生物力学测试用的载具，其中该上夹持槽的宽度是由该中央段的方向往该两个上齿段的方向渐增，该下夹持槽的宽度是由该中央段的方向往该两个下齿段的方向渐增。
[0016]较佳地，前述生物力学测试用的载具，其中每一个限位件的本体还具有一个由该中央段往该第二壁部的方向一体横向凸伸的第一接合区，该培养单元的围绕壁的每一个第二壁部都凹陷形成有一对应该第一接合区的第二接合区。
[0017]较佳地，前述生物力学测试用的载具，其中该培养单元还包括多个连接于该围绕壁的第二壁部之间且彼此间隔的连接壁，所述连接壁将该底膜区隔出多个培养区。
[0018]较佳地，前述生物力学测试用的载具，其中该培养单元与定位单元的材质都是选自于硅胶、聚二甲基硅氧烷、聚己内酯多元醇，或聚乳酸甘醇酸。
[0019]较佳地，前述生物力学测试用的载具，其中该培养单元的底膜具有可透光性。
[0020]较佳地，前述生物力学测试用的载具，其中该培养单元的硬度是介于10~59萧氏硬度，该定位单元的硬度是介于60~90萧氏硬度。
[0021]较佳地，前述生物力学测试用的载具，其中该培养单元的硬度是30萧氏硬度，该定位单元的硬度是70萧氏硬度。
[0022]本发明的有益效果在于:借由该定位单元的硬度是大于该培养单元的硬度，因此该定位单元可以承受较大的拉力，且不易变形，兼顾该载具的硬度及弹性。
【专利附图】
【附图说明】
[0023]图1是说明US4，789，601号专利案所公开的培养皿结构的一剖视图；
[0024]图2是说明图1的培养皿进行动态物理刺激的结构变化的一剖视图；
[0025]图3是说明EP1，734，110号专利案所公开的培养皿结构的一立体图；
[0026]图4是说明图3的培养皿的使用状态的一示意图；
[0027]图5是说明本发明生物力学测试用的载具的第一较佳实施例的一立体分解图；
[0028]图6是说明图5中该载具结合后的形态的一立体图；
[0029]图7是说明该载具与一拉伸设备的结合方式的一侧视图；
[0030]图8是说明该载具的一定位单元的细节结构的一局部侧视放大图；
[0031]图9是说明本发明生 物力学测试用的载具的第二较佳实施例的一立体分解图；及
[0032]图10是说明图9中该载具结合后的形态的一立体图。
【具体实施方式】
[0033]下面结合附图及实施例对本发明进行详细说明:
[0034]参阅图5，为本发明生物力学测试用的载具4的第一较佳实施例，包含一培养单元
5,及一结合于该培养单兀5上且硬度大于该培养单兀5的定位单兀6。其中，该培养单兀5是可被拉伸的且硬度是介于10~59萧氏硬度(shoreA)，该定位单元6是可被夹持的且硬度是介于60~90萧氏硬度，较佳地，该培养单元5的硬度是30萧氏硬度，该定位单元6的硬度是70萧氏硬度。
[0035]该培养单兀5包括一呈矩形的底膜51,及一由该底膜51周缘向上延伸的围绕壁52，该围绕壁52具有两个位于该底膜51的两相反侧的第一壁部521，及两个位于该底膜51的两相反侧且连接所述第一壁部521的第二壁部522。
[0036]该定位单元6包括两个分别结合于该围绕壁52的第二壁部522上的限位件61，每一限位件61包括一本体611、一凹陷形成于该本体611上侧的上夹持槽612,及一凹陷形成于该本体611下侧且对应该上夹持槽612的下夹持槽613，该本体611具有两个分别连接于该两个第一壁部521的端面614，该上、下夹持槽612、613都是由该本体611的其中一端面614往另一端面614的方向延伸并贯穿该两个端面614。
[0037]进一步地,每一限位件61的本体611还具有一横向设置的中央段615、两个由该中央段615向上凸伸且互相间隔的上齿段616、两个由该中央段615向下凸伸且对应所述上齿段616的下齿段617,及一个由该中央段615往该第二壁部522的方向一体横向凸伸的第一接合区618，该两个上齿段616与该中央段615共同围绕界定出该上夹持槽612，该两个下齿段617与该中央段615共同围绕界定出该下夹持槽613。该培养单元5的围绕壁52的每一第二壁部522都凹陷形成有一对应该第一接合区618的第二接合区523。要特别说明的是，在本实施例中，该第一接合区618为凸伸状，该第二接合区523为凹陷状，该第一、二接合区618、523的凹凸设计可以增加接触的表面积，使其结合更加紧密，进而能提高拉伸频率与次数，实际实施时，当然也可以使该第一、二接合区618、523的形状互相对调，或是置换成其他可以互相接合的形状，不以本实施例所公开的为限。
[0038]在本实施例中，该培养单元5及定位单元6的材质都是选自于硅胶，且该底膜51的厚度为0.2毫米(mm)，为较适合放于显微镜下观察的厚度，而硅胶材质与人体敷料类似，便于细胞培养。该培养单元5及定位单元6组装时，是使该第一、二接合区618、523互相对齐接合后，以热压合的方式结合形成如图6所示的形态，当然该培养单元5与定位单元6也可以是选自于聚二甲基硅氧烷(polydimethylsiloxane, PDMS)、聚己内酯多元醇(ε -caprolactone, PCL),或聚乳酸甘醇酸(poly (latide-co-glycolide acid), PLGA),或是其他适当的材质，不以此为限。
[0039]要特别说明的是，该培养单元5及定位单元6也可以是以射出成型的方式结合，另外，在本实施例中，该载具4的整体是以矩形为例说明，但在实际实施时，也可使得该载具4的整体为圆形或其他形状，进而改变该围绕壁52及所述限位件61的数量及形态，不以本实施例所公开的内容为限。
[0040]参阅图6、7，该载具4是搭配一拉伸设备7使用，在进行生物力学测试之前，会先将欲测试的细胞(图未示)培养在该底膜51上，要进行测试时，就将该拉伸设备7的夹具71夹持定位于该载具4的上、下夹持槽612、613内，并对该载具4进行各种形式的拉伸动作，而对该载具4产生拉伸力量，借以模拟生物体内的动态环境。当该载具4为矩形时，拉伸动作可以是固定一限位件61，而拉伸另一限位件61，使底膜51被横向拉伸，也可以是将两侧的限位件61固定，而由该底膜51下方以正压的方式使该底膜51向上顶推，或是由该底膜51下方以负压的方式使该底膜51向下凹陷；而若该载具4为圆形时，拉伸动作则是对该底膜51进行由下往上顶推或使其向下凹陷。
[0041]经过特定的拉伸力量、频率及时间后，即可观察培养在该底膜51上的细胞的各种变化。另外，由于该底膜51具有可透光性，因此可以直接置于显微镜下观察。要说明的是，所述上、下夹持槽612、613的形态只是本实施例的实施方式，于实际制造时，可以因应该拉伸设备7的夹具71的形态进行更改，不以此为限。
[0042]另外，如图8所示，每一限位件61的上夹持槽612的宽度是由该中央段615的方向往该两上齿段616的方向渐增，该下夹持槽613的宽度是由该中央段615的方向往该两个下齿段617的方向渐增，因此如图7所示，让所述夹具71与上、下夹持槽612、613可以快速地结合，提高该载具4与所述夹具71夹持时的便利性。由于该拉伸设备7的细节结构及传动方式并非本发明欲保护的范围，在此不予赘述，也不绘示其细节结构。
[0043]借由上述设计，本发明生物力学测试用的载具4于实际使用时具有以下所述的优
占-
/ \\\.[0044](I)拉力较为平均:
[0045]透过该定位单元6的每一上、下夹持槽612、613是贯穿相对应的两个端面614的形态，因此当该拉伸设备7对该载具4施力时，该载具4可受到较为平均的拉力，亦能使得测试结果更为准确。
[0046](2)兼顾整体的硬度及弹性:[0047]由于该定位单元6的硬度是大于该培养单元5的硬度，让该定位单元6可以承受较大的拉力，且该定位单元6在拉伸的过程中不易变形，而能确实将足够的力量传达至该底膜51，使该底膜51对应产生形变以使细胞确实受到刺激，为一兼具硬度及弹性的设计。
[0048](3)降低污染风险的单轴拉伸功能:
[0049]该载具4透过软硬结合的设计，在单轴伸拉的操作条件下除了能使该底膜51受力均匀之外，亦能应用在高频率的实验条件，同时提高该载具4的形变量。且该培养单元5并不会直接接触该拉伸设备7的夹具71，更可降低细胞实验的污染风险。
[0050]参阅图9、10，为本发明生物力学测试载具4的第二较佳实施例，与该第一实施例相同处不再赘述，不同处在于:该培养单元5还包含多个连接于围绕壁52的两个第二壁部522之间且彼此间隔的连接壁53，所述连接壁53将该底膜51区隔出多个培养区511。于本实施例中，是以两个连接壁53区隔出三个培养区511为例说明，但可视实际需求改变，不以此为限。
[0051]借由上述设计，除了可以达到与该第一较佳实施例相同的功效之外，使该培养单元5在相同的拉伸条件下，可以透过所述培养区511比较不同实验条件的数据，提高实验操作便利性。且其分隔方式与拉伸方向都为横向延伸，拉伸力量更为平均。
[0052]综上所述，本发明生物力学测试用的载具4，借由该定位单元6的上、下夹持槽612,613的形态，因此当该载具4配合该拉伸设备7使用时，该载具4可受到较为平均的拉力，且该定位单元6的硬度是大于该培养单元5的硬度，该定位单元6亦可以承受较大的拉力且不易变形，而能兼顾该载具4 整体的硬度及弹性。
【权利要求】
1.一种生物力学测试用的载具，其特征在于:所述载具包含: 一个培养单元，包括一个底膜，及一个由所述底膜周缘向上延伸的围绕壁；及 一个定位单元，其硬度是大于所述培养单元的硬度，所述定位单元包括至少一个结合于所述围绕壁的限位件。
2.如权利要求1所述生物力学测试用的载具，其特征在于:所述底膜呈矩形，所述围绕壁具有两个位于所述底膜的两相反侧的第一壁部，及两个位于所述底膜的两相反侧且连接所述第一壁部的第二壁部。
3.如权利要求2所述生物力学测试用的载具，其特征在于:所述定位单元包括两个分别结合于所述围绕壁的第二壁部上的限位件，每一个限位件包括一个本体、一个凹陷形成于所述本体上侧的上夹持槽，及一个凹陷形成于所述本体下侧且对应所述上夹持槽的下夹持槽，所述本体具有两个分别连接于所述两个第一壁部的端面，所述上、下夹持槽都是由所述本体的其中一个端面往另一个端面的方向延伸并贯穿所述两个端面。
4.如权利要求3所述生物力学测试用的载具，其特征在于:每一个限位件的本体还具有一横向设置的中央段、两个由所述中央段向上凸伸且互相间隔的上齿段，及两个由所述中央段向下凸伸且对应所述上齿段的下齿段，所述两个上齿段与所述中央段共同围绕界定出所述上夹持槽，所述两个下齿段与所述中央段共同围绕界定出所述下夹持槽。
5.如权利要求4所述生物力学测试用的载具，其特征在于:所述上夹持槽的宽度是由所述中央段的方向往所述两个上齿段的方向渐增，所述下夹持槽的宽度是由所述中央段的方向往所述两个下齿段的方向渐增。
6.如权利要求5所述生物力学测试用的载具，其特征在于:每一个限位件的本体还具有一个由所述中央段往所述第二壁部的`方向一体横向凸伸的第一接合区，所述培养单元的围绕壁的每一个第二壁部都凹陷形成有一对应所述第一接合区的第二接合区。
7.如权利要求6所述生物力学测试用的载具，其特征在于:所述培养单元还包括多个连接于所述围绕壁的第二壁部之间且彼此间隔的连接壁，所述连接壁将所述底膜区隔出多个培养区。
8.如权利要求1所述生物力学测试用的载具，其特征在于:所述培养单元与定位单元的材质都是选自于硅胶、聚二甲基硅氧烷、聚己内酯多元醇，或聚乳酸甘醇酸。
9.如权利要求1所述生物力学测试用的载具，其特征在于:所述培养单元的底膜具有可透光性。
10.如权利要求1所述生物力学测试用的载具，其特征在于:所述培养单元的硬度是介于10~59萧氏硬度,所述定位单元的硬度是介于60~90萧氏硬度。
11.如权利要求10所述生物力学测试用的载具，其特征在于:所述培养单元的硬度是30萧氏硬度，所述定位单元的硬度是70萧氏硬度。
【文档编号】C12M1/34GK103484361SQ201310227699
【公开日】2014年1月1日 申请日期:2013年6月7日 优先权日:2012年6月13日
【发明者】张胜南, 张胜致, 艾群, 陈政男 申请人:张胜南, 张胜致