[发明专利]一种空间细胞生物力学实验系统

说明书

本发明实施例提供一种空间细胞生物力学实验系统，包括：第一多通道夹管阀(1)、第二多通道夹管阀(2)、第一微型蠕动泵(3)、第二微型蠕动泵(4)、气泡截留及气体交换单元(5)和培养器(6)；该实验系统通过流动剪切控制、气泡隔离以及培养器基底修饰等手段，规范和量化了空间细胞培养实验的力学微环境，并通过防力学微环境干扰措施，达到分析重力条件变化和其它力学条件变化对细胞功能影响的目的。另外，实验系统液体回路全密闭，可以整体高压灭菌以防止污染和便于实验过程的全自动换液、循环、固定操作以及原位在线显微观察，从而适用于空间微重力条件下的细胞生物力学实验研究。

技术领域

本发明实施例涉及生物技术领域，尤其涉及一种空间细胞生物力学实验系统。

背景技术

在进行空间细胞微重力效应研究时，重力条件的变化往往受其它力学或物理条件所影响，为了分析重力变化和其它力学条件变化对细胞的影响，需要对细胞生长的力学微环境进行规范和量化。空间微重力下的细胞培养面临一系列与地面完全不同的特殊问题，而失重环境导致流体行为的改变也使地面常规细胞培养方法和操作基本失效。地面细胞培养一般情况下培养液是静止的，重力引起的自然对流可促进物质交换，在空间进行细胞培养由于对流消失物质交换效率下降，往往需要泵驱动培养液流动满足细胞物质交换需求。而流动造成的流体剪切力将成为力学环境的干扰因素，所以必须控制流体剪切水平。一旦培养液中存在较多气泡，流动剪切水平将难以定量控制，从而对细胞生长的力学环境量化带来困难。而由于细胞的代谢以及温度变化引起的气体溶解度变化等原因，培养液内出现气泡是不可避免的，气泡的存在不仅会影响流体动力学条件，还可能因气泡滞留于细胞生长处，给细胞营养供应带来障碍，从而影响实验结果。在地面常重力下气泡可因浮力自然排出，微重力下必须考虑额外的措施。

此外，地面的细胞培养实验一般不需要密封，只需有容器盖即可，培养液可以直接与环境间进行气体交换，而在空间进行细胞培养为防止由于失重(微重力环境)引起液体溢出必须采用密封方式，随之带来气体交换问题。对于空间实验，一般无法像在地面一样随时可由实验人员操作，多为自动化操作，加之空间实验成本高昂，与地面相比，对实验装置的可靠性要求极高。实验装置结构过于复杂或操作步骤过于繁琐，将容易造成实验样品污染，降低可靠性导致实验失败。增加诸如排气泡、气体交换装置以及对液路流体的控制也要求以尽可能简便的方式来实现。另外，地面细胞培养使用常规的一次性培养器皿，结构简单，利于拿到显微镜下观察，在空间进行细胞培养需要专用的密封容器，而且由于自动化操作还需要考虑原位在线显微观察手段以监测细胞的生长状态。

微重力环境带来的系列问题，与空间实验对自动化操作的需求以及空间资源利用的高代价等因素叠加在一起，给空间细胞微重力效应实验研究带来诸多技术瓶颈，其中主要是如何满足对细胞生长力学环境量化控制的需求和高可靠性、自动化操作的需求。

鉴于上述原因，空间细胞培养实验需要设计特殊的容器系统，一方面要满足细胞生长的基本条件，另一方面还要适合于空间的特殊物理环境和操作条件限制。此外，代价高昂且机会稀少的空间实验对装置设备的可靠性要求很高，因此还要在满足实验需求的前提下尽可能地简化实验系统的复杂度，提升可靠性。

发明内容

鉴于上述背景，本发明实施例提供了一种空间细胞生物力学实验系统，具体包括：

第一多通道夹管阀1、第二多通道夹管阀2、第一微型蠕动泵3、第二微型蠕动泵4、气泡截留及气体交换单元5和培养器6；