用于细胞实验的太赫兹波垂直暴露系统的制作方法

本实用新型属于电磁辐射生物效应领域和实验技术器材领域，具体而言，本实用新型涉及用于细胞实验的太赫兹波垂直暴露系统。

背景技术：

随着科技进步，太赫兹波逐渐走进人们的生产、生活，这种具有热效应、高穿透性(非极性物质、非金属)、高信息载量、低能性的电磁波具有巨大的应用前景。人类越来越多地暴露于太赫兹辐射环境之中。太赫兹波频率与生物大分子共振频率的重叠性也使人们猜测它可能存在独特非热效应。太赫兹波的生物效应逐渐引起人们重视。

在太赫兹波细胞生物效应研究中，因为培养液对太赫兹波的吸收作用，多采用从培养皿底部照射的方法。在传统太赫兹波照射系统中，太赫兹波由太赫兹波源水平发射出，需经过反光镜反射才能实现从下往上的垂直照射。在这种反射型光路中，对光路整体的稳定性要求极高，任何微小误差都会导致光路发生巨大变化，使用时需要繁琐的维护和测试。而且由于必须设置反光镜，导致光路整体长度较长，受空气中水分子影响，光路越长会使太赫兹波衰减越多。以上多方面因素影响了太赫兹波生物效应研究的推广与顺利进行。因此，有必要建立高精度、低衰减的太赫兹波细胞暴露系统。

技术实现要素：

本实用新型旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本实用新型的一个目的在于提出一种用于细胞实验的太赫兹波垂直暴露系统，该太赫兹波垂直暴露系统可以简化太赫兹细胞暴露实验中的光路，提高实验的精准度，且该垂直暴露系统已成功应用于太赫兹波对神经信息传递影响研究中。

根据本实用新型的一个方面，本实用新型提出了一种用于细胞实验的太赫兹波垂直暴露系统，根据本实用新型的实施例，该太赫兹波垂直暴露系统包括：

太赫兹波源，使所述太赫兹波源的发光口朝上放置，以使得发出太赫兹波竖直向上；

汇聚透镜，所述汇聚透镜设置在所述发光口的上方，以便将所述太赫兹波转化为太赫兹平行波；

升降台，所述升降台架设在所述太赫兹波源和所述汇聚透镜的上方，所述升降台的台面上设置有第一通孔，以便于所述太赫兹平行波穿过；

恒温箱，所述恒温箱的底壁上形成有第二通孔且所述第二通孔被透光材料密封，所述恒温箱的侧壁上具有换气入口和换气出口；所述恒温箱设置在所述升降台的台面上，且使所述第二通孔与所述第一通孔重合；所述恒温箱内设置有恒温加热板、温度计和抽气扇，所述抽气扇与所述换气入口相连；所述恒温箱内适于培养细胞，且用于培养细胞的细胞培养皿放置在所述第二通孔的上方；

换气箱，所述换气箱内设置有紫外线消毒灯，所述换气箱具有进气口和出气口，所述进气口与所述换气出口相连，所述出气口与所述换气入口相连；

二氧化碳气瓶，所述二氧化碳气瓶与所述换气箱相连；

其中，所述太赫兹波源的发光口、所述汇聚透镜、所述第一通孔和所述第二通孔的中轴线重合。

由此，本实用新型上述实施例的用于细胞实验的太赫兹波垂直暴露系统可以最大限度的简化太赫兹波照射至培养细胞的光路，使太赫兹波从波源发出后经过汇聚变为平行光后，向上经过第一通孔从恒温箱底部的第二通孔穿过透光材料板后从培养皿底部照射到细胞。恒温箱可以维持细胞生长所需要的温度，换气箱可以维持细胞生长所需要的二氧化碳浓度和无菌空气。该太赫兹波垂直暴露系统具有高精度、低衰减特点，可以成功地应用于太赫兹波对神经元信息传递影响的生物效应研究中。

另外，根据本实用新型上述实施例的用于细胞实验的太赫兹波垂直暴露系统还可以具有如下附加的技术特征：

在本实用新型中，上述实施例的太赫兹波垂直暴露系统进一步包括：太赫兹波源支架，所述太赫兹波源支架适于承载所述太赫兹波源，以使所述太赫兹波源的发光口朝上。

在本实用新型中，所述汇聚透镜通过可升降支架支撑。

在本实用新型中，所述汇聚透镜与所述太赫兹波源的发光口的距离为所述汇聚透镜的焦距。

在本实用新型中，所述汇聚透镜与所述升降台顶面的距离为5-30cm。

在本实用新型中，所述汇聚透镜与所述升降台顶面的距离为5cm。

在本实用新型中，所述换气入口和所述换气出口分别设置在所述恒温箱相对的两个侧壁上。

在本实用新型中，所述进气口与所述换气出口和所述出气口与所述换气入口通过pvc管相连或者橡胶管相连。

在本实用新型中，所述第一通孔和所述第二通孔的直径不小于所述汇聚透镜的直径。

在本实用新型中，所述太赫兹波源的输出频率为96吉赫兹-2.1太赫兹，输出功率为不大于65毫瓦。

附图说明

图1是根据本实用新型一个实施例的用于细胞实验的太赫兹波垂直暴露系统的结构示意图。

图2是0.16thz/50mw太赫兹波辐射后原代海马神经元生长情况图(倒置显微镜，400倍)；

图3是0.16thz/50mw太赫兹波辐射后原代海马神经元sholl分析结果图。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

根据本实用新型的一个方面，本实用新型提出了一种用于细胞实验的太赫兹波垂直暴露系统，根据本实用新型的实施例，该太赫兹波垂直暴露系统包括：太赫兹波源100、汇聚透镜200、升降台300、恒温箱400、换气箱500和二氧化碳气瓶600。

其中，太赫兹波源100竖直放置，即将太赫兹波源100的发光口110朝上放置，以使得发出太赫兹波竖直向上。汇聚透镜200设置在发光口110的上方，以便将太赫兹波转化为太赫兹平行波。升降台300架设在太赫兹波源100和汇聚透镜200的上方，升降台300的台面上设置有第一通孔310，以便于太赫兹平行波穿过。

恒温箱400的底壁上形成有第二通孔410且第二通孔410被透光材料420密封，恒温箱400的侧壁上具有换气入口430和换气出口440；恒温箱400设置在升降台300的台面上，且使第二通孔410与第一通孔310重合；恒温箱400内设置有恒温加热板450、温度计460和抽气扇470，抽气扇470与换气入口430相连；恒温箱400内适于培养细胞，且用于培养细胞的细胞培养皿放置在第二通孔410的上方。

换气箱500内设置有紫外线消毒灯510，换气箱500具有进气口520和出气口530，进气口520与换气出口440相连，出气口530与换气入口430相连。二氧化碳气瓶600与换气箱500相连。其中，太赫兹波源100的发光口110、汇聚透镜200、第一通孔310和第二通孔410的中轴线重合。

根据本实用新型上述实施例的用于细胞实验的太赫兹波垂直暴露系统，首先通过将太赫兹波源100竖直放置，以使得发出太赫兹波竖直向上，并进一步地将汇聚透镜200设置在所述发光口110的上方，以便将所述太赫兹波转化为太赫兹平行波；将用于培养细胞的恒温箱400通过升降台300设置在汇聚透镜200的上方，并分别在升降台和恒温箱400的底壁上设置通孔，以使得经过汇聚透镜200的太赫兹平行波可以顺利照射到恒温箱400内的细胞，进而对细胞进行太赫兹波暴露实验研究。

因此，本实用新型上述实施例的用于细胞实验的太赫兹波垂直暴露系统结构设计简单有效，太赫兹波从波源发出后仅需要经过汇聚变为平行光后，即可直接照射到恒温箱内的细胞。进而最大限度地的简化了太赫兹波照射至培养细胞的光路和光程，可有效避免太赫兹波能量损失。因此，本实用新型上述实施例的太赫兹波垂直暴露系统具有高精度、低衰减特点，可成功地应用于太赫兹波对神经元信息传递影响的生物效应研究中。

下面参考图1对本实用新型具体实施例的用于细胞实验的太赫兹波垂直暴露系统进行详细描述。

如图1所示，首先太赫兹波源100采用竖直放置的方式，即将太赫兹波源100的发光口110朝上放置，以使得发出太赫兹波竖直向上。根据本实用新型的具体实施例，上述实施例的太赫兹波垂直暴露系统还可以进一步包括：太赫兹波源支架700，所述太赫兹波源支架700适于承载所述太赫兹波源100，以使太赫兹波源的发光口朝上。通常太赫兹波源100是水平放置的，其发出的太赫兹波也是水平发射出去的。本申请通过设置太赫兹波源支架700能够有效地将太赫兹波源100竖直平稳地放置。进而可以使得太赫兹波能够直接照射细胞，缩短光程，降低太赫兹波衰减。

根据本实用新型的具体实施例，如图1所示，汇聚透镜200设置在发光口110的上方，以便将太赫兹波转化为太赫兹平行波。利用汇聚透镜200能够有效地将太赫兹波转化为太赫兹平行波，进而可以避免太赫兹发散，造成能量衰减。而且转化为太赫兹平行波可以提高太赫兹波的稳定性，延长其可照射距离，进而可以有效地照射到恒温箱内的培养细胞。

根据本实用新型的具体实施例，汇聚透镜200可以通过升降支架800支撑。进而可以更加方便灵活地调节汇聚透镜200位置。具体地，汇聚透镜200与太赫兹波源100的发光口110的距离应等同于汇聚透镜200的焦距，根据所使用的透镜的焦距来确定，本实用新型实施例中的透镜焦距为5cm，距离过大或过小均会影响太赫兹光波的平行度和造成太赫兹波能量浪费。

根据本实用新型的具体实施例，如图1所示，升降台300架设在太赫兹波源100和汇聚透镜200的上方，升降台300的台面上设置有第一通孔310，以便于太赫兹平行波穿过。由此，通过设置升降台300可以将恒温箱400放置在汇聚透镜200的上方，进而可以方便太赫兹平行波直接照射至恒温箱400内的培养细胞上。

根据本实用新型的具体示例，升降台300的高度是可以调节的，由此，可以方便调节使得汇聚透镜200与升降台300上的恒温箱400保持合适的距离。具体地，可以通过调节升降台300的高度，使得汇聚透镜200与升降台顶面的距离为5cm-30cm。如果距离过大会造成光路延长，从而增加太赫兹波能量在光路中的损耗。根据本实用新型具体实施例，汇聚透镜200与升降台顶面的距离越小越好，优选5cm为最优距离。

根据本实用新型的具体实施例，如图1所示，恒温箱400的底壁上形成有第二通孔410且第二通孔410被透光材料420密封，恒温箱400的侧壁上具有换气入口430和换气出口440；恒温箱400设置在升降台300的台面上，且使第二通孔410与第一通孔310重合；恒温箱400内设置有恒温加热板450、温度计460和抽气扇470，抽气扇470与换气入口430相连；恒温箱400内适于培养细胞，且用于培养细胞的细胞培养皿放置在第二通孔410的上方；换气箱500内设置有紫外线消毒灯510，换气箱500具有进气口520和出气口530，进气口520与换气出口440相连，出气口530与换气入口430相连；二氧化碳气瓶600与换气箱500相连。

由此，本实用新型实施例的暴露系统，通过额外设置换气箱500专为恒温箱400提供适宜二氧化碳浓度的空气，并对空气进行循环杀菌处理。由此可以显著提高恒温箱内的空气质量，为细胞培养提供优质环境。

根据本实用新型的具体实施例，所述换气入口和所述换气出口分别设置在所述恒温箱相对的两个侧壁上。由此，可以有效保证恒温箱400内的空气得到全部循环置换，同时还可以进一步提高置换效率。另外，将抽气扇470与换气入口430相连，可以保证消毒空气能够有效进入恒温箱400内。

根据本实用新型的具体实施例，所述进气口与所述换气出口和所述出气口与所述换气入口通过pvc管或者橡胶管相连。进而方便换气箱500与恒温箱400的连接，并且不受限于二者位置的摆放。

根据本实用新型的具体实施例，将恒温箱400设置在升降台300的台面上时，需要保证第二通孔410与第一通孔310重合。进而可以使得太赫兹平行波能够有效地穿过。具体地，第一通孔和第二通孔的直径不小于汇聚透镜的直径。进而可以保证太赫兹平行光能够全部穿过第一通孔和第二通孔，避免太赫兹平行光浪费。

本实用新型上述实施例的暴露系统中，太赫兹波源100的发光口110、汇聚透镜200、第一通孔310和第二通孔410的中轴线重合。由此可以保证太赫兹光最大量地照射至恒温箱400内。恒温箱400内用于培养细胞的培养皿需要放置在第二通孔的上方，进而保证射至恒温箱400内太赫兹平行光可以直接照射到细胞。

根据本实用新型的具体实施例，上述太赫兹波源100的输出频率可以为96吉赫兹-2.1太赫兹，输出功率为不大于65毫瓦。由此可以有效地用于待实验细胞的暴露。

根据本实用新型的上述实施例用于细胞实验的太赫兹波垂直暴露系统可适用于贴壁生长细胞的照射。具体地，贴壁生长细胞可以包括选自原代海马神经元、原代皮层神经元、原代小脑神经元、原代脑干神经元、mn9d细胞、ht22细胞和pc12细胞中的至少一种。

根据本实用新型的具体实施例，通过采用该系统对原代海马神经元进行照射。实验发现0.16thz/50mw太赫兹波在辐射后即刻可影响原代海马神经元的递质代谢活动，可引起兴奋性氨基酸甘氨酸的升高变化。因此，本实用新型上述实施例的暴露系统可以有效地用于原代海马神经元的研究，且该暴露系统具有太赫兹波稳定、低衰减的优点，暴露实验可重复性高。

实施例

下面对采用上述太赫兹波暴露细胞实验用垂直暴露系统10进行的相关试验进行详细描述。

(a)太赫兹波辐射后培养皿温度变化测定：采用qs2-180太赫兹发射源(microtechinstrument，美国)，频率范围0.096～0.18thz，功率范围1～65mw。采用0.16thz太赫兹波，对应功率为50mw。如附图1所示，太赫兹波发射后，经过汇聚透镜汇聚，成平行光从培养皿底部照射入培养皿。温度变化测量采用th-212智能温度记录仪(北京鸿鸥成运仪器设备有限公司，中国)，将温度探头放入细胞培养皿并浸泡于细胞培养基中，使其充分接触培养皿底部，然后将培养皿放入外接恒温箱中5h使培养液温度达到培养箱稳定温度。调整光路垂直稳定，之后启动太赫兹波源，在照射1、2、3、4、5、6、10、20、30、40、50、60min时间点动态观察温度变化，并做好记录。结果见表1。

表10.16thz/50mw太赫兹波辐射后培养皿温度变化

由表1可见，经过60min的辐射，培养皿内温度变化缓慢升高，总体升高幅度约为0.12℃。从数值上可以看到，温度变化范围不大，认为本实验条件下热效应对细胞的影响几乎可以忽略，研究的是太赫兹波的非热生物效应。

(b)对原代海马神经元进行太赫兹波辐射：取新生12h内的wistar乳鼠，置于75％酒精中浸泡消毒。在无菌条件下断头，取脑。在解剖显微镜下，用眼科镊剥离大脑海马脑区。之后将分离的脑区经消化和分散，经细胞计数，用种植液将细胞悬液稀释为5×10⁵/ml的密度，接种于多聚赖包被的细胞培养皿中，放入细胞培养箱中培养。24h后更换培养基，将种植液全部吸掉，加入约2ml饲养液。并于培养的第3天向加入终浓度为3～5μg/ml阿糖胞苷，作用24h后半量换液，之后每周半量换液2次，培养一周后可用于实验，照射时，将细胞培养皿放入外接恒温箱底部光路通过口上的透光塑料密封板上培养，确保其位置在调整好的光路上，将细胞按照射时间分为假辐射对照组、6min组和60min组。

(c)太赫兹波辐射后原代海马神经元突起形态观察：在太赫兹波辐射后1d，2d，3d，用ix70倒置光学显微镜(olympus，日本)观察细胞突起生长情况并在每组随机选取8个视野拍照，之后用neuronj软件对细胞突起进行跟踪描绘，并统计其长度和分支数量。用sholl分析来评价细胞的生长情况。sholl分析是用于表征被成像神经元形态特征的定量分析方法，它通过计算距离胞体中心点不同半径的同心圆与分支的交叉点数量，来评价神经元的形态结构。

光镜下原代海马神经元胞体呈椭圆形，并向四周长出突起，随培养时间延长，突起不断生长延长并产生次级分支，各辐射组和对照组相比，在各时间点未见明显差异，见附图2。

原代海马神经元突起总长度和突起分支数量在各时间点，6min和60min辐射组与对照组相比均未见明显差异；60min辐射组与6min辐射组比较也未见明显差异，见表2和表3。

sholl分析显示，各辐射组原代海马神经元与对照组相比，在各时间点均未见明显差异，见附图3。

结果表明0.16thz/50mw太赫兹波未对海马神经元形态结构造成明显影响。

表20.16thz/50mw太赫兹波辐射后原代海马神经元突起总长度变化

表30.16thz/50mw太赫兹波辐射后原代海马神经元突起分支数量变化

(d)太赫兹波辐射后原代海马神经元神经递质变化：在太赫兹波辐射后即刻，吸取细胞培养基300微升，使用5804r低温高速离心机(eppendorf，德国)，4℃，15000rpm离心20min，收取上清，置于-20℃冰箱内保存。agilent1100高效液相色谱仪(agilent，美国)开机运行后，按照先甲醇，再水，后流动相的顺序，保持压力稳定。分别检测0.01mg/ml的甘氨酸、丙氨酸、伽马氨基丁酸、谷氨酸和半胱氨酸的标准品，以及混合标准品。之后检测每五个样品，检测一个混合标准品。待所有样品检测完毕，按照先水后甲醇的顺序冲洗系统，退出化学工作站，关闭系统。

结果由表4所示，太赫兹波辐射后即刻，60min辐射组与c组相比，甘氨酸(p＜0.01)含量明显增多，各组间比较丙氨酸、伽马氨基丁酸、谷氨酸均未见明显差异。表明0.16thz/50mw太赫兹波在辐射后即刻可影响原代海马神经元的递质代谢活动，可引起兴奋性氨基酸甘氨酸的升高变化。

表40.16thz/50mw太赫兹波辐射后原代海马神经元神经递质含量

注：与c组相比，^**示p<0.01。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。