[發明專利]一種空間細胞生物力學實驗系統

有效

• 申請號: 201810431479.2
• 申請日: 2018-05-08
• 公開（公告）號: CN108611270B
• 公開（公告）日: 2021-01-01
• 發明（設計）人: 孫樹津;王成之;陳勤;龍勉
• 申請（專利權）人: 中國科學院力學研究所
• 主分類號: C12M3/00
• 分類號: C12M3/00;C12M1/36;C12M1/00
• 代理公司: 北京和信華成知識產權代理事務所(普通合伙) 11390
• 代理人: 胡劍輝

本發明實施例提供一種空間細胞生物力學實驗系統，包括：第一多通道夾管閥(1)、第二多通道夾管閥(2)、第一微型蠕動泵(3)、第二微型蠕動泵(4)、氣泡截留及氣體交換單元(5)和培養器(6)；該實驗系統通過流動剪切控制、氣泡隔離以及培養器基底修飾等手段，規范和量化了空間細胞培養實驗的力學微環境，并通過防力學微環境干擾措施，達到分析重力條件變化和其它力學條件變化對細胞功能影響的目的。另外，實驗系統液體回路全密閉，可以整體高壓滅菌以防止污染和便于實驗過程的全自動換液、循環、固定操作以及原位在線顯微觀察，從而適用于空間微重力條件下的細胞生物力學實驗研究。

技術領域

本發明實施例涉及生物技術領域，尤其涉及一種空間細胞生物力學實驗系統。

背景技術

在進行空間細胞微重力效應研究時，重力條件的變化往往受其它力學或物理條件所影響，為了分析重力變化和其它力學條件變化對細胞的影響，需要對細胞生長的力學微環境進行規范和量化。空間微重力下的細胞培養面臨一系列與地面完全不同的特殊問題，而失重環境導致流體行為的改變也使地面常規細胞培養方法和操作基本失效。地面細胞培養一般情況下培養液是靜止的，重力引起的自然對流可促進物質交換，在空間進行細胞培養由于對流消失物質交換效率下降，往往需要泵驅動培養液流動滿足細胞物質交換需求。而流動造成的流體剪切力將成為力學環境的干擾因素，所以必須控制流體剪切水平。一旦培養液中存在較多氣泡，流動剪切水平將難以定量控制，從而對細胞生長的力學環境量化帶來困難。而由于細胞的代謝以及溫度變化引起的氣體溶解度變化等原因，培養液內出現氣泡是不可避免的，氣泡的存在不僅會影響流體動力學條件，還可能因氣泡滯留于細胞生長處，給細胞營養供應帶來障礙，從而影響實驗結果。在地面常重力下氣泡可因浮力自然排出，微重力下必須考慮額外的措施。

此外，地面的細胞培養實驗一般不需要密封，只需有容器蓋即可，培養液可以直接與環境間進行氣體交換，而在空間進行細胞培養為防止由于失重(微重力環境)引起液體溢出必須采用密封方式，隨之帶來氣體交換問題。對于空間實驗，一般無法像在地面一樣隨時可由實驗人員操作，多為自動化操作，加之空間實驗成本高昂，與地面相比，對實驗裝置的可靠性要求極高。實驗裝置結構過于復雜或操作步驟過于繁瑣，將容易造成實驗樣品污染，降低可靠性導致實驗失敗。增加諸如排氣泡、氣體交換裝置以及對液路流體的控制也要求以盡可能簡便的方式來實現。另外，地面細胞培養使用常規的一次性培養器皿，結構簡單，利于拿到顯微鏡下觀察，在空間進行細胞培養需要專用的密封容器，而且由于自動化操作還需要考慮原位在線顯微觀察手段以監測細胞的生長狀態。

微重力環境帶來的系列問題，與空間實驗對自動化操作的需求以及空間資源利用的高代價等因素疊加在一起，給空間細胞微重力效應實驗研究帶來諸多技術瓶頸，其中主要是如何滿足對細胞生長力學環境量化控制的需求和高可靠性、自動化操作的需求。

鑒于上述原因，空間細胞培養實驗需要設計特殊的容器系統，一方面要滿足細胞生長的基本條件，另一方面還要適合于空間的特殊物理環境和操作條件限制。此外，代價高昂且機會稀少的空間實驗對裝置設備的可靠性要求很高，因此還要在滿足實驗需求的前提下盡可能地簡化實驗系統的復雜度，提升可靠性。

發明內容

鑒于上述背景，本發明實施例提供了一種空間細胞生物力學實驗系統，具體包括：

第一多通道夾管閥1、第二多通道夾管閥2、第一微型蠕動泵3、第二微型蠕動泵4、氣泡截留及氣體交換單元5和培養器6；