[發明專利]三維細胞培養支架力學刺激加載裝置

有效

• 申請號: 201610004245.0
• 申請日: 2016-01-06
• 公開（公告）號: CN105482996B
• 公開（公告）日: 2018-01-30
• 發明（設計）人: 尹大川;劉雅麗;何進;李大為;劉永明;陳達;閆二開;周仁斌;何鳳利
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: C12M1/34
• 分類號: C12M1/34
• 代理公司: 西北工業大學專利中心61204
• 代理人: 顧潮琪

技術領域

本發明屬于生物力學領域，涉及一種對三維細胞培養支架施加循環往復拉伸壓縮力學刺激的裝置。

背景技術

生物體內的細胞處在一個充滿各種力學刺激的環境中，運動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，生活中即使是一個簡單的動手指動作都會給體內細胞帶來力學刺激。眾所周知，運動有益身體健康，在體內，正常的生物力學刺激也是骨組織平衡、胚胎發育等正常生理過程所必需的，有研究發現，不同的力學刺激會對細胞的生長、增殖、分化等生命活動產生很大的影響，異常的生物力學刺激也會產生如骨質疏松等疾病。

拉伸和壓縮是體內最常見的力學刺激，多年來眾多研究者加入到細胞體內力學刺激的體外模擬研究中。目前關于拉伸和壓縮力學刺激下細胞作用的研究主要包括兩個方面：一種是二維培養條件下的力學刺激，包括對彈性膜的兩點力學拉伸、四點力學拉伸以及氣壓式力學作用等，通過膜的彈性作用對培養在彈性膜上的細胞產生力學刺激作用，這種加載方式最大的缺點是彈性膜上各個部分的形變不均一；一種是三維培養條件下的力學刺激，包括固定形變下的力學刺激，即研究固定應力或應變條件對細胞培養的影響，這種研究屬于靜態力學刺激下的細胞培養研究。動態力學刺激下的細胞培養研究有利用壓電陶瓷片、絲杠、連桿機構等實現的力學刺激，這些機構的共同缺點在于穩定性不夠。

發明內容

為了克服現有技術的不足，本發明提供一種三維細胞培養支架力學刺激加載裝置，利用偏心輪將圓周運動轉換成水平運動對三維細胞培養支架及培養在支架上的細胞施加拉伸和壓縮力學刺激，該種方法具有原理和結構簡單、成本低廉、操作方便、工作穩定的優勢，配套培養皿和夾持裝置可減少對細胞的污染。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：包括電機、偏心輪、滑塊、滑軌、夾板和培養皿。

所述的電機驅動偏心輪轉動，偏心輪推動滑塊沿滑軌遠離電機轉軸運動，滑塊在彈簧的作用下沿滑軌朝向電機轉軸運動；所述培養皿的兩側各開一個通孔，兩塊平行的夾板位于培養皿中，穿過培養皿的通孔，分別與滑軌和滑塊相連，實驗樣品夾在左右兩塊夾板之間，放置于培養皿中；所述的實驗樣品為接種了細胞的三維細胞培養支架。

所述的偏心輪是一個沿直徑方向挖有通孔槽的圓盤，通過調節電機轉軸在通孔槽的位置控制滑塊運動的振幅。

本發明的有益效果是：

本發明提供了一種新的細胞力學刺激加載體系，即利用偏心輪將圓周運動轉換成水平運動，該種方法具有原理和結構簡單、成本低廉、操作方便、工作穩定的優勢。

本發明可為三維細胞培養支架及培養在支架上的細胞施加持續周期往復可調左右拉伸和壓縮力學刺激。

本發明設計了配套培養皿和夾持裝置，可從最大程度上減少對細胞的污染。

附圖說明

圖1是三維細胞培養支架力學刺激加載裝置俯視圖；

圖2是三維細胞培養支架力學刺激加載裝置主視圖；

圖3是配套培養皿整體透視圖；

圖4是配套培養皿與夾持裝置的配合圖；

圖中，1—電機固定座；2—電機；3—滑塊；4—軸承；5—偏心輪；6—滑軌固定座；7—彈簧；8—夾板固定板；9—夾板；10—培養皿；11—樣品；12—底座；13—滑軌；14—通孔槽；15—滾珠；16—皿蓋；17—夾持裝置出口槽；18—皿身。

具體實施方式

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。

本發明提供一種對三維細胞培養支架施加力學刺激的加載裝置，由驅動系統、傳動系統、夾持裝置和配套培養皿組成，驅動系統通過傳動系統將圓周運動轉換為夾持裝置的水平運動，進而對夾持的細胞培養三維支架及培養在支架上的細胞施加水平拉伸和壓縮力學刺激。

上述裝置選用電機作為驅動系統，所用電機可選用但不限于直流電機、步進電機、同步電機，通過調節電機的轉速可以調節運動的頻率。

上述傳動系統由偏心輪、彈簧、滑軌組成。滑軌固定，滑塊在滑軌中可左右運動。電機帶動偏心輪旋轉，偏心輪和彈簧分別推動和拉回滑塊，使滑塊左右運動。

上述偏心輪是一個沿直徑方向挖有通孔槽的圓盤，通過調節電機轉軸在通孔槽的位置可以控制運動的振幅，當電機轉軸在圓盤圓心時，滑塊不做運動。

上述滑軌可選用但不限于圓形滑軌、矩形滑軌、圓柱形滑軌。