一种带有微电流刺激功能的细胞培养装置的制作方法

[0001]
本实用新型涉及细胞培养装置领域，尤其涉及一种带有微电流刺激功能的细胞培养装置。


背景技术：

[0002]
周围神经受损是临床上常见的病症，它的修复和再生也一直都是困扰神经外科专家和材料专家的难点问题。当长距离和长时间受损时，受损神经无法进行直接缝合修复；自体移植和异体移植存在二次损伤、来源有限、交叉感染和异体排异的弊端，因此，研究人员开始了人工神经移植物的研究。在实际应用中，人工神经移植物通常会与神经细胞共培养后移植到神经缺损部位。最新的研究表明，当神经细胞在培养过程中受到微电流刺激时，更加有利于增殖、分化和生长，从而可以更好地促进受损轴突神经的修复和再生。
[0003]
采用人工电刺激装置对神经细胞进行体外培养能够更有利于神经导管的组织工程化。目前，用于细胞电刺激的常规方法是使用原电池，通过电极和电解液之间的化学反应产生电动势进而产生微弱电流，例如，中国专利(公开号：cn201920576816.7)提供了一种神经电刺激电极组件及神经电刺激装置，通过利用原电池中电极和电解液间的化学反应产生微弱电流。此种通过化学反应产生电流的方式存在缺陷，由于化学反应速率会随着反应过程发生改变，可能使产生的电流发生变化，且需要在一段周期内更换电解液和电极。此外，原电池中可能会产生副反应，导致电池的充放电效率降低、容量寿命损失和性能下降，例如，中国专利(公开号：cn92242285.0)提供了一种由连体双缸、盐桥、铜片、锌片、特制小灯泡和正负极接线柱等组成的铜锌原电池演示仪，此种方法以锌作原电池的负极。当采用纯锌作电极时，锌片上有少量气泡产生；当采用不纯的锌作电极时，锌片上有更多气泡产生。这是由于在锌片上的锌与表面杂质形成许多微小的原电池，发生了副反应。不能够为电刺激装置提供稳定持续的电源，不利于细胞的正常培养。
[0004]
因此，如何解决上述缺陷，需要解决如何提供一种具有持续稳定和安全环保的电刺激功能的细胞培养装置。


技术实现要素：

[0005]
(一)实用新型目的
[0006]
为解决背景技术中存在的技术问题，本实用新型提出一种带有微电流刺激功能的细胞培养装置，通过电刺激更好地促进多种细胞，如肌腱、韧带、神经、血管、皮肤、肌肉和消化道细胞等，尤其有利于神经细胞的增殖、分化和生长，从而可以促进神经修复和再生，达到更理想的效果。
[0007]
(二)技术方案
[0008]
为解决上述问题，本实用新型提出了一种带有微电流刺激功能的细胞培养装置，包括箱体、上导轨、上磁块、上滑块、下导轨、下磁块、下滑块和载物台；
[0009]
箱体为医用级聚合物箱体或不锈钢箱体；箱体包括培养箱和控制箱；培养箱和控
制箱并排设置；
[0010]
上导轨、上磁块、上滑块、下导轨、下磁块、下滑块和载物台均设置在培养箱内；载物台位于上导轨与下导轨的中间位置处；载物台水平设置；
[0011]
上滑块滑动设置在上导轨上，上磁块设置在上滑块的下表面；下滑块滑动设置在下导轨上，下磁块设置在下滑块的上表面；上磁块与下磁块朝向载物台的一面磁极相反；
[0012]
控制箱内部设有用于控制上滑块及下磁块滑动的控制装置。
[0013]
优选的，载物台距离上导轨以及下导轨之间的距离为1-50cm；上磁块底面与载物台之间的距离为x；下磁块上表面与载物台之间的距离为x；x为0.5-50cm。
[0014]
优选的，上滑块以及下滑块的滑动速度为1-100cm/s。
[0015]
优选的，设上导轨以及下导轨的两端分别为m端和n端；
[0016]
初始状态下：上滑块滑动设置在上导轨的m端位置处，下滑块滑动设置在下导轨的m端位置处；
[0017]
运动状态下，上滑块与下滑块同步移动，沿由m向n，再由n向m的往复运动；上滑块与下滑块移动方向和移动速度始终相同；
[0018]
长度为l的导电装置与铺种细胞的培养皿放置在载物台的中心位置处；
[0019]
上滑块及下滑块的移动速度为v；导电装置切割磁感线，电流i1的计算公式为：
[0020]
i1＝b
×
l
×
v
×
sinα/r；
[0021]
α为导电装置与垂直磁感线之间的夹角；
[0022]
r为导电装置的电阻；
[0023]
b为上磁块与下磁块之间的磁感应强度；
[0024]
导电装置为金属丝或金属管或金属杆。
[0025]
优选的，设上导轨以及下导轨的两端分别为m端和n端；
[0026]
初始状态下：上滑块滑动设置在上导轨的m端位置处，下滑块滑动设置在下导轨的n端位置处；
[0027]
运动状态下，上滑块沿由m向n，再由n向m的往复运动；下滑块沿由n向m，再由m向n的往复运动；
[0028]
上滑块与下滑块移动方向始终相反，移动速度始终相同；
[0029]
长度为l的导电装置与铺种细胞的培养皿放置在载物台的中心位置处；
[0030]
上滑块及下滑块的移动速度为v；导电装置切割磁感线，电流i2的计算公式为：
[0031]
i2＝b
×
l
×
v
×
sinα/r；
[0032]
α为导电装置与垂直磁感线之间的夹角；
[0033]
r为导电装置的电阻；
[0034]
b为上磁块与下磁块之间的磁感应强度；
[0035]
导电装置为金属丝或金属管或金属杆。
[0036]
优选的，设上导轨以及下导轨的两端分别为m端和n端；
[0037]
初始状态下：下滑块固定设置在下导轨的m端位置处或n端位置处；
[0038]
运动状态下，上滑块沿由m向n，再由n向m的往复运动；下滑块始终不动；
[0039]
长度为l的导电装置与铺种细胞的培养皿放置在载物台的中心位置处；上滑块的移动速度为v；导电装置切割磁感线，电流i3的计算公式为：
[0040]
i3＝b
×
l
×
v
×
sinα/r；
[0041]
α为导电装置与垂直磁感线之间的夹角；
[0042]
r为导电装置的电阻；
[0043]
b为上磁块与下磁块之间的磁感应强度；
[0044]
导电装置为金属丝或金属管或金属杆。
[0045]
本实用新型，通过电刺激更好地促进多种细胞，如肌腱、韧带、神经、血管、皮肤、肌肉和消化道细胞等，尤其是神经细胞的增殖、分化和生长，从而可以促进神经修复和再生，达到更理想的效果。
[0046]
本实用新型，装置结构简单，生产和维修保养成本低，易于工业化推广；
[0047]
本实用新型，通过程序设定上磁块和下磁块的运动方向、轨迹、速度以改变磁场，并实现细胞培养过程的自动化控制。
[0048]
本实用新型，根据“磁生电”原理，可以维持磁场的稳定变化，可产生稳定的电流，无需使用原电池，无需使用电解液和电极，持续稳定，绿色环保。
附图说明
[0049]
图1为本实用新型提出的带有微电流刺激功能的细胞培养装置的结构示意图。
[0050]
图2为本实用新型提出的带有微电流刺激功能的细胞培养装置的第一个实施例示意图。
[0051]
图3为本实用新型提出的带有微电流刺激功能的细胞培养装置的第二个实施例示意图。
[0052]
图4为本实用新型提出的带有微电流刺激功能的细胞培养装置的第三个实施例示意图。
[0053]
图5为本实用新型提出的带有微电流刺激功能的细胞培养装置，经过该装置中培养三天后的神经细胞生长状态良好，说明本发明提出的装置有利于神经细胞的生长和增殖。
[0054]
图6为对照普通环境下，经过培养三天后的神经细胞的生长状态。说明经过普通环境培养的细胞相比于在本实用新型所述装置中相同时间培养的细胞的生长状态较差，说明本发明提出的装置有利于神经细胞的培养。
[0055]
图7为本实用新型提出的带有微电流刺激功能的细胞培养装置中，数量为10根、长度规格为10cm的镁丝在经过装置作用过程中所产生的瞬间电动势随着时间变化图。当上、下导轨的磁铁同向匀速直线运动时，镁丝切割磁感线时产生的瞬间电动势约为0.35v，大约持续4秒钟，在变换方向的瞬间，电动势变为0.1v。从图中可以看出该变化较为规律，适用于本发明提出的理论计算公式。证明了本发明提出的装置能够产生有利于神经细胞培养的微电流。
具体实施方式
[0056]
为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本实用新型进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本实用新型的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不
必要地混淆本实用新型的概念。
[0057]
如图1-7所示，本实用新型提出的一种带有微电流刺激功能的细胞培养装置，包括箱体4、上导轨11、上磁块21、上滑块31、下导轨12、下磁块22、下滑块32和载物台6；
[0058]
箱体4为医用级聚合物箱体或不锈钢箱体；箱体4包括培养箱41和控制箱42；培养箱41和控制箱42并排设置；
[0059]
上导轨11、上磁块21、上滑块31、下导轨12、下磁块22、下滑块32和载物台6均设置在培养箱41内；载物台6位于上导轨11与下导轨12的中间位置处；载物台6水平设置；
[0060]
上滑块31滑动设置在上导轨11上，上磁块21设置在上滑块31的下表面；下滑块32滑动设置在下导轨12上，下磁块22设置在下滑块32的上表面；上磁块21与下磁块22朝向载物台6的一面磁极相反；
[0061]
控制箱42内部设有用于控制上滑块31及下磁块22滑动的控制装置。
[0062]
在一个可选的实施例中，载物台6距离上导轨11以及下导轨12之间的距离为1-50cm；
[0063]
上磁块21底面与载物台6之间的距离为x；下磁块22上表面与载物台6之间的距离为x；x为0.5-50cm。
[0064]
在一个可选的实施例中，上滑块31以及下滑块32的滑动速度为1-100cm/s。
[0065]
本实用新型中，根据“磁生电”原理，当闭合电路的一部分导体做切割磁感线运动时，在导体上便会产生感应电流。在磁场环境下，只要在细胞周围放置具有导电性的材料(如医用人体管道、金属丝等)，并改变磁场时，就可以达到自动切割磁感线的目的，进而产生感应电流，使细胞接受电刺激，从而更好地促进其增殖、分化和生长。相对于原电池的方法，“磁生电”原理的装置由于不存在化学反应，也就不存在因为化学反应速率的变化而使产生的电流发生变化，而且，避免了需要更换电解液和电极的困扰。
[0066]
本实用新型中，通过细胞培养皿或磁力装置的往复运动，均匀切割磁场，即可产生稳定的电流，尤其适用于基于“磁生电”原理的促受损神经再生装置；将铺种有神经细胞的培养皿和导电装置放置在上磁块21与下磁块22中间，通过上磁块21与下磁块22的移动改变磁场，并使导电装置自动切割磁感线；进而，通过改变磁场，使导电装置周围产生感应电流，使神经细胞接受电刺激，更好地对神经细胞进行培养，从而达到促进受损神经修复和再生的目的。
[0067]
本实用新型，通过在多种细胞培养过程中进行电刺激，如肌腱、韧带、神经、血管、皮肤、肌肉和消化道细胞等，尤其是能够促进神经细胞的增殖、分化和生长，达到促进神经修复和再生的有益效果。
[0068]
实施例1
[0069]
本实用新型中，设上导轨11以及下导轨12的两端分别为m端和n端；
[0070]
初始状态下：上滑块31滑动设置在上导轨11的m端位置处，下滑块32滑动设置在下导轨12的m端位置处；
[0071]
运动状态下，上滑块31与下滑块32同步移动，沿由m向n，再由n向m的往复运动；上滑块31与下滑块32移动方向和移动速度始终相同；
[0072]
长度为l的导电装置与铺种细胞的培养皿放置在载物台6的中心位置处；
[0073]
上滑块31及下滑块32的移动速度为v；导电装置切割磁感线，电流i1的计算公式
为：
[0074]
i1＝b
×
l
×
v
×
sinα/r；
[0075]
α为导电装置与垂直磁感线之间的夹角；
[0076]
r为导电装置的电阻；
[0077]
b为上磁块21与下磁块22之间的磁感应强度；
[0078]
导电装置为金属丝或金属管或金属杆。
[0079]
需要说明的是，电流的作用是刺激导管周围神经细胞的生长，从而加快受损组织的再生与修复。
[0080]
实施例2
[0081]
本实用新型中，设上导轨11以及下导轨12的两端分别为m端和n端；
[0082]
初始状态下：上滑块31滑动设置在上导轨11的m端位置处，下滑块32滑动设置在下导轨12的n端位置处；
[0083]
运动状态下，上滑块31沿由m向n，再由n向m的往复运动；下滑块32沿由n向m，再由m向n的往复运动；
[0084]
上滑块31与下滑块32移动方向始终相反，移动速度始终相同；
[0085]
长度为l的导电装置与铺种细胞的培养皿放置在载物台6的中心位置处；
[0086]
上滑块31及下滑块32的移动速度为v；导电装置切割磁感线，电流i2的计算公式为：
[0087]
i2＝b
×
l
×
v
×
sinα/r；
[0088]
α为导电装置与垂直磁感线之间的夹角；
[0089]
r为导电装置的电阻；
[0090]
b为上磁块21与下磁块22之间的磁感应强度；
[0091]
导电装置为金属丝或金属管或金属杆。
[0092]
需要说明的是，电流的作用可刺激导管周围受损轴突神经细胞，促进受损轴突神经细胞的增殖、分化和生长，加快受损轴突神经的再生与修复。
[0093]
实施例3
[0094]
本实用新型中，设上导轨11以及下导轨12的两端分别为m端和n端；
[0095]
初始状态下：下滑块32固定设置在下导轨12的m端位置处或n端位置处；
[0096]
运动状态下，上滑块31沿由m向n，再由n向m的往复运动；下滑块32始终不动；
[0097]
长度为l的导电装置与铺种细胞的培养皿放置在载物台6的中心位置处；上滑块31的移动速度为v；导电装置切割磁感线，电流i3的计算公式为：
[0098]
i3＝b
×
l
×
v
×
sinα/r；
[0099]
α为导电装置与垂直磁感线之间的夹角；
[0100]
r为导电装置的电阻；
[0101]
b为上磁块21与下磁块22之间的磁感应强度；
[0102]
导电装置为金属丝或金属管或金属杆。
[0103]
需要说明的是，电流的作用在一定程度上可以刺激导管周围神经细胞的生长，从而使长距离和长时间受损的周围神经受加快再生与修复，可以对神经细胞体外培养，促进神经细胞增殖、分化和生长。
[0104]
综上，本实用新型具有以下优点：
[0105]
本实用新型，通过电刺激更好地促进多种细胞，如肌腱、韧带、神经、血管、皮肤、肌肉和消化道细胞等，尤其是神经细胞的增殖、分化和生长，从而可以促进神经修复和再生，达到更理想的效果；
[0106]
本实用新型，装置结构简单，生产和维修保养成本低，易于工业化推广；
[0107]
本实用新型，通过程序设定上磁块21和下磁块22的运动轨迹以改变磁场，并实现细胞培养过程的自动化控制；
[0108]
本实用新型，根据“磁生电”原理，可以维持磁场的稳定变化，可产生稳定的电流，无需使用原电池，无需使用电解液和电极，绿色环保。
[0109]
应当理解的是，本实用新型的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本实用新型的原理，而不构成对本实用新型的限制。因此，在不偏离本实用新型的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。此外，本实用新型所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。