一种模拟肝血窦的细胞共培养系统的制作方法

本发明涉及一种模拟肝血窦的细胞共培养系统。

背景技术：

传统的细胞培养方式多在培养瓶里平面生长，而机体内细胞无时无刻不受到机体内包括力学、化学和生物学因素的影响，最新出现的3d细胞培养系统和共培养体系解决了部分问题，但是构建模拟细胞在体内真实生长环境的体外细胞培养系统依然任重而道远。肝小叶是肝脏发挥功能的基本单元，肝小叶内的肝血窦混合动脉和静脉血，肝血窦内壁通透性高，肝小叶中的肝血窦内皮细胞，肝/肝癌细胞以及肝巨噬细胞有着独特的力学/化学/生物学微环境，而这在普通的体外培养下无法模拟出来，因此，亟需构建一种模拟肝血窦力/化学微环境的多细胞动态空间共培养系统，以模拟肝小叶内各种细胞的生存微环境，还可以通过组合和分拆，实现研究肝小叶内不同细胞间的复杂相互作用。

技术实现要素：

本发明为了解决现有技术中的不足之处，提供一种模拟肝血窦内力/化学/生物学微环境的多细胞共培养系统。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种模拟肝血窦的细胞共培养系统，包括多层培养箱、微孔过滤器、循环蠕动泵、静脉血模拟盒和动脉血模拟盒，多层培养箱的顶部开设有培养液注入口，多层培养箱的上部侧壁设置有动脉血接口和静脉血接口，多层培养箱的下部侧壁设置有出液口，出液口通过循环管分别与静脉血模拟盒和动脉血模拟盒连接，微孔过滤器和循环蠕动泵依次设置在所述循环管上，静脉血模拟盒通过静脉管与静脉血接口连接，动脉血模拟盒通过动脉管与动脉血接口连接，静脉血模拟盒上设置有加样口，动脉血模拟盒还连接有氧气瓶和二氧化碳瓶。

多层培养箱包括前侧敞口的箱体，箱体的前侧敞口处铰接有箱门，箱门的内侧面外周设置有密封条，动脉血接口和静脉血接口设置在箱门上；箱体的内壁内部设置有第一加热元件，箱体的外侧设置有第一显示屏和第一微控制器，箱体内壁设置有第一温度传感器和二氧化碳浓度传感器，第一加热元件、第一温度传感器、二氧化碳浓度传感器以及第一显示屏分别通过线路与第一微控制器连接；

箱体内固定有矩形支撑件和两组楔形支撑件，矩形支撑件位于两组楔形支撑件之间，矩形支撑件由两根长条形的棱柱组成，两根棱柱前后并排设置，棱柱的两端分别固定在箱体的左侧和右侧内壁上，楔形支撑件由两根楔形支撑棱组成，两根支撑棱前后并排设置，支撑棱的两端分别固定在箱体的左侧和右侧内壁上；

最上方的楔形支撑件上放置有顶层培养板组件，中间的矩形支撑件上放置有中层培养板组件，最下方的楔形支撑件上放置有底层培养板组件；

顶层培养板组件包括第一矩形框，第一矩形框的底面通过底板封堵，底板为斜面结构且呈左低右高状，底板的倾斜度与支撑棱的顶面倾斜度相适配，第一矩形框的内侧框壁固定有矩形的支撑内框，第一矩形框内设置有矩形的按压框体，按压框体位于支撑内框上方，按压框体的前侧通过销轴铰接在第一矩形框前侧，所述销轴上设置有扭簧，第一矩形框内放置有半透膜，半透膜的四周放置在第一矩形框的支撑内框上，在扭簧的作用下，按压框体按压在半透膜的四周；

顶层培养板组件与底层培养板组件结构相同；在顶层培养板组件的第一矩形框的前侧面开设有两个第一穿孔，半透膜上表面放置有静脉血输入管和动脉血输入管，静脉血输入管和动脉血输入管左右并排放置，静脉血输入管的一端部经第一穿孔穿出后连接在箱门的静脉血接口上，动脉血输入管的一端部经另外一个第一穿孔穿出后连接在箱门的动脉血接口上，静脉血输入管上并排连接有多根第一支管，动脉血输入管上并排连接有多根第二支管，若干第一支管和第二支管一一对应设置，第一支管和相邻的第二支管的相对面均开设有若干出液孔；底板的左侧设置有若干第一导流接口；

在底层培养板组件的第一矩形框的右侧边框开设有若干第一通孔，第一通孔成l型结构，每个第一通孔的上端均安装有第二导流接口，在底层培养板组件的底板左侧设置有若干第三导流接口，若干第三导流接口均通过管道与多层培养箱的下部侧壁的出液口连接；

中层培养板组件包括第二矩形框，第二矩形框的前侧框壁和后侧框壁均固定有长条支撑板，第二矩形框的后侧框壁上开设有弧形凹槽，弧形凹槽位于长条支撑板上方，第二矩形框的右侧框壁开设有若干第二通孔，第二矩形框的左侧框壁开设有若干第三通孔，第二通孔和第三通孔均成l型结构且位于长条支撑板上方，第二通孔的下端安装有第四导流接口，第三通孔的上端安装有第五导流接口；

顶层培养板组件的若干第一导流接口分别通过导流软管与中层培养板组件的若干第五导流接口连接，中层培养板组件的第四导流接口分别通过导流软管与底层培养板组件的若干第二导流接口连接。

静脉血模拟盒包括盒体，盒体内腔通过隔板分割成溶液腔和部件安装腔，部件安装腔内安装有蠕动泵，盒体的外侧设置有第二显示屏和第二微控制器，溶液腔内设置有ph传感器、第二温度传感器和血氧饱和度探头，在盒体溶液腔底部内壁设置有第二加热元件，蠕动泵、第二显示屏、ph传感器、血氧饱和度探头、第二温度传感器和第二加热元件分别通过线路与第二微控制器连接，蠕动泵的进液管与溶液腔的底部连接；加样口设置在静脉血模拟盒的溶液腔顶部；

动脉血模拟盒的结构与静脉血模拟盒相同，氧气瓶和二氧化碳瓶通过管道与动脉血模拟盒的溶液腔底部连接，循环管分别与动脉血模拟盒和静脉血模拟盒的溶液腔上部连接，动脉血模拟盒的蠕动泵的出液管与动脉管连接，静脉血模拟盒的蠕动泵的出液管与静脉管连接。

采用上述技术方案，本发明具有以下有益效果：本发明可以实现多层细胞分级培养，模拟正常人体内肝脏中细胞的生长环境；本发明可以将顶层培养板组件、中层培养板组件和底层培养板组件分别抽出，以分析不同细胞培养过程中生长因子等生长环境的变化，有利于分析细胞的生长特性和生长条件；新技术可以在不同层面另外加入抗肿瘤药物等药物，进行药物等化学物质的实验，新技术可以控制动静脉的流速、氧饱和度及ph值进一步摸索细胞生长的条件，有利于分析正常细胞生长的条件，可以进行药筛实验，为抗肿瘤药物等提供实验数据，可以分析肿瘤细胞生长的条件和导致的环境改变，为抗肿瘤提供线索，为治疗疾病提供依据。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是多层培养箱的结构示意图；

图3是顶层培养板组件的结构示意图；

图4是顶层培养板组件上半透膜、静脉血输入管和动脉血输入管的安装布置图；

图5是底层培养板组件的结构示意图；

图6是中层培养板组件的结构示意图；

图7是静脉血模拟盒的结构示意图。

具体实施方式

如图1-7所示，本发明的一种模拟肝血窦的细胞共培养系统，包括多层培养箱1、微孔过滤器2、循环蠕动泵3、静脉血模拟盒4和动脉血模拟盒5，多层培养箱1的顶部开设有培养液注入口6，多层培养箱1的上部侧壁设置有动脉血接口7和静脉血接口8，多层培养箱1的下部侧壁设置有出液口9，出液口9通过循环管10分别与静脉血模拟盒4和动脉血模拟盒5连接，微孔过滤器2和循环蠕动泵3依次设置在所述循环管10上，静脉血模拟盒4通过静脉管51与静脉血接口8连接，动脉血模拟盒5通过动脉管52与动脉血接口7连接，静脉血模拟盒4上设置有加样口11，动脉血模拟盒5还连接有氧气瓶12和二氧化碳瓶13。

多层培养箱1包括前侧敞口的箱体14，箱体14的前侧敞口处铰接有箱门15，箱门15的内侧面外周设置有密封条16，动脉血接口7和静脉血接口8设置在箱门15上；箱体14的内壁内部设置有第一加热元件，箱体14的外侧设置有第一显示屏17和第一微控制器，箱体14内壁设置有第一温度传感器和二氧化碳浓度传感器，第一加热元件、第一温度传感器、二氧化碳浓度传感器以及第一显示屏17分别通过线路与第一微控制器连接，第一加热元件、第一温度传感器、二氧化碳浓度传感器和第一微控制器均属于现有技术，图中未示出；

箱体14内固定有矩形支撑件和两组楔形支撑件，矩形支撑件位于两组楔形支撑件之间，矩形支撑件由两根长条形的棱柱18组成，两根棱柱18前后并排设置，棱柱18的两端分别固定在箱体14的左侧和右侧内壁上，楔形支撑件由两根楔形支撑棱19组成，两根支撑棱19前后并排设置，支撑棱19的两端分别固定在箱体14的左侧和右侧内壁上；

最上方的楔形支撑件上放置有顶层培养板组件20，中间的矩形支撑件上放置有中层培养板组件21，最下方的楔形支撑件上放置有底层培养板组件22；

顶层培养板组件20包括第一矩形框23，第一矩形框23的底面通过底板24封堵，底板24为斜面结构且呈左低右高状，底板24的倾斜度与支撑棱19的顶面倾斜度相适配，第一矩形框23的内侧框壁固定有矩形的支撑内框25，第一矩形框23内设置有矩形的按压框体26，按压框体26位于支撑内框25上方，按压框体26的前侧通过销轴27铰接在第一矩形框23前侧，所述销轴27上设置有扭簧，第一矩形框23内放置有半透膜28，半透膜28的四周放置在第一矩形框23的支撑内框25上，在扭簧的作用下，按压框体26按压在半透膜28的四周；

顶层培养板组件20与底层培养板组件22结构相同；在顶层培养板组件20的第一矩形框23的前侧面开设有两个第一穿孔29，半透膜28上表面放置有静脉血输入管30和动脉血输入管31，静脉血输入管30和动脉血输入管31左右并排放置，静脉血输入管30的一端部经第一穿孔29穿出后连接在箱门15的静脉血接口8上，动脉血输入管31的一端部经另外一个第一穿孔29穿出后连接在箱门15的动脉血接口7上，静脉血输入管30上并排连接有多根第一支管32，动脉血输入管31上并排连接有多根第二支管33，若干第一支管和第二支管一一对应设置，第一支管32和相邻的第二支管33的相对面均开设有若干出液孔34；底板24的左侧设置有若干第一导流接口35；

在底层培养板组件22的第一矩形框23的右侧边框开设有若干第一通孔36，第一通孔36成l型结构，每个第一通孔36的上端均安装有第二导流接口37，在底层培养板组件22的底板24左侧设置有若干第三导流接口38，若干第三导流接口38均通过管道与多层培养箱1的下部侧壁的出液口9连接；

中层培养板组件21包括第二矩形框39，第二矩形框39的前侧框壁和后侧框壁均固定有长条支撑板40，第二矩形框39的后侧框壁上开设有弧形凹槽41，弧形凹槽41位于长条支撑板40上方，第二矩形框39的右侧框壁开设有若干第二通孔42，第二矩形框39的左侧框壁开设有若干第三通孔，第二通孔42和第三通孔均成l型结构且位于长条支撑板40上方，第二通孔42的下端安装有第四导流接口，第三通孔的上端安装有第五导流接口43；

顶层培养板组件20的若干第一导流接口35分别通过导流软管与中层培养板组件21的若干第五导流接口43连接，中层培养板组件21的第四导流接口分别通过导流软管与底层培养板组件22的若干第二导流接口37连接。

静脉血模拟盒4包括盒体44，盒体44内腔通过隔板分割成溶液腔45和部件安装腔，部件安装腔内安装有蠕动泵46，盒体44的外侧设置有第二显示屏47和第二微控制器，溶液腔45内设置有ph传感器48、第二温度传感器49和血氧饱和度探头50，在盒体44溶液腔45底部内壁设置有第二加热元件，蠕动泵46、第二显示屏47、ph传感器48、血氧饱和度探头50、第二温度传感器49和第二加热元件分别通过线路与第二微控制器连接，蠕动泵46的进液管与溶液腔45的底部连接；加样口11设置在静脉血模拟盒4的溶液腔45顶部；

动脉血模拟盒5的结构与静脉血模拟盒4相同，氧气瓶12和二氧化碳瓶13通过管道与动脉血模拟盒5的溶液腔45底部连接，循环管10分别与动脉血模拟盒5和静脉血模拟盒4的溶液腔45上部连接，动脉血模拟盒5的蠕动泵46的出液管与动脉管52连接，静脉血模拟盒4的蠕动泵46的出液管与静脉管51连接。

本发明在进行肝脏细胞拟态培养时，首先将培养液从多层培养箱1顶部的培养液注入口6灌入，经过顶层培养板组件20、中层培养板组件21和底层培养板组件22后流出，然后进入循环管10，微孔过滤器2过滤出培养液中的死细胞，接着在循环蠕动泵3的驱动下，培养液分别进入静脉血模拟盒4和动脉血模拟盒5的溶液腔45内，通过加样口11可以向静脉血模拟盒4的溶液腔45内加入新的培养液、生长因子和血清等，动脉血模拟盒5连接有氧气瓶12和二氧化碳瓶13，用于向动脉血模拟盒5的溶液腔45内补充氧气量和二氧化碳量；动脉血模拟盒5和静脉血模拟盒4上均设置第二加热元件、ph传感器48、血氧饱和度探头50，第二加热元件用于加热溶液腔45内温度，ph传感器48和血氧饱和度探头50分别用于监测溶液腔45内培养液的ph值和血氧饱和度，并将监测数据传输至第二微控制器，第二微控制器再将数据传输至第二显示屏47上进行显示，在蠕动泵46的作用下，静脉血模拟盒4的溶液腔45内培养液经静脉管51流入多层培养箱1，动脉血模拟盒5的溶液腔45内培养液经动脉管52流入多层培养箱1；

本发明的多层培养箱1设置有第一显示屏17、第一加热元件、第一温度传感器和二氧化碳浓度传感器，监测多层培养箱1内温度和二氧化碳浓度，并讲监测数据反馈至第一显示屏17上进行显示，循环返回的培养液经动脉血接口7进入动脉血输入管31，另外一部分培养液经静脉血接口8进入静脉血输入管30，最终培养液由出液孔34流向顶层培养板组件20的半透膜28上，该半透膜28上种植有肝窦内皮细胞，培养液经过半透膜28和肝窦内皮细胞过滤后流向底板24，底板24为斜面结构，在底板24的导流下，液体经第一导流接口35和第五导流接口43流向中层培养板组件21，中层培养板组件21的两个长条支撑板40上放置有若干载玻片，若干载玻片并排设置，且相邻的载玻片相贴紧，弧形凹槽41便于放置或者取下载玻片，载玻片上培养有肝细胞，液体经第五导流接口43流向载玻片的表面，接着液体第四导流接口和第二导流接口37流入底层培养板组件22的半透膜28上，该层半透膜28上种植有肿瘤细胞，液体经过半透膜28过滤后由第三导流接口38流出，最终由多层培养箱1的出液口9流出，流出液体进入微孔过滤器2，以此进行循环培养；

本发明中第一加热元件和第二加热元件为电热丝，属于现有常规技术，具体结构及其装配安装不再赘述。

本实施例并非对本发明的形状、材料、结构等作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。