[发明专利]一种力学模态可调的多用途旋转生物培养器

说明书

本发明公开了一种力学模态可调的多用途旋转生物培养器，培养器安装在由支撑底座和传动系统支撑的旋转支架上，旋转支架安装在传动系统的主动轴和从动轴上，电机驱动同步带动主动轴与从动轴共同支撑旋转支架旋转。该旋转培养器基于二氧化碳孵箱运行，能够利用旋转支架和培养器的不同安装方式调节多种力学加载模态并通过转速设置定量控制培养器细胞培养基底的离心力水平，同时可利用修饰细胞培养基底硬度和微结构等方法调节细胞生长环境的物理性质。根据设定的条件可实现对细胞等研究对象的单项或复合力学加载，可用于不同重力水平生物学效应模拟和细胞粘附等生物力学研究。

技术领域

本发明属于生物、医疗器械设备技术领域，具体涉及一种力学模态可调的多用途旋转生物培养器。

背景技术

旋转培养器一般指绕水平轴旋转的密闭式细胞或其他生物样品培养系统，实验室中使用的旋转培养器可利用其能够悬浮培养的特性进行组织块三维培养，或者利用其绕水平轴连续旋转特性降低或消除实验对象对固定重力方向的感知而进行微重力生物学效应模拟。在微重力生物学效应模拟应用中，另外还有一类绕双轴随机旋转的仪器，在广义上也属于旋转培养器，称为随机定位仪(Random Positioning Machine,RPM)，主要利用三维连续随机旋转特性降低或消除实验对象对固定重力方向的感知。这些应用都利用了其培养系统的特殊力学条件，主要是重力条件和离心力条件。在以力学条件为主要参变量的应用中，如何定量控制力学参数是一个关键问题。在微重力生物学效应模拟应用中，一方面要利用连续旋转消除活样品对固定重力方向的感知，同时还需要排除一系列机械力和其他条件的干扰，如气泡、流体剪切、离心力、气体交换以及操作方式的干扰等。

转筒式旋转培养器是一类典型的绕水平轴旋转的培养器，采用悬浮培养方式(培养贴壁生长的细胞时，需要将细胞先培养在微载体上，然后再通过转筒的旋转将微载体悬浮)，可用于细胞或组织块悬浮培养以及微重力生物学效应模拟。该种类型的旋转培养器一般考虑了液密容器气体交换的需求，并考虑了接种细胞时排除气泡的需求。作为悬浮培养方式的转筒式培养器，培养物可能悬浮在任意旋转半径的位置，因此这类旋转培养器是无法定量控制离心力的。由于大量悬浮粒子和液体间存在相互运动，流体剪切的定量控制也比较困难。RPM类双轴旋转培养器可以适用于不同形状的培养容器，并可用于悬浮和贴壁两种方式的培养，但其目的主要是利用随机指向旋转消除生物样品的固定重力方向感知，显然也不能对离心力进行恒定的定量控制。在采用悬浮培养方式时，RPM培养器也存在悬浮粒子(细胞或微载体或微组织块)和液体间的相互运动，无法定量控制流体剪切水平。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种力学模态可调的多用途旋转生物培养器，具体的是：一种基于二氧化碳孵箱运行的力学模态可调的多用途旋转生物培养器，通过培养器的不同安装方式，结合转速调节和其他辅助控制，可以定量控制力学条件，满足多类细胞生物力学研究的需求。

本发明采取的技术方案为：

一种力学模态可调的多用途旋转生物培养器，包括：培养器、支撑底座、传动系统、旋转支架和电机，所述培养器安装在由支撑底座和传动系统支撑的旋转支架上，旋转支架安装在传动系统的主动轴和从动轴上，电机驱动同步带动主动轴与从动轴共同支撑旋转支架旋转；

所述培养器包括培养器主体、培养基底、密封垫和上压板、下压板，所述培养器主体、密封垫和培养基底自上而下通过上压板、下压板压合，在密封垫的高度范围内形成一个培养腔室，密封垫(3)使用透气硅胶材料制备而成以满足细胞气体交换需求；所述培养器主体两端设置有进口端液路接头和出口端液路接头，二者的自由端分别与软管连接且封堵，进口端液路接头与进口端导液槽相通，出口端液路接头与出口端导液槽a相通。

进一步的，所述支撑底座包括：底座底板，以及安装在底座底板上的前轴承座、中轴承座、后轴承座、电机底座和电机座。