同时施加静态牵张力和流动剪切力的平板流动腔的制作方法

本实用新型涉及一种平板流动腔，特别是一种同时施加静态牵张力和流动剪切力的平板流动腔。

背景技术：

由于生物体组织和器官生理结构的复杂性以及生物体内生理环境的多样性，使得在体细胞往往处于复杂的力学环境中，可同时受到包括牵张应力、剪切应力等多种形式的力学刺激；而生物力学环境对于细胞进行正常生命活动及病理条件下发生改变均具有重要意义，因此通过机械装置对体外培养的细胞施加模拟体内环境的应力刺激已成为现代细胞生物力学领域重要且常规的研究手段。

目前体外研究应力对细胞生物学特性影响的主要装置为平行平板流动腔，通过不同形式的平行平板流动腔对细胞施加各类力学刺激，从而实现对体内真实环境的模拟研究。传统的平板流动腔普遍只能施加一种形式的力学刺激；如专利201810639458.x《一种细胞共培养平板流动腔及其流体切应力刺激方法》中，通过向液腔内泵入培养基，实现对细胞加载剪切应力的效果。而专利201020595981.6《周期性细胞压缩牵张装置》中则通过对弹性薄膜进行牵张，使薄膜上的细胞牵张力的力学刺激。但由于部分细胞在生长过程中会受到多种力学刺激，如骨细胞在生长时会同时受到牵张应力和流动剪切力的共同作用，小梁网细胞在眼压升高的情况下也可能同时承受包括压力、牵张应力、流动剪切力多种力学刺激。导致现有装置无法真实的模拟出相应的生长环境，无法满足研究需要。

此外，由于细胞研究时的模拟环境需要较高的无菌等级，导致常规对用于施加不同应力刺激的平板流动结构无法在保证无菌效果的条件下相互结合达到同时施加多种应力刺激的效果，从而增加了平板流动腔施加多个刺激应力的难度。且平板流动腔内的应力刺激结构在组合后，还会造成其腔体结构的大幅度扩大，从而严重的增加了培养基在腔体内的流动成本并降低了其流动稳定性，使对细胞施加的多种刺激应力之间相互形成阻碍，影响了模拟的真实性。因此，现有的平板流动腔无法同时对细胞施加多种刺激应力。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于，提供一种同时施加静态牵张力和流动剪切力的平板流动腔。它可以同时对细胞加载静态牵张力和流动剪切力，并对加载的应力大小进行调节。

本实用新型的技术方案：同时施加静态牵张力和流动剪切力的平板流动腔，包括相互连接的底座和盖板，所述底座内设有流动腔槽，流动腔槽底部设有放置槽，放置槽的两端分别设有固定槽和滑槽，放置槽内设有柔性薄膜，柔性薄膜一端设有扣入固定槽内的第一卡脚，柔性薄膜另一端设有扣入滑槽内的第二卡脚，所述第二卡脚外侧的滑槽内设有若干滑块。

前述的同时施加静态牵张力和流动剪切力的平板流动腔中，所述流动腔槽的两端分别设有流体入口和流体出口，流体入口和流体出口的端部延伸至底座外侧并连接有流体接头。

前述的同时施加静态牵张力和流动剪切力的平板流动腔中，所述流体入口和流体出口外侧的流动腔槽内均设有三角渐阔区，所述流体入口或流体出口位于三角渐阔区的端部位置。

前述的同时施加静态牵张力和流动剪切力的平板流动腔中，所述固定槽和滑槽的外形为矩形，固定槽和滑槽之间的放置槽内设有放置台阶，放置台阶的深度与柔性薄膜的厚度相同。

前述的同时施加静态牵张力和流动剪切力的平板流动腔中，所述柔性薄膜的材质为柔性硅胶，柔性薄膜的厚度为0.2mm，柔性薄膜两端经无毒粘合剂连接第一卡脚和第二卡脚。

前述的同时施加静态牵张力和流动剪切力的平板流动腔中，所述第一卡脚的厚度与固定槽的深度相同，所述第二卡脚和滑块的厚度与滑槽的深度相同，第二卡脚和滑块在扣入后将滑槽完全填平。

前述的同时施加静态牵张力和流动剪切力的平板流动腔中，所述底座、盖板、第一卡脚、第二卡脚和滑块的材料均为无色透明的聚碳酸酯。

前述的同时施加静态牵张力和流动剪切力的平板流动腔中，所述流动腔槽的宽度和长度比为1:3，所述流动腔槽的高度和宽度比小于1：10。

前述的同时施加静态牵张力和流动剪切力的平板流动腔中，所述流动腔槽的宽度为20mm，所述流动腔槽的高度为0.8～1.5mm；所述放置槽的长度为45mm，放置槽的宽度为8mm。

前述的同时施加静态牵张力和流动剪切力的平板流动腔中，所述所述盖板中部设有与流动腔槽扣合的凸出部，凸出部四周设有环形密封圈。

与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：

(1)本实用新型通过流动腔槽和放置槽的配合，可以使柔性薄膜水平放置在流动腔槽的底部；通过第二卡脚、滑槽和滑块的配合，使柔性薄膜在放置时可以通过改变第二卡脚在滑槽内的位置进行拉伸，从而对柔性薄膜表面的附着细胞施加持续的静态牵张力；柔性薄膜在放置后，通过将培养基在注入流动腔槽内，可以使培养基在流动过程中对柔性薄膜上的细胞施加持续的流动剪切力，使细胞能够同时受到静态牵张力和流动剪切力的力学刺激；

(2)柔性薄膜在拉伸过程中，通过滑槽和若干滑块的结构，使第二卡脚可以按照所需的拉伸幅度对滑槽中的任一滑块进行替换，从而实现对细胞受到的静态牵张力大小的调节；当细胞在模拟过程中，测试人员还可以通过改变流动腔槽内的流速对细胞受到的流动剪切力进行调节，进一步提高对细胞的模拟效果；且上述结构相比常规夹具拉伸或顶杆拉伸柔性薄膜的方式，还可以在保证对细胞同时施加静态牵张力和流动剪切力的条件下有效精简其外部结构，使该牵张结构能够在不扩大流动腔槽内部体积的条件下与底座进行有机结合，从而减少本实用新型模拟所需的培养基总量，降低本实用新型的运行成本并提高其运行稳定性；

(3)通过放置槽和柔性薄膜的结构配合，还可以使检测人员在放置前便能完成对柔性薄膜的拉伸工作，从而使柔性薄膜在模拟过程中能够避免外部牵张结构对柔性薄膜的拉伸，保证流动腔槽能够处于良好的密封状态，提高本实用新型的无菌效果和培养基的流动稳定性；本实用新型还具体设置了流动腔槽内功能件的材料，并通过凸出部和环形密封圈的配合提高流动腔槽在模拟时的密封效果，从而进一步保证了流动腔槽内的无菌环境；

(4)本实用新型通过流动腔槽和放置槽的结构和相应材料的优化，使专业人员还可以将各部件拆卸后直接放入高温杀菌锅内进行清洗和灭菌，从而使本实用新型能够方便专业人员的清洗并具有良好的杀菌效果，在使用时也能够具有良好的稳定性和一致性；通过本实用新型的杀菌和密封效果可以在48小时的连续实验中保证细胞不被污染；

(5)通过第二卡脚和滑块的配合可以使滑槽在细胞模拟时处于水平填充状态，通过第一卡脚和固定槽的配合可以使固定槽在细胞模拟时处于水平填充状态，通过放置台阶和柔性薄膜厚度的具体设置则能够有效减小柔性薄膜在拉伸后对外部环境造成的影响，从而减少放置槽对培养基在流动时造成的阻碍，使细胞四周的流体在模拟时能够形成稳定的平流，进一步提高了本实用新型的模拟真实性和稳定性；

(6)通过流动腔槽两侧的三角渐阔区，并将流体入口或流体出口设置在三角渐阔区的端部位置，可以有效提高流动腔槽内流体的流动稳定性，从而进一步提升本实用新型的模拟真实性；

(7)本实用新型还根据细胞在实习模拟时的稳定性、运行成本和操作便利性进一步优化了流动腔槽和放置槽具体的结构参数，使本实用新型在保证模拟效果的同时能够将培养基的使用量控制在100ml以下，对细胞的模拟效果和运行成本之间的协调性达到最佳；

所以，本实用新型可以同时对细胞加载静态牵张力和流动剪切力，并对加载的应力大小进行调节。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图；

图2是底座的俯视图。

附图中的标记为：1-底座，2-盖板，3-流动腔槽，4-放置槽，5-柔性薄膜，6-滑块，7-流体入口，8-流体出口，9-流体接头，201-凸出部，301-三角渐阔区，401-固定槽，402-滑槽，403-放置台阶，501-第一卡脚，502-第二卡脚。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的说明，但并不作为对本实用新型限制的依据。

实施例。同时施加静态牵张力和流动剪切力的平板流动腔，构成如图1所示，包括相互连接的底座1和盖板2，所述底座1内设有流动腔槽3，流动腔槽3底部设有放置槽4，放置槽4的两端分别设有固定槽401和滑槽402，放置槽4内设有柔性薄膜5，柔性薄膜5一端设有扣入固定槽401内的第一卡脚501，柔性薄膜5另一端设有扣入滑槽402内的第二卡脚502，所述第二卡脚502外侧的滑槽402内设有若干滑块6。

所述流动腔槽3的两端分别设有流体入口7和流体出口8，流体入口7和流体出口8的端部延伸至底座1外侧并连接有流体接头9，两侧流体接头9经食品级蠕动泵管与储液瓶相连，并在蠕动泵的作用下形成一个闭合循环流动的系统。

所述流体入口7和流体出口8外侧的流动腔槽3内均设有三角渐阔区301，所述流体入口7或流体出口8位于三角渐阔区301的端部位置。

所述固定槽401和滑槽402的外形为矩形，固定槽401和滑槽402之间的放置槽4内设有放置台阶403，放置台阶403的深度与柔性薄膜5的厚度相同。

所述柔性薄膜5的材质为透明的柔性硅胶，柔性薄膜5的厚度为0.2mm，柔性薄膜5两端经无毒粘合剂连接第一卡脚501和第二卡脚502。

所述第一卡脚501的厚度与固定槽401的深度相同，所述第二卡脚502和滑块6的厚度与滑槽402的深度相同，第二卡脚502和滑块6在扣入后将滑槽402完全填平。

所述底座1、盖板2、第一卡脚501、第二卡脚502和滑块6的材料均为无色透明的聚碳酸酯，使装置在使用时可以实时观察细胞状态，且聚碳酸酯材料具有耐高温的特点，专业人员在清洗时可以将其直接放入高温压菌锅内进行灭菌处理。

所述流动腔槽3的宽度和长度比为1:3，所述流动腔槽3的高度和宽度比小于1：10。

所述流动腔槽3的宽度为20mm，所述流动腔槽3的高度为0.8～1.5mm；所述放置槽4的长度为45mm，放置槽4的宽度为8mm。

所述盖板2中部设有与流动腔槽3扣合的凸出部201，凸出部201四周设有环形密封圈，盖板2通过凸出部201和流动腔槽3与底座1相互扣合后，通过四周的螺丝进行连接固定，螺丝在旋紧后使底座1和盖板2对环形密封圈进行压紧，保证流动腔槽3的密封性。

本实用新型的工作原理：本实用新型在使用前，先将整套装置放入高压灭菌锅中进行灭菌处理；然后再使用多聚赖氨酸对柔性薄膜5进行包被，置于超净台中晾干后再利用细胞悬液对柔性薄膜5进行包被。待细胞完全粘附后，将柔性薄膜5放入放置槽4中，并使第一卡脚501扣入固定槽401内，第二卡脚502则根据柔性薄膜5所需拉伸的距离扣入滑块6之间的滑槽402内，通过滑槽402和各滑块6的配合可以对拉伸后的第二卡脚502进行限位，使柔性薄膜5在测试时处于稳定的拉伸状态，通过对柔性薄膜5的厚度限定可以使柔性薄膜5的中部在滑块6放置后形成平滑的曲线，从而保证细胞的受力稳定性。柔性薄膜5固定后将盖板2的凸出部201扣入流动腔槽3内，并通过旋紧螺栓使底座1和盖板2相互固定牢固。然后将底座1两端的流体接头9经蠕动泵管与蠕动泵和储液瓶相连，由蠕动泵带动将储液瓶内的培养基从流体入口7处注入，流经柔性薄膜5后从流体出口8处流出并进行循环流动。由于细胞力学实验的运行成本主要由消耗的培养基量来决定，而培养基的消耗量主要由流动腔槽和储液瓶的内部体积决定，而本实用新型能够将实验所需的培养基量控制在100ml以下，显著节省了培养基的消耗成本。

培养基在持续流动过程中，通过拉伸后的柔性薄膜5能够对细胞施加持续的静态牵张力，通过循环流动的培养基则能够对细胞施加持续的流动剪切力，使本实用新型实现对细胞同时施加两种刺激应力的效果。专业人员还可以通过调节蠕动泵的转速对流动剪切力的大小进行调节，进一步提高了本实用新型的测试效果。

使用完毕后，专业人员拧开螺丝并取出柔性薄膜5，然后使用清水冲洗整套装置，再经烘干和高压灭菌后便可再次使用。