[发明专利]数控机械应变细胞加载实验机

说明书

技术领域

本发明涉及一种数控机械应变细胞加载实验机，属于细胞力学领域，用于对体外培养细胞施加机械应变，研究机械应变对细胞的作用。

背景技术

细胞力学是现代生物力学发展的前沿领域，主要研究力学载荷对细胞形态、生长分化、功能等的影响，是组织工程和细胞工程的基础之一。由于体内环境异常复杂，体内细胞力学实验难以区别力学因素与其它因素对细胞的作用，因此对体外培养的细胞进行力学加载实验是细胞力学研究的重要方法。

细胞力学研究的基础和关键是细胞力学加载技术和加载装置的研究。寻找合适的细胞力学加载方法是细胞力学所面临的首要问题。

目前主要的体外细胞力学实验方法有单细胞力学实验方法、离心力加载技术、流变学加载技术、压力加载技术、基底形变加载技术等几种。其中基底形变加载技术以弹性膜作为基底材料，通过机械牵拉矩形弹性膜，或利用气压、液压和机械接触引起弹性底面的形变，使附着于该底面的细胞受到牵张力，加力方式合理，符合体内多数细胞受力特点，且不限制实验周期，是一种较为理想的实验装置。基底形变加载技术主要有矩形基底拉伸法、圆形基底形变法和四点弯曲梁加载法这三种。

国外学者Hasegawa S，Sato S，Saito M，Suzuki Y，Brunette DM在《Calcified tissue international》37卷431-436页发表题为Mechanical stretching increases the number of cultured bone cellssynthesizing DNA and alters their pattern of protein synthesis的文章，文中描述了一种基于圆形基底形变法的体外细胞力学加载装置，使用砝码对凸形压板上附着有细胞的弹性膜施加连续或间歇性拉伸，膜拉伸的程度随所用压板的曲率不同而变化，但该装置无法对细胞进行动态加载，不能通过计算机对装置进行自动化控制，且难以精确调整对细胞加载的应变量，限制了该装置在体外细胞力学研究中的应用。国外学者Banes AJ，Gilbert J，Taylor D，Monbureau 0在《Journal of cellscience》75卷35-42页发表题为A new vacuum-operatedstress-providing instrument that applies static or variabledurat ion cyclic tension or compress ion to cells in vitro的文章，文中也描述了一种基于圆形基底形变法的体外细胞力学加载装置，该装置利用真空产生的负压使细胞培养皿底产生变形从而对细胞进行力学加载，该装置可以对细胞进行动态加载，但不能通过计算机对装置进行自动化控制，且对细胞加载的应变量很小，最大仅能对细胞加载0.13％的应变，因此限制了其在体外细胞力学研究中的应用范围。

发明内容

本发明的目的在于提供一种数控机械应变细胞加载实验机，通过计算机精确控制，可对体外培养细胞加载不同强度、频率和时间的动态机械拉伸应变，具有输出应变范围大、精度高、操作方便、显示直观等特点。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

数控机械应变细胞加载实验机包括计算机、控制器、机械应变器。控制器采用单片机控制带有光电编码器位移反馈的步进电机，步进电机驱动精密凸轮传动系统带动球冠形顶板往返运动，球冠形顶板顶压弹性底细胞培养皿，进而使细胞受到机械拉伸应变作用，实现对细胞加载机械应变。

依照以上技术特征，弹性底细胞培养皿由上压圈、下压圈、弹性硅橡胶膜、聚四氟乙烯预紧压圈、锁紧螺圈和有机玻璃透明培养皿盖组成。弹性硅橡胶膜由上压圈和下压圈夹持，旋紧锁紧螺圈使聚四氟乙烯预紧压圈将弹性硅橡胶膜绷紧，防止弹性硅橡胶膜在细胞培养基重力作用下下沉，有机玻璃透明培养皿盖可防止培养细胞污染并且便于在显微镜下观察细胞。弹性底细胞培养皿组装好后除有机玻璃透明培养皿盖外，可采用高温高压整体消毒灭菌，有机玻璃透明培养皿盖可采用钴⁶⁰照射或紫外线照射消毒灭菌。细胞接种于弹性底培养皿中，待细胞贴壁生长后即可将弹性底培养皿安装于数控机械应变细胞加载实验机上，对细胞加载机械应变。