专利名称：细胞缺氧试验培养箱的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种医学试验设备，是可进行氧气浓度下调控制的细胞缺氧试验培养箱。
背景技术：
缺氧是临床极常见的一种病理过程，是很多疾病发生发展的关键环节。多种病因导致的血管痉挛、血管硬化或异物压迫导致的血循环障碍，均表现为血管内皮细胞受损，因此研究缺氧时血管内皮细胞的生物活性变化，对阐明内皮细胞与组织缺血缺氧的关系及作用机制有重要意义。各国科学家为建立培养细胞的缺氧模型作了很多努力，典型的几种缺氧模型如下有研究者利用一定比例的混合气体输入试验箱体以研究细胞缺氧条件下的相关改变；有研究者将无菌石腊油滴加到培养皿的培养液表面，然后将培养皿放入培养箱培养，并与未加石腊油的培养皿作对照；有研究者将培养皿放入有盖不锈钢容器中，用95％N2+5％CO2充入，然后用腊密封，以进行缺氧实验。
以上几种细胞培养缺氧模型中，有几个关键的地方难以愈越，这导致很难得到确实的实验结果①首先是对缺氧程度缺乏一个量化的指标。毫无疑问，缺氧程度不同，损伤结果也不一样，例如缺氧程度较轻时(18％)，培养细胞可能较正常状况下区别不大，而严重缺氧(如1％)则造成大量细胞死亡。因此，如同药物有剂量效应一样，缺氧研究也应该从量效关系上着手，但是现有的缺氧装置均无法实现这一目的。②其次，现有的细胞培养缺氧模型缺乏对缺氧程度的监控。以上几种缺氧装置，无论是用石腊密封，还是用石腊油封闭空气接触等，既无法得知确切的缺氧程度，也没有调控装置得以维持其缺氧程度。③其它实验因素的干扰。在以上实验装置中，不但有缺氧因素存在，也存在其它因素，如细胞代谢产物CO2蓄积、培养液PH值改变等，事实上，培养液PH值改变较缺氧对细胞的损伤程度更重。
建立培养细胞的定量缺氧实验模型有助于阐明不同缺氧程度所致的细胞病理生理反应及相关分子改变，而现有的几种缺氧模型均无法实现这一目的，故目前迫切需要一种用于定量研究细胞缺氧改变的实验装置。
发明内容本实用新型针对现有培养细胞缺氧试验设备缺乏的现状，提供一种可对培养箱内氧气浓度进行下调控制、用于细胞缺氧试验的细胞缺氧试验培养箱。
本实用新型的技术方案如下
细胞缺氧试验培养箱由试验箱、控制电路、供气部分组成。控制电路包含有温度控制单元、氧气浓度下调控制单元及二氧化碳浓度控制单元，其中①温度控制单元由温度传感器、温度智能显示控制器、循环时间继电器、加热电阻丝、同步水泵组成，其中温度传感器连接温度智能显示控制器，温度智能显示控制器连接控制循环时间继电器、加热电阻丝和同步水泵，其目的是对试验箱进行温度控制。培养箱温度控制设定温度一般为37℃，因设定温度高于室温，故自动开启加热电阻丝对试验箱水套进行升温。同步水泵启动用于使试验箱周围水套内的水流动，以使水温均匀。循环时间继电器控制加热电阻丝的工作频率。另外，该实用新型温控系统设开机自检、超限报警和自动保护功能，温度控制范围设计为室温～+50℃。加热电阻丝可采用加热棒或加热圈。
②氧气浓度下调控制单元由氧气浓度传感器、变送器、氧气浓度智能显示控制器、循环时间继电器和氮气控制电磁阀组成，其中氧气传感器连接氧气浓度智能显示控制器，氧气浓度智能显示控制器则连接控制循环时间继电器、氮气控制电磁阀，其目的是对试验箱进行氧气浓度下调控制。氧气浓度下调控制分开机自动控制和手动开关控制两种方式，当试验箱内氧气浓度超过设定值上限时，自动开启氮气控制电磁阀，加入氮气。循环时间继电器控制氮气电磁阀的工作频率。该实用新型氧气浓度下调控制设开机自检、超限报警功能，氧气浓度控制范围设为0％～30％。
③二氧化碳浓度控制单元由二氧化碳浓度传感器、变送器、二氧化碳浓度显示控制器、循环时间继电器和二氧化碳控制电磁阀组成，其中二氧化碳浓度传感器连接二氧化碳浓度智能显示控制器，二氧化碳浓度智能显示控制器则连接控制循环时间继电器和二氧化碳控制电磁阀，其目的是对试验箱进行二氧化碳浓度控制。二氧化碳浓度控制分为开机自动控制和手动开关控制两种方式，当试验箱内二氧化碳浓度小于设定值下限时，自动开启二氧化碳控制电磁阀。循环时间继电器控制二氧化碳电磁阀的工作频率。该实用新型二氧化碳浓度控制设开机自检、超限报警功能，二氧化碳浓度的控制范围设为0％～20％。
上述各独立的智能显示控制器、循环时间继电器、各控制开关装于试验箱体上部或一侧，温度、氧气浓度、二氧化碳浓度传感器安装于试验箱内壁，其中各传感器分别将信号送给各自的智能显示控制器，加热电阻丝和同步水泵安装于试验箱周围的水套内。本装置采用水套式温控方式，水套设置在试验箱周边。另有二氧化碳钢瓶、氮气钢瓶组成的供气部分由各供气管将气体接入试验箱内，并设置相应的电磁阀来进行控制。
采用上述方案，本细胞缺氧试验培养箱可对培养箱内温度、氧气浓度和二氧化碳浓度进行调节和控制，特别是可用于氧气浓度的下调控制，可用于细胞缺氧相关试验，而且该设备还可用作普通的细胞培养箱。
图1为细胞缺氧试验培养箱总体结构框图。
图2为温度控制单元的原理框图。
图3为温度控制单元的电路原理图。
图4为二氧化碳浓度控制单元的原理框图。
图5为二氧化碳浓度控制单元的电路原理图。
图6为氧气浓度控制单元的原理框图。
图7为氧气浓度控制单元的电路原理图。
图8为供气部分示意图。
图9为细胞缺氧试验培养箱横断面示意图。
图10为细胞缺氧试验培养箱矢状面示意图。
图11为细胞缺氧试验培养箱冠状面示意图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例进一步说明本实用新型的结构首先参见图1，细胞缺氧试验培养箱主要由试验箱1、控制电路2、供气部分3构成。
参见图2，温度控制单元主要由温度传感器R1、温度智能显示控制器CT1、加热电阻丝R2、循环时间继电器SJ1、同步水泵SB组成。其电路原理参见图3，图中H1总电源指示灯，K1总电源开关，AC/AC 220V交流稳压电源，CT1温度智能显示控制器，R1温度传感器(PT100)，J/CT1温度智能显示控制器控制的继电器，K2加热电阻丝电源开关，R2加热电阻丝，SB同步水泵，H2加热电阻丝工作指示灯，SJ1循环时间继电器。温度控制方式如下温度传感器R1测定试验箱1中的温度，并将其转变为电压信号，经过温度智能显示控制器CT1内部的放大电路放大后，与设定值比较，若小于设定参数，则通过J/CT1、SJ1启动加热电阻丝R2和同步水泵SB，对试验箱1的夹层水套进行均匀加热，以此提高试验箱1的温度，循环时间继电器SJ1用于控制加热电阻丝R2的工作频率。
参见图4，二氧化碳浓度控制单元主要由二氧化碳浓度传感器EC、二氧化碳浓度智能显示控制器CT2、循环时间继电器SJ2和二氧化碳控制电磁阀KT1组成。其电路原理参见图5，图中H1总电源指示灯，K1总电源开关，AC/AC 220V交流稳压电源，CT2二氧化碳浓度智能显示控制器，EC二氧化碳浓度传感器，K3二氧化碳控制电磁阀电源开关，J/CT2二氧化碳浓度智能显示控制器控制的继电器，KT1二氧化碳控制电磁阀，H3二氧化碳控制电磁阀工作指示灯，SJ2循环时间继电器。二氧化碳浓度控制方式如下二氧化碳浓度传感器EC测定试验箱1中的二氧化碳浓度，并将其转变为电压信号，经过二氧化碳浓度智能显示控制器CT2内部的放大电路放大后，与设定值比较，若小于设定参数，则通过J/CT2启动二氧化碳控制电磁阀KT1，对试验箱1内加入二氧化碳气体，以此提高试验箱1内的二氧化碳浓度，循环时间继电器SJ2用于控制二氧化碳控制电磁阀KT1工作频率。
参见图6，氧气浓度控制单元主要由氧气浓度传感器YC、氧气浓度智能显示控制器CT3、循环时间继电器SJ3和氮气控制电磁阀KT2组成。其电路原理参见图7，图中H1总电源指示灯，K1总电源开关，AC/AC 220V交流稳压电源，CT3氧气浓度智能显示控制器，YC氧气浓度传感器，J/CT3氧气浓度智能显示控制器控制的继电器，KT2氮气控制电磁阀，K4氮气控制电磁阀电源开关，H4氮气控制电磁阀工作指示灯，SJ3循环时间继电器。氧气浓度控制方式如下氧气传感器YC测定试验箱1中的氧气浓度，并将其转变为电压信号，经过氧气浓度智能显示控制器CT3内部的放大电路放大后，与设定值比较。如果氧气传感器YC测得的氧气浓度大于设定值，则通过J/CT3启动氮气控制电磁阀，将氮气加入试验箱1，以此降低试验箱1内的氧气浓度，循环时间继电器SJ3用于控制氮气控制电磁阀KT2工作频率。通过以上方式即可实现对试验箱1内氧气浓度的下调控制。
图8为供气部分示意图，由二氧化碳钢瓶、氮气钢瓶提供气源，其气体开关由控制电磁阀KT1、KT2控制后经供气管接入试验箱1。
图9为细胞缺氧试验培养箱横断面示意图，试验箱外即为水套4，内部储存蒸馏水，水套外为保温层6，用以维持试验箱1内的温度，试验箱门5同样为保温材料制成。
图10和图11为细胞缺氧试验培养箱矢状面和冠状面示意图，图中还显示出控制电路2安装在试验箱1上部分。
以下是采用本细胞缺氧试验培养箱做缺氧条件下(5％)293细胞的形态学观察试验的应用实例将试验箱设定为温度37℃、氧浓度5％、二氧化碳浓度5％。温度传感器R1感受试验箱1内的温度，经过放大后送到温度智能显示控制器CT1与设定值37℃比较后，温度智能显示控制器CT1通过内部的继电器J/CT1开启加热电阻丝R1和同步水泵SB，对试验箱水套内的水进行加温，同时形成水循环，以使水温均匀上升，由此实现对试验箱温度的控制。二氧化碳传感器EC感受试验箱1内的二氧化碳浓度，经过放大后送到二氧化碳智能显示控制器CT2通过继电器J/CT2开启二氧化碳控制电磁阀KT1，向试验箱1中加入二氧化碳，一旦试验箱1内的二氧化碳浓度达到5％，二氧化碳浓度智能显示控制器CT2断开二氧化碳控制电磁阀KT1供电，停止二氧化碳进入，由此实现对二氧化碳浓度的控制。氧气传感器YC感受试验箱1内的氧气浓度，经过放大后送到氧气浓度智能显示控制器CT3，氧气浓度智能显示控制器CT3通过内部的继电器J/CT3开启电磁阀KT2，向试验箱1内加入氮气，一旦试验箱1内的氧气浓度下降到设定值5％，氮气控制电磁阀KT2断电，停止氮气进入，由此实现对氧气浓度的下调控制。
权利要求1.细胞缺氧试验培养箱，包括试验箱、控制电路、供气部分，其特征在于本细胞缺氧试验培养箱采用水套式温控方式，水套设置在试验箱周边；控制电路包含温度控制单元、二氧化碳浓度控制单元及氧气浓度下调控制单元；供气部分包括二氧化碳钢瓶、氮气钢瓶，通过供气管连接试验箱，供气管上设有相应的控制电磁阀；所述的温度控制单元主要由温度传感器、温度智能显示控制器、循环时间继电器、加热电阻丝、同步水泵组成，温度传感器连接温度智能显示控制器，温度智能显示控制器连接循环时间继电器、加热电阻丝和同步水泵；二氧化碳浓度控制单元主要由二氧化碳浓度传感器、二氧化碳浓度智能显示控制器、循环时间继电器和二氧化碳控制电磁阀组成，二氧化碳浓度传感器连接二氧化碳浓度智能显示控制器，二氧化碳浓度智能显示控制器则连接控制循环时间继电器和二氧化碳控制电磁阀；氧气浓度下调控制单元主要由氧气浓度传感器、氧气浓度智能显示控制器、循环时间继电器和氮气控制电磁阀组成，氧气传感器连接氧气浓度智能显示控制器，氧气浓度智能显示控制器则连接控制循环时间继电器和氮气控制电磁阀。
2.根据权利要求1所述的细胞缺氧试验培养箱，其特征在于各控制单元独立的智能显示控制器和循环时间继电器安装于试验箱体上部或一侧，温度、氧气浓度、二氧化碳浓度传感器安装于试验箱体内壁，各传感器分别将信号送给各自的智能显示控制器；加热电阻丝和同步水泵安装于试验箱周边的水套内。
专利摘要本实用新型属于医学试验设备领域，具体涉及一种细胞缺氧试验培养箱，它包括试验箱、控制电路、供气部分，试验箱采用水套式温控方式，控制电路包含温度控制单元、二氧化碳浓度控制单元及氧气浓度下调控制单元，供气部分包括二氧化碳钢瓶、氮气钢瓶。控制电路可对试验箱内的温度、氧气浓度和二氧化碳浓度进行调节和控制，各种参数调节控制相对独立。本实用新型主要用于氧气浓度的下调和控制，温度和二氧化碳浓度也可以进行调节。该细胞缺氧试验培养箱可用于细胞培养相关试验，特别适用于细胞缺氧相关试验。
文档编号C12M3/00GK2725301SQ200420060068
公开日2005年9月14日 申请日期2004年6月29日 优先权日2004年6月29日
发明者吴军, 王贵波 申请人:中国人民解放军第三军医大学第一附属医院