動態非接觸式細胞力學刺激加載裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于生物力學領域，涉及一種細胞力學刺激加載裝置。
【背景技術】
[0002]生物體內的細胞無時無刻不受到力學刺激的作用，打球時骨骼運動對細胞產生拉伸、收縮、扭轉等作用，吃飯時消化道的蠕動、體液流動造成的剪切力作用等。作為生命的基本單元，細胞僅靠一層薄而軟的細胞膜作為對外界的屏障，細胞內的細胞骨架及細胞內基質為其提供一定的力學支撐作用，在不同的力學環境下，細胞的生長、增殖、分化等生命活動都受到重要影響。Altman GH等人研究發現，單獨對三維培養條件下的細胞施加張應變可以誘導骨髓間充質干細胞向韌帶樣細胞分化;早期研究者還研究了流體對白細胞變形、剛度以及偽足生成和粘附的影響。
[0003]對細胞的力學刺激方式包括接觸式力學刺激和非接觸式力學刺激。接觸式力學刺激方式是指直接接觸細胞后對細胞產生力學刺激作用，如拉伸力、壓縮力、流體剪切力、摩擦力等。從細胞培養的方式來看主要包括兩個方面:一種是二維培養條件下的力學刺激，主要是利用彈性膜的彈性作用對培養在膜上面的細胞施加力學刺激作用；另一種是三維培養條件下的力學刺激，包括固定形變的力學刺激，即給細胞培養支架施加一定的力使其產生形變，在固定的應變條件下培養細胞，此外還有利用絲杠、連桿、壓電陶瓷片等機構對細胞培養支架施加往復拉伸壓縮力學刺激等。
[0004]非接觸式力學刺激是指在不接觸細胞的情況下對細胞施加力學刺激，包括電場力、磁場力等。磁場力下的細胞研究包括永磁場和電磁場下的靜磁場力研究，目前尚且缺乏動態磁場力下的細胞培養研究，然而生物體所處環境復雜多變，在動態磁場力下細胞的生長、分化、增殖等生理過程會發生一系列的變化，靜態下的研究已經不能滿足科研的需要。

【發明內容】

[0005]為了克服現有技術的不足，本發明提供一種動態非接觸式細胞力學刺激加載裝置，能夠實現多種動態非接觸式力學刺激加載方式，對細胞施加空間非接觸擠壓式、周期漸變式、多方位均勻式多種形式的力學刺激作用，并為其構建了一個體外細胞培養環境。
[0006]本發明解決其技術問題所采用的技術方案是:包括培養腔、箱體、空氣壓縮機、CO2罐、氣體流量計、增濕皿、永磁體、旋轉盤和電機。
[0007]所述的培養腔是帶有可開啟腔蓋的密閉腔體，腔壁內開有若干管道連通循環水浴;培養腔固定在箱體內，箱體內填充隔熱材料;空氣壓縮機和CO2罐的輸出有氣體流量計進行配比控制后輸入培養腔內；培養腔內放置若干增濕皿，用濕度測量儀檢測培養腔內的濕度;兩個相同的旋轉盤在電機驅動下圍繞同一垂直轉軸旋轉，每個旋轉盤上均安裝有永磁體，兩個旋轉盤之間安裝有載物臺，載物臺上放置實驗對象，載物臺固定不旋轉。
[0008]所述空氣壓縮機輸出的空氣與0)2罐內輸出的CO2分別經由氣體流量計控制流速后混合，在混合氣體輸出端用0)2測量儀檢測輸出CO2的濃度，反饋調節氣體流量計流量，直至CO2濃度為所需濃度。
[0009 ]所述的永磁體包括但不限于釹鐵硼、釤鈷、鋁鎳鈷、天然磁石和銅鎳鐵磁體。
[0010]所述的兩個旋轉盤間距能夠調整。
[0011 ]所述的兩個旋轉盤上相對的永磁體的極性關系為N-N、N-S或S-S。
[0012]所述的永磁體形狀包括但不限于圓柱形和空心圓柱形;所述的圓柱形永磁體安裝于長方體旋轉盤的兩端;所述的空心圓柱形永磁體安裝在圓柱形旋轉盤內，永磁體與旋轉盤同軸。
[0013]所述旋轉盤的轉軸為導磁材料，兩個旋轉盤相背一側均安裝有導磁板。
[0014]所述的培養腔內還安裝了與永磁體相同形狀尺寸但未充磁的金屬，并用與永磁體相同的方式安裝于同樣的旋轉盤內，作為原有實驗組的對照組;實驗組和對照組的轉軸在電機的驅動下采用同步帶實現同步轉動;所述的實驗組與對照組之間用隔磁板隔開。
[0015]本發明的有益效果是:
[0016]本發明采用永磁體，具有成本低、結構簡單的優勢，與電磁體相比，永磁體在充磁后能永久保持磁性，不需要耗能，且沒有額外熱量產生。
[0017]本發明提供了多種新的動態非接觸力學刺激環境，可為細胞施加空間非接觸擠壓式、周期漸變式、多方位均勻式多種形式的力學刺激作用。
[0018]本發明的實驗組和對照組在同一個腔體內，除磁場環境外的其他外界條件相同。
[0019]本發明可用于研究動態非接觸力學刺激對多種細胞或生物的不同生理過程的影響。
【附圖說明】
[0020]圖1是動態非接觸式細胞力學刺激加載裝置整體圖；
[0021]圖2是箱體及其內部構造示意圖；
[0022]圖3是轉盤與傳動系統示意圖；
[0023]圖4是圓柱形磁體與旋轉盤的裝配圖；
[0024]圖5是空心圓柱形磁體與旋轉盤的裝配圖；
[0025]圖中，I一循環水浴;2—轉速控制器;3—箱體;4 一流量計；5—二氧化碳觸；6—空壓機;7一通氣孔;8一腔蓋;9一培養腔；10一旋轉盤；11一隔磁板；12一轉軸；13一導磁板；14一載物臺；15一電機;16—同步帶；17—永磁體;18—間距調節孔。
【具體實施方式】
[0026]下面結合附圖和實施例對本發明進一步說明，本發明包括但不僅限于下述實施例。
[0027]本發明提供一種動態非接觸式細胞力學刺激加載裝置，由動態非接觸式力學刺激體系和模擬細胞體內生長環境組成。在一個密閉腔體內用旋轉的永磁體為細胞構造非接觸式細胞力學刺激加載環境，并模擬人體內細胞生長環境，在密閉腔體內構造一個類似于細胞培養箱的細胞培養空間。密閉腔體內溫度、濕度及氣體環境等可調。
[0028]上述密閉腔體外建造箱體，箱體內填滿隔熱材料，如泡沫。腔壁內挖有若干水槽，水槽與外部循環水浴接通以控制腔體內的溫度，溫度在0°C至100°C可調，箱體內的隔熱材料為腔體保溫。
[0029]上述培養腔內CO2氣體環境由氣體流量計將壓縮空氣與CO2配比而成。由空壓機輸出的空氣與0)2罐內輸出的CO2分別經由氣體流量計控制流速后混合在一起，在混合氣體輸出端用CO2測量儀檢測輸出CO2的濃度，調節流量計流量至CO2濃度為所需濃度后由箱蓋與腔蓋上的通氣孔通入腔體內，腔體內CO2的濃度在O %至100 %之間可調。
[0030]上述培養腔內的濕度由若干增濕小皿控制，用濕度測量儀檢測腔體內濕度，腔體內濕度最尚可達到99%。
[0031 ]上述永磁體可選用但不限于釹鐵硼、釤鈷、鋁鎳鈷、天然磁石、銅鎳鐵磁體。
[0032]上述磁體安裝于旋轉盤內，兩旋轉盤由轉軸固定在一起，上下兩旋轉盤內均安裝有磁體，兩轉盤之間安裝有載物臺，實驗對象放置于載物臺上，載物臺通過培養腔內的固定架固定，不隨轉盤一起轉動。
[0033]上述兩旋轉盤間距可調，即磁體間間距可調，兩相對的磁體極性可以是以下三種:N-N、N-S和S-S ο磁體形狀包括圓柱形磁體和空心圓柱形磁體，并設計了相對應的旋轉盤。
[0034]上述圓柱形磁體安裝于長方體旋轉盤的兩端，當旋轉盤靜止時，可以給放置在載物臺上的細胞施加恒定的非接觸力，且當磁體安裝方式為N-N時，放置于兩磁體正中位置的細胞受到的是兩個大小相同方向相反的擠壓力；當旋轉盤旋轉時，放置于載物臺上的細胞受到的是周期漸變式非接觸力。
[0035]上述空心圓柱形磁體的配套