[發明專利]可實時在位觀測的勻速對稱單軸拉伸細胞力學裝置

在審

• 申請號: 201710165773.9
• 申請日: 2017-03-20
• 公開（公告）號: CN106867888A
• 公開（公告）日: 2017-06-20
• 發明（設計）人: 李曉軍;季葆華
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: C12M1/36
• 分類號: C12M1/36;C12M1/34;C12M1/00
• 代理公司: 北京理工大學專利中心11120
• 代理人: 仇蕾安,楊志兵

技術領域

發明涉及一種力加載裝置，具體涉及一種可實時在位觀測的勻速對稱單軸拉伸細胞力學裝置，屬于生物力學、力學生物學領域。

背景技術

細胞是生命體的基本單位，而細胞的運動、生長過程都少不了力學刺激的參與。隨著對力學調控細胞生長、分裂、遷移、凋亡等研究的深入，發現力學刺激可以顯著影響細胞的個體和群體行為，從微觀尺度的蛋白表達，信號轉導，到亞細胞結構的排列，到細胞尺度的細胞分裂、增殖、分化、凋亡、排列、極化、遷移、傷口愈合，再到宏觀尺度的組織形態和形成。

現有的對細胞進行拉伸加載的裝置，除了對單細胞進行拉伸的光鑷、磁鑷，還有不少是對細胞所粘附的基底膜進行拉伸，如通過抽真空和膜下面的幾何實體配合，實現單軸或準雙軸拉伸，這種裝置下面的幾何實體和底板都不透明，不能實時觀察。還有一些裝置，其基底膜一端固定，另一端移動，這些裝置的基底膜時刻都在變形中，沒有能實時觀測的位置，且裝置不夠緊湊簡潔。還有一些裝置，采用凸輪傳動，對基底膜進行拉伸，但其拉伸速度不是勻速的，且拉伸長度依賴于凸輪幾何形狀，可調范圍較窄。以上所有裝置，都不能實現在顯微鏡上長期培養和實時在位觀測。

發明內容

有鑒于此，本發明提供一種可實時在位觀測的勻速對稱單軸拉伸細胞力學裝置，該裝置對稱拉伸，拉伸速度和拉伸長度可調范圍廣，設定速度后，拉伸過程完全勻速，可安裝于顯微鏡載物臺上進行實時在位觀測。

所述的可實時在位觀測的勻速對稱單軸拉伸細胞力學裝置，包括：動力單元、雙向絲杠、拉伸臂、滑動單元、透明拉伸皿和裝夾平臺；所述雙向絲杠將設置在固定架上的所述動力單元的旋轉運動轉換為直線運動；所述雙向絲杠的左旋螺紋和右旋螺紋上各套接一個螺母，每個所述螺母上固接一個拉伸臂，用于培養細胞的所述透明拉伸皿的兩端分別固接在兩個拉伸臂上，通過兩個拉伸臂對所述透明拉伸皿進行勻速對稱單軸拉伸；同時所述螺母連接滑動單元，通過所述滑動單元保證兩個拉伸臂沿雙向絲杠的軸向平穩移動；所述裝夾平臺與固定架固接在一起，裝夾平臺放置于顯微鏡載物臺上。

在所述透明拉伸皿外罩有柔性可伸縮氣囊；使用時，所述柔性可伸縮氣囊內充入5％二氧化碳和水蒸氣，外部流通設定溫度的空氣。

所述滑動單元包括直線滑軌和能夠沿所述直線滑軌移動的滑塊，所述直線滑軌設置在固定架上，每個所述螺母連接一個滑塊。

還包括用于限制所述拉伸臂沿雙向絲杠軸向移動距離的限位機構。

有益效果：

(1)采用本發明能夠對生長了細胞的拉伸皿進行勻速對稱單軸拉伸，可以在顯微鏡載物臺上進行實時在位觀測。且本裝置的拉伸速度和拉伸長度可調范圍廣，設定速度后，拉伸過程完全勻速。由于是對稱拉伸，拉伸皿中間部分保持位置不變可以在顯微鏡上實時在位觀察。

(2)在拉伸皿外設置氣囊，配合局部細胞培養環境，可以在顯微鏡載物臺上進行實時在位長期觀測。

(3)由于裝夾平臺可放置于顯微鏡載物臺上，故可以隨載物臺移動，配合電動載物臺以及顯微鏡軟件中的多點拍攝模塊，可以實現拉伸前和拉伸變形恢復后的多點對比觀測。

(4)采用雙向滾珠絲杠傳動，傳動平穩，機構是對稱拉伸，在對基底施加相同長度的拉伸時，長度方向上機構結構更簡潔緊湊。

附圖說明

圖1為本發明的勻速對稱單軸基底拉伸細胞力學加載裝置的結構示意圖；

圖2為拉伸裝置長期在位培養觀測細胞的具體實施方案。

其中：1-步進電機、2-電機支架、3-聯軸器、4-滑軌固定架、5-直線滑軌、6-螺尾圓柱銷、7-透明拉伸皿、8-裝夾平臺、9-雙向絲杠、10-拉伸臂、11-拉伸臂固定座、12-螺母座、13-螺母滑塊連接件、14-滑塊、15-氣囊

具體實施方式

下面結合附圖并舉實施例，對本發明進行詳細描述。

本實施例提供一種可安裝于顯微鏡載物臺上進行實時在位長期觀測的勻速對稱單軸基底拉伸細胞力學加載裝置。

如圖1所示，該力學加載裝置包括：動力單元、運動執行單元、透明拉伸皿7、裝夾平臺8和柔性可伸縮氣囊。其中動力單元包括步進電機1及其控制器、驅動器以及電機的聯軸器3和電機支架2；運動執行單元包括：兩個滑塊14、直線滑軌5、雙向絲杠9、螺母座12、拉伸臂10、拉伸臂固定座11和螺母滑塊連接件13。