[发明专利]可变形曲面上细胞流体应力加载方法、装置及实验平台

说明书

技术领域

本发明涉及生物力学领域，具体涉及一种可变形曲面上细胞流体应力加载方法及装置，用于研究各种细胞在可控的流体应力状态下的反应。

背景技术

在医学研究中，人们发现人体组织中的细胞（如血管内皮细胞、角膜内皮细胞等）受到流体（如血液、房水）应力（流体切应力和压力）的影响而发生形态（形状大小、细胞密度等）和生物学特性（如细胞内皮通透性、细胞因子表达、DNA合成等）的改变，因此观察流体应力对细胞的影响具有重要意义。但是，活体中观测流体应力对细胞形态和生物学特性影响规律非常困难。为解决此问题，需要使用体外培养细胞的方法，并进行细胞流体应力加载实验。

目前通常所用的流体应力加载装置大多采用平板流动腔，然而平板流动腔的上、下壁面是平面而且固定不能改变的，平板流动腔中各个截面的流体应力相同。对于生长在曲面上的生物细胞（如角膜内皮细胞），其所受到的应力随细胞所处的位置而变化，因此平板流动腔对原本生长在曲面上细胞加载流体应力的结果与细胞在活体内时的情况不同。

发明内容

本发明的第一目的在于提供一种可变形曲面上细胞流体应力加载方法，能够使生物细胞受到不同的流体应力，以便观察分析生物细胞在不同受力状态下的形态和生物学特性变化规律。

本发明的第二目的在于提供一种可变形曲面上细胞流体应力加载装置，提供不同的生物细胞应力状态，以便观察分析生物细胞在不同受力状态下的形态和生物学特性变化规律。

本发明的第三目的在于提供一种基于可变形曲面上细胞流体应力加载装置的细胞应力加载实验平台，提供不同的生物细胞应力状态，观察分析生物细胞在不同受力状态下的形态和生物学特性变化规律。

一种可变形曲面上细胞流体应力加载方法，涉及流动腔和压力腔，流动腔与压力腔之间采用透明弹性膜隔离，透明弹性膜面向流动腔的表面预接种有生物细胞，流动腔充满细胞培养液，通过压力腔向透明弹性膜施加压力使其产生变形，并通过蠕动泵驱动细胞培养液在流动腔内循环流动，从而向生物细胞施加流体切应力和压力。

进一步地，还从压力腔顶部开设设置射流入口，通过射流入口向流动腔内泵入细胞培养液，通过调节射流入口处进入细胞培养液的流量大小，改变在流动腔内生物细胞所受压力状态。

实现所述应力加载方法的可变形曲面上细胞流体应力加载装置，从上往下依次包括夹持固定在一起的第一盖片7、第一密封垫8、透明弹性膜9、第二密封垫10和第二盖片11；第一盖片7上开有流动出口孔12和流动入口孔13，第二盖片11上开有注射器连接孔15；第一盖片7、第一密封垫8和透明弹性膜9之间形成流动腔16，透明弹性膜9、第二密封垫10和第二盖片11之间形成压力腔17。

进一步地，所述第一盖片7上还开有射流入口孔14。

进一步地，透明弹性膜为硅胶膜、乙烯-醋酸乙烯共聚物或热塑性聚氨酯弹性体橡胶。

一种基于所述的可变形曲面上细胞流体应力加载实验平台，包括可变形曲面上细胞流体应力加载装置、压力腔调节注射器、蠕动泵和储液池，应力细胞加载装置的注射器连接孔15连接压力腔调节注射器，应力细胞加载装置的流动出口孔12和射流入口孔14通过硅橡胶管与蠕动泵相连接，应力细胞加载装置的流动入口孔13通过硅橡胶管与细胞培养液储液池5相连接，蠕动泵通过硅橡胶管与细胞培养液储液池相连接。

一种基于所述的可变形曲面上细胞流体应力加载实验平台，包括可变形曲面上细胞流体应力加载装置、压力腔调节注射器、蠕动泵和储液池，应力细胞加载装置的注射器连接孔15连接压力腔调节注射器2；应力细胞加载装置的流动出口孔12和射流入口孔14通过硅橡胶管与蠕动泵3相连接，应力细胞加载装置的流动入口孔13通过硅橡胶管与细胞培养液储液池5相连接，应力细胞加载装置的射流入口孔14通过硅橡胶管与蠕动泵相连接；蠕动泵通过硅橡胶管与细胞培养液储液池相连接。

本发明的技术效果体现在：

本发明采用可变形硅胶膜，通过改变流动腔内流体压力，使得培养有生物细胞的硅胶膜发生不同变形。本发明可以通过调节蠕动泵流量，改变生物细胞受到的流体切应力受力状态。另外，流动腔内还可开设射流入口，通过调节射流流量大小，改变生物细胞所受压力状态。

附图说明

图1是本发明细胞体外加载实验平台示意图；

图2是本发明细胞加载单元结构图示意图；

图3是细胞加载单元工作截面示意图(弹性膜变形前)；图4是细胞加载单元工作截面示意图(弹性膜变形后)。

具体实施方式