一種多功能細胞模擬艙的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種多功能細胞模擬艙，用于模擬間歇性低氧、持續高氧、特殊氣體暴露的細胞模型。
【背景技術】
[0002]阻塞性睡眠呼吸暫停低通氣綜合征Obstructive sleep apnea hypopneasyndrom,OSAHS)是常見的睡眠障礙性疾病，主要為睡眠過程中反復的上呼吸道塌陷或阻塞引起的通氣不足或睡眠紊亂。0SAHS特征性低氧特點為間歇性低氧，但其具體病理生理機制尚未闡明。體外細胞實驗因具有影響因素單一，人為可操控性大，個體間差異小等優點在人類疾病研究中應用廣泛。但由于氧氣和氮氣為惰性氣體，難以有效彌散到細胞培養基中，建立有效地間歇性低氧細胞模型存在一定困難。目前建立的間歇性低氧模型主要有幾種類型:①低氧培養基交替暴露細胞模型:通過直接改變培養基中氧濃度水平，細胞交替暴露在低氧濃度培養基和正常氧濃度的培養基中，通過蠕動泵控制流經兩種不同氧濃度培養基時間建立不同間歇低氧模型，該類模型設計復雜，推廣困難。氣源采用混合氣體，不易獲得；細胞表面培養基反復流動，液體剪切力對細胞生理功能影響較大，明顯增加了試驗干擾。②低氧氣體直接暴露細胞模型，該類模型為目前常用模型。設計一個大小適中的恒溫培養箱，電腦控制系統通過控制氧氣、氮氣、二氧化碳或混合氣體進出，調整培養箱中氧濃度和二氧化碳水平，通過改變艙內氧氣濃度和頻率模擬出不同間歇低氧/復氧模式。大多培養箱密閉性強，艙內氣體變化緩慢；氣體流量大，明顯增加了實驗的干擾。
[0003]目前許多證據顯示，機體短時間缺血還不足以造成機體損傷，但缺血一段時間后突然恢復血供時才出現損傷，即缺血再灌注損傷。如心肌梗死、腦卒中、外科手術、創傷性休克、血栓經搶救后均會出現缺血再灌注損傷。器官在缺血再灌注損傷后氧自由基大量產生，出現細胞凋亡、壞死，引起機體功能障礙。建立有效的缺血-再灌注細胞模型十分必要，目前國外有研究根據細胞耗氧特點建立簡易的缺血再灌注模型，但該類模型造模時間長、造模過程中干預條件難以控制等應用有限。
[0004]近幾十年來，特殊氣體如吸入麻醉藥因具有全身麻醉效應，同時可引起神經保護和神經毒性的特點備受關注，吸入麻醉藥神經毒性的病理生理機制成為研究熱點。研究表明:吸入性麻醉藥異氟烷能明顯降低小鼠自主活動次數，小鼠學習記憶能力下降，海馬神經元凋亡增加。異氟烷可通過激活Y氨基丁酸(GABA)促發的胞質Ca2+釋放而引起海馬神經元神經毒性。多項證據表明，吸入麻醉藥通過線粒體電信號傳導、糖酵解相關通路影響胞質Ca2+釋放、R0S產生及ATP合成等介導神經保護或神經毒性作用。目前吸入性麻醉藥細胞方面的研究多采用箱子模型，密閉的箱子放置在恒溫培養箱中，通過將吸入性麻醉氣體通過特殊的霧化器與含5% C02,21% 02,74% N2的混合氣體混合建立模型。該類模型氣源采用混合氣體，不易獲得；麻醉氣體采用特殊霧化裝置，流量及氣體濃度不易控制；另外模型多屬自主制作，粗糙密閉性差，溫度濕度不容易保持恒定。
[0005]隨著圍產醫學的發展和新生兒監護中心的建立，氧療和機械通氣治療手段的提高，越來越多的小于胎齡兒和(或)低出生體重兒得以救治。高氧治療并發癥發生率也逐漸增加，支氣管肺發育不良和早產兒視網膜病變等高氧并發癥已成為圍產醫學的難點與熱點問題。制備高氧肺損傷和高氧視網膜病變的細胞模型已成為研究其發病機制與防治措施的關鍵因素之一。以往報道的高氧損傷模型存在許多不足，如大多模型采用密閉裝置，試驗之前將一定濃度的高氧氣體灌注一段時間，保持艙內高氧狀態來實現高氧損傷模型。該類模型設計簡陋，艙內氧濃度不穩定，不能實現氧濃度實時檢測，且不能排除試驗氣體本身對試驗的影響等。

【發明內容】

[0006]本發明要解決的技術問題是克服上述不足，提供一種多功能細胞模擬艙，其操作簡便、控制精確，可實現間歇性低氧、持續高氧、特殊氣體暴露等多種實驗模式，以滿足實驗要求。
[0007]本發明主體包括實驗艙和空氣模擬對照艙，含有溫控裝置和濕化器，可保證艙內溫度維持在37°C，濕度在45%?70%之間。全程由電腦和編程控制器(PLC)等上位機組態軟件控制，可編程和存儲不同的設定程序，PLC系統根據設定的程序按照預定試驗方案分別控制氧氣電動閥、氮氣電動閥、二氧化碳電動閥的開關,將氮氣、氧氣、二氧化碳按一定比例輸注到相對密閉的模擬艙內，經氧氣和二氧化氮氣體濃度監控系統測量試驗艙內氣體濃度，把信號反饋給電腦控制系統，整個過程自動控制、自動監測，操作簡單，控制精確。電腦控制系統中程序設計具有人性化的特點，科研人員根據實驗需要隨時更改實驗條件，可同時設置多個程序，模擬多種模式。
[0008]空氣模擬對照艙設有空氣管道，控制系統設定其空氣電動閥的開/關與細胞實驗艙內氮氣和氧氣電動閥開/關同步，對照艙內空氣輸注與實驗艙氧氣和氮氣輸注同步，這樣完全做到空氣模擬對照，消除因氣體開放的沖力對細胞的影響。
[0009]本發明氣源采用工業壓縮氮氣、氧氣、二氧化碳，來源簡便易得；實驗艙和空氣模擬對照艙內各氣體均有單獨氣體管道，使氧艙內氣體的濃度變化迅速；氣體均設有過濾裝置，達到除菌、凈化氣體作用；此外氧艙內設有混和風機，將灌注到艙體內的氣體迅速充分混合，可使氣體濃度迅速達到預設的濃度，彌補艙內氧濃度不易快速改變的不足。
[0010]本發明實驗艙和空氣模擬對照艙底部設有單向閥，可將艙內多余氣體迅速排出艙夕卜，而外界氣體無法進入艙內，保持氧艙常壓狀態，消除了壓力對試驗影響。
[0011]實驗艙內設有特殊氣體管道，可通過流量控制系統調節麻醉藥物等特殊氣體的濃度，混合風機將氣體充分混合，排除氣體混合不均等問題對試驗本身的干擾；另外，麻醉氣體等特殊氣體與氧氣、氮氣、二氧化碳等氣源系統分開，簡化實驗干預條件，降低實驗難度。
[0012]本發明實驗艙內設有溶解氧電極，可實時監測細胞培養基中溶解氧分壓變化，保證低氧或高氧干預時氧濃度變化更符合人類疾病特點。另外，實驗艙和空氣模擬對照艙上方設有加樣孔，便于在不改變艙內氣體環境情況下對細胞進行干預或抽取細胞培養基進行血氣分析或酸堿度檢測。
【附圖說明】
[0013]圖1為多功能細胞模擬艙示意圖
[0014]圖2為多功能細胞模擬艙圖紙
【具體實施方式】
[0015]1.間歇性低氧模型
[0016]原始狀態為常壓常氧，開啟試驗程序，氮氣瓶(19)內的高壓氮氣經過氮氣匯集裝置(20)匯總后并作初步壓力調節，輸入到氮氣減壓器(21)，氮氣壓力再一次調節到0.3KPa，經過氮氣換熱器(22)，程序控制氮氣電磁閥(23)開啟，氮氣流經氮氣流量調節閥
(24)、氮氣滅菌過濾裝置(25)進入氣體濕化裝置(12)，濕潤的氣體經過氣體消音裝置(9)進入試驗艙艙體(27)，同時開啟混和風機(30)，將灌充到實驗艙內的氣體快速充分混合，當艙內氧濃度降至要求濃度時氮氣電磁閥關閉，停止向實驗艙艙體(27)灌注氮氣。灌注氮氣期間，單向閥(28)自動開啟將試驗艙內多余氣體排除艙外，保持艙內常壓，同時電腦控制系統開啟氮氣霧化電磁閥(26)，將氮氣通過氣體濕化裝置(12)霧化，以保證實驗艙內進氮氣期間濕度在45%?70%之間，停止供氮氣后單向閥(28)自動關閉，保證艙外氣體不會回流到艙內，影響設備性能以及試驗結果，同時氮氣霧化電磁閥(26)也關閉。當經歷試驗要求的低氧時間后氧氣電磁閥(5)開啟，將氧氣瓶(1)內高壓氧氣經過氧氣匯集裝置(2)匯總后并作初步壓力調節，輸入到氧氣減壓器(3)，壓力再一次調節到0.3KPa后，經過氧氣換熱器(4)、氧氣電磁閥(5)、氧氣流量調節閥￠)、氧氣滅菌過濾裝置(7)進入氣體濕化裝置(12)，濕潤的氣體經過氣體消音裝置(9)進入試驗艙艙體(27)，同時開啟混和風機(30)，將灌充到試驗艙內的氣體快速充分混合，氧濃度升高到21%左右，氧氣電磁閥(5)關閉，停止向試驗艙艙體(27)灌注氧氣。灌注氧氣期間單向閥(28)自動開啟將試驗艙內多余氣體排除艙外，保持艙內常壓，同時電腦控制系統開啟氧氣霧化電磁閥(32)，將氧氣通過氣體濕化裝置(12)霧化，以保證進氧氣期間試驗艙內濕度在45%?70%之間，停止供氧氣后單向閥(27)自動關閉，保證艙外氣體不會回流到艙內，影響設備性能以及試驗結果，同時氧氣霧化電磁閥(32)也關閉，完成操作所需復氧時間后開始循環整個過程。整個過程二氧化碳瓶(18)內的高壓二氧化碳經過二氧化碳減壓器(17)，二氧化碳壓力再一次調節到0.3KPa，程序控制二氧化碳電動閥(16)開啟，二氧化碳流經二氧化碳換熱器(15)、二氧化碳電磁閥
[16]二氧化碳流量調節閥(11)、二氧化碳滅菌過濾裝置(10)進入氣體濕化裝置(12)，濕潤的氣體經過氣體消音裝置(9)進入試驗艙艙體(27)，同時開啟混和風機(30)，將灌充到試驗艙內的氣體快速充分混合，二氧化碳濃度升高到4%?6%，關閉二氧化碳電磁閥