[实用新型]培养液可更换型长时程细胞微重力回转装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种生物医学实验设备，特别是具有细胞培养液循环更换能力的培养液可更换型长时程细胞微重力回转装置。

背景技术

生活在地球上的人类无时无刻不在受到重力的作用。在长期的进化过程中，人类已经适应了地球表面的1G重力环境。然而在航天失重环境下，流体静压消失，体液头向分布，引发机体各生理系统出现一系列的适应性变化，对心血管系统、肌肉骨骼系统、前庭神经系统、血液系统、免疫系统等产生不良影响，严重影响航天飞行人员空间工作能力和飞行任务的完成，同时返回地面后出现立位耐力下降、运动能力下降等再适应不良的症状。随着世界各国深空探测项目展开，星际间长时程旅行逐渐成为现实，开展微重力环境对生物体状态的影响等相关研究，具有重要意义。

细胞回转器（Clinostat）是近年开发的一种可进行细胞培养的模拟微重力装置。通常情况下，细胞回转器由数个回转舱及相关控制系统组成。回转舱可经控制系统控制按照一定速度围绕水平轴匀速旋转，舱中可固定数枚特制载玻片，并可盛入细胞培养液。进行细胞模拟失重研究时，首先在细胞培养瓶中培养细胞，使得细胞爬满载玻片，然后将载玻片固定在含有新鲜配置的细胞培养液的回转舱中，按照固定速度旋转回转舱。在旋转过程中，保持回转舱被细胞培养液完全充满，不能含有任何气泡，防止旋转过程中气泡对载玻片表面细胞的冲击。持续旋转过程中，重力向量不断变化，细胞不能持续感受同一个方向的重力向量。一般认为该状态与微重力状态产生相同的生物学效应。这也是采用回转器作为模拟失重装置的理论依据。在空间站或者宇宙飞船上，重力强度约为10^-4g，细胞回转器在30转/分旋转时，可以产生10^-3g。这足以进行重力细胞生物学的相关研究，探讨生物体在微重力环境下的生理病理改变及其相关机制，为长时程空间飞行提供防护策略。

持续旋转过程中，回转舱是一个密闭的充满细胞培养液的完整体。按照研究需要，经常需要持续24h至48h回转，为了研究长时程微重力状态对生理机能的影响，甚至需要72h或者更长时间的持续回转。培养细胞在培养液中吸取蛋白质、氨基酸、葡萄糖、生长因子等营养养分，同时释放代谢产物到培养液中，使得培养液的成分和pH值等发生变化。正常情况下1-2天就要更换细胞培养液，以保持培养细胞拥有足够的养分，保证细胞状态免受代谢产物干扰。在开展相关研究时，遇到的一个棘手问题是：细胞回转状态下为了保持微重力状态，同时防止气体进入培养液，无法进行培养液的更换。在观察长时程微重力状态（72h或者更长）对生物体机能的影响时，培养细胞既不能及时得到必须的养分，又将受到自身代谢产物的影响，这必将干扰实验结果的解读。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种在回转器持续回转、保持微重力状态下，能够自动更换细胞培养液，保证长时程细胞回转时细胞拥有足够养分、免受代谢产物干扰的培养液可更换型长时程细胞微重力回转装置。

本实用新型的目的通过以下方式实现：培养液可更换型长时程细胞微重力回转装置，其特征是：至少包括：细胞培养液单元、细胞培养液置换单元和控制单元；控制单元首先记录细胞置换液排出口或细胞置换液排入口的初始位置，控制单元控制细胞培养液单元中的第一电机以某一频率f转动在模拟微重力工作状态下，通过输出步长记录细胞置换液排出口或细胞置换液排入口的工作实时位置；

更换细胞培养液时，控制单元记录细胞培养液置换单元中细胞置换液出管和细胞置换液入管的初始位置；控制单元控制细胞培养液置换单元中第二电机以加速度转动，通过调速使细胞置换液排出口、细胞置换液出管，细胞置换液排入口和细胞置换液入管进行精确对位，对位精度取决于步长设计，使细胞置换液排出口和细胞置换液出管同心，细胞置换液排入口和细胞置换液入管同心，同时在模拟微重力工作状态下工作；

控制单元通过无线控制液压系统工作，通过第一油压泵吸入第一贮油腔的油向液压缸下腔注油，通过缸体上移使细胞置换液出管插入细胞置换液排出口，使细胞置换液入管插入细胞置换液排入口；由细胞置换液油压泵将细胞置换液从细胞置换液腔置入细胞培养液单元，并将时间长的细胞培养液置出至置出细胞置换液腔，直至更换完时间长的细胞培养液，然后，细胞培养液置换单元脱离细胞培养液单元。