一种可施加动态荷载的细胞培养装置的制作方法

本实用新型属于细胞培养技术领域，涉及一种细胞培养装置，特别是一种可施加动态荷载的细胞培养装置。

背景技术：

机体细胞在力学作用下会发生相应的形态和功能改变，这是机体对力学刺激的响应过程，而机体对一定范围力学刺激的自适应，对于维持正常生理功能具有重要作用。研究力对细胞培养过程的影响，是揭示器官、组织生物力学特性的基础，也是细胞、组织体外功能化培养的技术基础。研究表明，力可以通过影响细胞内基因表达和蛋白质合成来调节细胞功能，在细胞的生理、病理过程中发挥着重要作用。目前，细胞培养已成为细胞生物学、分子生物学、遗传学和免疫学等学科研究的重要基础。

当前，细胞培养广泛使用培养瓶，局限于单一静态的培养环境，实际上，在正常的生理条件下，细胞往往处于复杂的力学环境当中，在细胞在生长过程中受到诸如血液剪切应力、拉伸力和压力等物理因素的影响。因此，需要提供近似于体内生理环境的微环境，才能够较为真实的反映细胞的生长情况；现有体外细胞培养技术中，普遍是将培养皿放置于培养箱内，培养一段时间后将培养皿取出，再对其进行力学刺激并观察细胞反映，操作不便且效率低，培养质量不高，不能够为细胞生物力学研究等提供良好的借鉴。

技术实现要素：

本实用新型要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提出一种结构简单、操作方便且施加载荷均匀的可施加动态载荷的细胞培养装置。

本实用新型要解决的技术问题是通过以下技术方案实现的，一种可施加动态荷载的细胞培养装置包括固定板，固定板上设有细胞培养机构，固定板上还设有与细胞培养机构相配合的动力机构；细胞培养机构包括固设在固定板上的细胞培养皿，细胞培养皿远离动力机构的内壁上设有固定夹具，细胞培养皿中还设有与固定夹具相配合的动态夹具；动力机构包括电机，电机通过传动轴与动态夹具连接；动态夹具与传动轴固接。

进一步地，动态夹具包括固接部，固接部的底端水平设置有夹片结构；固接部的顶端与传动轴固接。

进一步地，电机上的驱动轴末端连接有驱动齿轮，传动轴上设有与驱动齿轮相配合的齿条。

进一步地，固定板上设有容纳动力机构的壳体，壳体上设有壳体盖；细胞培养皿上设有培养皿盖。

进一步地，细胞培养皿内壁底部设有与固定夹具相配合的凸台。

进一步地，固定夹具包括与凸台相配合的连接部，连接部上设有夹片结构。

进一步地，夹片结构包括成对出现的上夹片和下夹片，上夹片和下夹片的相对面上设有相配合的齿牙；上夹片和下夹片均为长板结构。

进一步地，固定夹具的夹片结构和动态夹具的夹片结构处在同一水平面上且均不超出传动轴。

进一步地，动力机构还包括与电机相连接的控制器和电源；电机下面设有可调节的电机支架；壳体和细胞培养皿上均设有与传动轴相配合的轴承支座。

在轴承支座和传动轴之间设置聚四氟乙烯膜，并通过轴承支架上的紧固螺丝将其固定

进一步地，细胞培养皿内壁连接处均为光滑面。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：

1、本实用新型基于基底拉伸技术，基底拉伸技术是以生物膜作为基底材料，然后将细胞种植于生物膜上，由装置产生可控制的运动使得生物膜发生形变，而培养在生物膜表面上的细胞因基底的形变而受力，从而实现拉伸应力下细胞生长规律研究的可能性；这种加载技术是目前一种较为理想的模拟体外力学环境的实验技术，克服了传统气体加压过程中细胞受力不均匀且力不可控的缺点，使得实验结果更加准确；本实用新型中采用动态夹具和固定夹具相配合的形式，能够提供均匀的载荷，形成较为理想的力学环境。

2、本实用新型结构简单、操作方便，通过操作，装置就会按照设定的程序通过电机控制夹具的水平应力加载，并带动生物膜做水平运动，实现在细胞培养的同时施加力学刺激，从而使细胞培养质量更高，培养效率提升。

3、本实用新型可控制性强，通过程序设定，就能够根据不同细胞应力刺激的需要，施加不同频率、不同幅值的动态荷载，也能够根据实验要求施加间歇式力学刺激或持续性力学刺激，灵活性更强。

4、本实用新型的夹具装置均包括上夹片和下夹片两部分，夹片表面设有齿牙，上、下夹片通过齿牙咬合固定生物膜，避免了在应力加载过程中生物膜滑脱。

5、本实用新型能同时夹持多片生物膜进行细胞培养，避免了对比实验过程中可能存在的不确定性，使得实验结果更准确。

6、本实用新型兼容各种材料进行细胞培养，包括硅胶膜、水凝胶、脱细胞组织、静电纺丝材料等。

7、本实用新型的传动轴与轴承支座之间设有聚四氟乙烯薄膜，聚四氟乙烯薄膜具有自润滑效应，能够使传动轴在水平方向上的运动更加顺滑，有效保证了装置的长期使用性。

8、本实用新型的细胞培养皿带有透明的培养皿盖，培养皿盖的设置为细胞的生长提供了适宜的湿度和温度，并能够防止培养皿内环境污染和培养液蒸发；配合实时观察系统，通过透明的培养皿盖可以采集到细胞实时的培养状态信息，使工作人员能够在特定的时间观察、分析细胞的生长情况。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型的内部结构示意图；

图3为本实用新型中细胞培养皿的结构示意图；

图4为本实用新型中传动轴的结构示意图；

图5为本实用新型中上夹片的结构示意图；

图6为动态夹具中下夹片和固接部的结构示意图；

图7为固定夹具中下夹片和连接部的结构示意图；

图8为电机支架的结构示意图。

1、壳体；2、电机支架；3、壳体盖；4、步进电机；5、减速电机；6、驱动齿轮；7、培养皿盖；8、固定板；9、固定夹具；10、凸台；11、细胞培养皿；12、动态夹具；13、传动轴；14、轴承支座；15、齿条。

具体实施方式

一种可施加动态荷载的细胞培养装置，如图1-8所示，包括固定板8，固定板8上设有细胞培养机构，固定板8上还设有与细胞培养机构相配合的动力机构；固定板8上设有容纳动力机构的壳体1，壳体1上设有壳体盖3；细胞培养皿11上设有培养皿盖7；细胞培养机构包括固设在固定板8上的细胞培养皿11，细胞培养皿11远离动力机构的内壁上设有固定夹具9，细胞培养皿11中还设有与固定夹具9相配合的动态夹具12；动力机构包括电机，电机通过传动轴13与动态夹具12连接，电机包括步进电机4和减速电机5；动力机构还包括与电机相连接的控制器和电源；电机下面设有可调节的电机支架2；动态夹具12与传动轴13固接；动态夹具12包括固接部，固接部的底端水平设置有夹片结构，固接部的顶端与传动轴固接。

电机上的驱动轴末端连接有驱动齿轮6，传动轴13上设有与驱动齿轮6相配合的齿条15，电机通过驱动齿轮6和齿条15的配合，进而带动动态夹具12在水平方向上做往复运动；传动轴13呈T型结构，主轴为圆柱体，一端设有与动态夹具12连接的连接头，另一端设有与驱动齿轮6连接的齿条；壳体1和细胞培养皿11上均设有与传动轴13相配合的轴承支座14，在轴承支座14和传动轴13之间设置聚四氟乙烯膜，并通过紧固螺丝将其固定。

细胞培养皿11内壁底部设有与固定夹具9相配合的凸台10；细胞培养皿11内壁连接处均为光滑面。

固定夹具9包括与凸台10相配合的连接部，固定夹具9的连接部与凸台10固接，连接部上设有夹片结构，夹片结构包括成对出现的上夹片和下夹片，上夹片和下夹片的相对面上设有相配合的齿牙；上夹片和下夹片均为长板结构；定夹具9的夹片结构和动态夹具12的夹片结构处在同一水平面上且均不超出传动轴13，在使用过程中细胞培养皿11中添加培养液的液面低于传动轴13，避免培养液从传动轴13穿过的孔中泄漏，而固定夹具9和动态夹具12的夹持面均在细胞培养皿11底部，可将被夹持的生物膜完全浸润在培养液中。

使用本装置进行细胞培养的步骤如下：

第一步：装置的清洗与消毒；丙酮清洗壳体、壳体盖、细胞培养皿、细胞培养皿盖、电机表面、电机支架、驱动齿轮、传动轴、夹具以及螺丝和电线，然后用蒸馏水擦洗后高温灭菌，再用95%酒精擦洗，最后用紫外灯照射。

第二步：配置细胞培养液；针对选用的细胞以及培养目的选择相应的细胞培养液配方配置细胞培养液，并进行灭菌消毒。

第三步：生物膜夹持；根据实验要求选取合适的生物膜灭菌消毒后在无菌环境中小心夹持在两夹具之间。

第四步：细胞接种；在细胞培养皿中加入适量细胞培养液并接种适宜密度的细胞。

第五步：装置参数设定；根据实验需求在控制器显示屏上设置程序控制电机运行，包括电机运行方式、电机转速以及电机转动角度。

第六步：细胞培养；将装置除控制系统外的部分放入培养箱中并启动装置运行。

第七步：细胞观察；定期给细胞换液并观察细胞生长状况等。