一种双层可组装式细胞力学加载载体装置的制作方法

本发明涉及一种对细胞实施牵张应力加载的载体装置，特别涉及到需要对大量细胞施加力学刺激，以解决相关细胞生物力学研究中，载体有效力学加载面积较小，细胞收获数量较少，不能达到高通量检测要求的问题。

背景技术：

随着细胞生物学，生物力学及生物材料学的快速发展，通过模拟体内生物力学环境，使观察力学刺激对细胞增殖、分化及细胞生理功能的研究成为可能，力学微环境对细胞的影响也越来越受到重视，并且出现了多种力学加载方式，如四点弯曲加载，基底拉伸加载，液体或气体静压力加载，离心力以及流体剪切力等，同时也设计了多种力学加载仪。现有的牵张应力加载方式，主要是依赖拉伸细胞生长附着的弹性基底膜，使基底膜发生形变，从而把力传导给细胞，并通过控制基底膜变形的大小和频率，从而实现对细胞实施有效的力学刺激。专利CN1425905发明了一种四点弯曲力学加载仪器，通过步进电机的动力，推动螺杆上的两个偏心接触点，实现对上面培养板的向上形变，从而实现对细胞的力学加载。但是其培养板不同接触点间距不同，以及整个培养板的受力不均，都不能保证细胞受到相同的力学刺激。专利CN101092595A发明了一种通过一个可上下移动的机械顶板来改变培养有细胞的弹性基底膜，以实现对细胞的力学刺激。与四点弯曲原理一样，该设计亦存在不能保证力学加载的统一性和同质性。专利CN1932511A设计了一种单轴正弦拉伸力学加载装置，通过对弹性膜的轴向拉伸来实现对细胞的力学刺激，虽然可满足较大应变量的加载需要，但一次只能对一个细胞培养单元实施加载，影响了其适用范围和研究效率。

上述已有专利还均存在一下缺点和不足：一、加载的培养板或拉伸的基底膜面积较小，严重影响了目标细胞的收获数量，无法实现高通量检测，如实时定量PCR和基因芯片分析等。二、细胞加载单元不能独立，不利于装卸及细胞的实时显微镜下观察。三、基底膜或细胞载体装置等，安装到力学加载设备的过程亦较为复杂，同时还存在基底膜的灭菌、细胞接种均不方便。以上不足严重的限制了弹性基底膜在细胞生物力学研究领域的使用和推广。

技术实现要素：

本发明是针对现有牵张应力加载装置的以上不足之处,而提出的一种通用的细胞力学加载载体装置。本发明装置通过聚碳酸酯夹持卡具和螺钉，来拓宽细胞培养基底膜的面积，同时采用双层设计，大大的增加了受力细胞的培养面积。可以同时加载两层基底膜，一次可以对四层细胞培养面，实施力学加载（基底膜的正反面），解决高通量检测对细胞的高数量级要求。其中夹持卡具、螺钉及基底膜均为透明材料，无细胞毒性，生物相容性优良。透明基底膜可实现实时的显微镜下细胞常规染色及形态学观察。整个装置组装及接种细胞过程简捷，组装后作为整体适配到以轴向拉伸为设计原理的现有各种力学加载设备上，同时可以高压蒸汽、放射线或环氧乙烷灭菌，方便且高效。

本发明是通过以下技术方案实现的：

1、由上层夹持卡具、中层夹持卡具及下层夹持卡具、若干螺钉和上层硅橡胶膜、下层硅橡胶

膜组成。

2、上层夹持卡具、中层夹持卡具及下层夹持卡具和螺钉，为聚碳酸酯材料，共同完成整个装

置的固定。

3、装置的组装顺序自上而下为，上层夹持卡具，上层硅橡胶膜，中层夹持卡具，下层硅橡胶

膜，下层夹持卡具，各层组装完成后，用螺钉自上而下的予以固定。整个装置即固定为一体，

通过对夹持卡具的力学加载，即可将同质的力传递给两层硅橡胶膜，从而实现对硅橡胶膜上

生长的细胞实施力学加载。

4、上层夹持卡具、中层夹持卡具及下层夹持卡具各一对，均为长条型。通过调整夹持卡具的

长度，可以实现调整硅橡胶膜有效加载面积的大小。

5、上层夹持卡具及下层夹持卡具的中间，设计有正方形的夹持区；中层夹持卡具无夹持区。

6、上层夹持卡具及下层夹持卡具的夹持区，进行交叉刻纹处理。以增加夹持摩擦力，使其在

力学设备上被夹持的更牢固。

7、上层夹持卡具、中层夹持卡具及下层夹持卡具的两端，设有与螺钉配套的夹持卡具螺孔。

8、上层硅橡胶膜和下层硅橡胶膜为长方形的薄片状。硅橡胶膜为透明材料，且生物相容性良

好。显微镜下可直接进行细胞染色及形态学观察。

9、上层硅橡胶膜和下层硅橡胶膜的四个角，在相应螺钉穿过的位置，设有与螺钉匹配的硅橡

胶膜螺孔。

附图说明：

附图： 图1：本发明的结构示意图。

图2：本发明的上层夹持卡具、中层夹持卡具及下层夹持卡具示意图。

图3：本发明的上层硅橡胶膜及下层硅橡胶膜示意图。

图4：本发明的侧面观。

图5：本发明的前面观。

图6：本发明的上面观。

图中：1.下层夹持卡具；2.中层夹持卡具；3.上层夹持卡具；4.螺钉；5.上层硅橡胶膜；6.下层硅橡胶膜；7.夹持区；8.硅橡胶膜螺孔；9. 夹持卡具螺孔。

具体实施方式：

本发明适合用于现有的各种轴向拉伸原理设计的细胞力学加载设备，由上层夹持卡具、中层夹持卡具及下层夹持卡具、若干螺钉和上层硅橡胶膜、下层硅橡胶膜组成。使用前，先将各部分组件分别彻底清洗，干燥后备用。取一对下层夹持卡具，夹持区向下平放，把下层硅橡胶膜平放在下层夹持卡具上，并对准相应的螺孔。再把中层夹持卡具叠放在下层硅橡胶膜上，并对准相应螺孔。然后继续叠放上层硅橡胶膜，并对准相应螺孔。最后把上层夹持卡具以夹持区向上的位置，叠加在上层硅橡胶膜上，并对准相应的螺孔。叠加完成后，用螺钉自上而下的予以固定。拧紧螺钉的同时，调整各夹持卡具及硅橡胶膜的位置，以保证各夹持卡具及硅橡胶膜都处于平整舒展的状态，从而保证力学加载时整个装置及硅橡胶膜的受力均匀。对组装后的整体载体装置进行灭菌（高压蒸汽、射线或环氧乙烷灭菌均可），备用。

准备需要接种的细胞悬液若干毫升备用（接种密度和数量级根据实验本身决定）。把灭菌后的整体载体预先放入合适直径和深度的无菌培养皿中，分别接种适量细胞悬液（约2ml）到上层和下层硅橡胶膜上，依靠膜表面的液体张力保持悬液均匀分布于硅橡胶膜表面，把培养皿及载体一起移入恒温培养箱内，培养2-4小时。待细胞大部分贴壁后，取出培养皿及整体载体装置，将整体载体装置翻转，使上层和下层硅橡胶膜相互颠倒。以同样方法把细胞悬液接种在翻转后的两片硅橡胶膜的表面，再放回培养箱培养2-4小时，待细胞完成贴壁后，往培养皿里加入培养基，以没过整个培养载体装置为宜。常规换液并倒置显微镜观察细胞增殖情况，达到实验要求的细胞密度后取出，并把整体载体组装到相应的细胞力学加载设备中，即可实施轴向拉伸的力学加载。