專利名稱：一種對細(xì)胞施加力學(xué)刺激的細(xì)胞培養(yǎng)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于用于生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的細(xì)胞培養(yǎng)裝置，特別涉及一種對細(xì)胞施 加力學(xué)刺激的細(xì)胞培養(yǎng)裝置，該細(xì)胞培養(yǎng)裝置為一種設(shè)有彈性膜的細(xì)胞培養(yǎng) 裝置，在彈性膜上貼壁生長單層細(xì)胞或黏附三維細(xì)胞培養(yǎng)塊，伸縮該彈性膜 即可拉伸或壓縮在其上的單層細(xì)胞或三維細(xì)胞培養(yǎng)塊。
背景技術(shù)：
隨著細(xì)胞生物學(xué)的發(fā)展，細(xì)胞微環(huán)境對細(xì)胞功能的影響越來越受到重 視，特別是力學(xué)刺激對細(xì)胞的生理功能起著重要作用。為了在體外更好的模 擬力學(xué)刺激的作用，科學(xué)家們研究設(shè)計(jì)了許多力學(xué)加載裝置。Thomas D. Brown ( Journal of Biomechanics 33, 3-14， 2000 )比4交全面地綜述了體 外細(xì)胞力學(xué)加載技術(shù)。具體來講，專利US5348879-A( Application of biaxial mechanical force to living cell culture - uses displacement actuator to contact and stretch membrane on which cell culture is mounted, 1994 ) 發(fā)明了一種可以對培養(yǎng)在彈性膜上的細(xì)胞施加雙軸力學(xué)刺激的裝置，該裝置 中彈性膜周圍被固定，彈性膜下面放置一個(gè)平臺(tái)，該平臺(tái)在動(dòng)力驅(qū)動(dòng)下向上 推進(jìn)使得彈性膜被拉伸。專利CN 101092595A (數(shù)控機(jī)械應(yīng)變細(xì)胞加載實(shí)驗(yàn) 機(jī)，2007 )發(fā)明了一種對生長在彈性膜上的細(xì)胞施加力學(xué)刺激的裝置，彈性 膜下面有一個(gè)機(jī)械頂板，由機(jī)械頂板頂壓彈性膜產(chǎn)生拉伸作用。這兩種方法 的缺點(diǎn)是彈性膜在拉伸過程中隨著平臺(tái)或頂板上下移動(dòng)，很難對細(xì)胞進(jìn)行實(shí) 時(shí)觀察。
專利US6107081-A (Unidirectional cell stretching device for studying mechanical loading in human tissues comprises tissue culture vessel, actuator assembly and elastic strip respectively connected to ram and fixed structure, 2000 )發(fā)明了 一種可以對培養(yǎng)在彈性膜上的細(xì)胞施加單軸力學(xué)刺激的裝置，該裝置中條形彈性膜兩端被夾住， 一端固定 在固定的架子上，另一端固定在活動(dòng)的架子上，活動(dòng)的架子在動(dòng)力驅(qū)動(dòng)下沿 單軸來回運(yùn)動(dòng)，從而沿單軸拉伸或壓縮彈性膜，該裝置的不足之處是固定彈 性膜的夾具把彈性膜向上抬高，使得細(xì)胞離倒置顯微鏡的物鏡距離拉遠(yuǎn)，很
難進(jìn)行高倍鏡觀察。專利CN 1932511A (正弦拉伸細(xì)胞加載裝置，2007 )發(fā) 明了一種對生長在彈性膜上的細(xì)胞施加單軸力學(xué)刺激的裝置，該裝置中條形 彈性膜兩端被夾住， 一端固定在固定的架子上，另一端固定在活動(dòng)的架子上， 活動(dòng)的架子在動(dòng)力驅(qū)動(dòng)下沿單軸來回運(yùn)動(dòng)，從而沿單軸拉伸或壓縮彈性膜， 該專利中彈性膜的夾具與專利US6107081-A中的不同，可以使得彈性膜位置 向下一些，但是和倒置顯微鏡的物鏡之間仍隔了機(jī)架、培養(yǎng)皿、及培養(yǎng)皿上 方和彈性膜之間的一段為培養(yǎng)基的空隙，不能滿足高倍鏡觀察。
Shu Chien研究組的Mohammad Sotoudeh等(Annals of Biomedical Engineering, Vol. 26， pp. 181 189, 1998)研究i殳計(jì)了 一種才幾械驅(qū)動(dòng)的 力學(xué)加載裝置，可以對彈性膜施加等軸拉伸刺激，其彈性膜放置在一個(gè)固定 平臺(tái)上的聚四氟乙烯環(huán)上，彈性膜周圍用一個(gè)環(huán)形裝置固定，環(huán)形固定裝置 和一個(gè)機(jī)械動(dòng)力裝置連接，控制機(jī)械動(dòng)力裝置作上下運(yùn)動(dòng)即可拉伸或壓縮彈 性膜，由于聚四氟乙烯環(huán)是固定的，在伸縮過程中彈性膜只在同一平面運(yùn)動(dòng)。 專利US4839280—A ( Apparatus for applying stress to cell cultures, 1989 )、 US4789601-A ( Polys i loxane compsn. surf ace modif ied to improve biocompatibility _ by incorporation of carbon, amine or carboxylic acid, esp. useful as cell culture substrates, 1988 )和US6048723-A (Flexible bottom culture plate for applying mechanical load to cell cultures, 2000 )發(fā)明了一種負(fù)壓驅(qū)動(dòng)的力學(xué)加載裝置，是一種以彈性膜為 底面的培養(yǎng)皿，細(xì)胞貼壁生長在彈性膜上表面，培養(yǎng)皿底面(彈性膜)和其 下的空腔形成了密封腔，施加負(fù)壓即可使得彈性膜下降產(chǎn)生拉伸，從而對其 上的細(xì)胞施加力學(xué)刺激。這個(gè)方案的缺點(diǎn)是形變過程中彈性膜上下移動(dòng)，不 保持在同一平面，不利于顯微鏡觀察，而且彈性膜各個(gè)部分形變不均一。專 利US6472202—B1 (Loading station assembly and method for tissue engineering, 2002 )在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步發(fā)展，在培養(yǎng)皿底面(彈性膜)之下的密封腔內(nèi)放置一平臺(tái)，平臺(tái)上表面與彈性膜下表面接觸，這樣在施加負(fù) 壓時(shí)平臺(tái)上面的彈性膜在該平臺(tái)上表面上被拉伸，改變平臺(tái)上表面的形狀可 以對彈性膜進(jìn)行等軸或單軸拉伸，變換不同形狀的平臺(tái)可以對同 一樣品施加
各種等軸或單軸不同方向的力學(xué)刺激。專利CN 1846606A (模擬關(guān)節(jié)腔復(fù)合 機(jī)械應(yīng)力細(xì)胞加載裝置，2006 )發(fā)明了可以對生長在彈性膜上的細(xì)胞施加多 種力學(xué)刺激的裝置，其彈性膜周圍固定在一個(gè)機(jī)械平臺(tái)上，由機(jī)械傳動(dòng)裝置 拉伸彈性膜。這些基于彈性膜的力學(xué)加載技術(shù)的一個(gè)共同的缺點(diǎn)就是細(xì)胞
生長的表面即彈性膜上表面下面有一個(gè)較高的平臺(tái)，或彈性膜所在平面被周 圍的固定裝置抬高(US6107081-A)，從而使得細(xì)胞離倒置顯微鏡的物鏡距離 較遠(yuǎn)，無法用高倍鏡(如倒置顯微鏡的油鏡等)實(shí)時(shí)觀察力學(xué)刺激的同時(shí)活 細(xì)胞的分子水平的動(dòng)態(tài)變化。用這些裝置的通常的實(shí)驗(yàn)方法是施加一段時(shí)間 力學(xué)刺激后固定或者消化細(xì)胞，然后進(jìn)行常規(guī)的生物化學(xué)分析。這種方式適 合于研究細(xì)胞受力學(xué)刺激后長期的變化，但對于細(xì)胞短期的變化，如信號分 子鈣離子的動(dòng)態(tài)極性分布，就需要能在分子水平進(jìn)行活細(xì)胞實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測， 目前的這些方法很難滿足這個(gè)需求。
目前力學(xué)加載裝置一般都是進(jìn)行單一類型的拉伸，等軸或單軸拉伸，然 而，體內(nèi)真實(shí)的力學(xué)環(huán)境是復(fù)雜多樣的，這就要求設(shè)計(jì)出可控的復(fù)雜類型的 力學(xué)加載裝置。雖然專利US6472202-B1 (Loading station assembly and method for tissue engineering, 2002 )聲稱可以變換彈性膜下的平臺(tái)以 改變拉伸方式，但是這要拆開整個(gè)密封裝置，操作可行性不強(qiáng)，比如需要兩 種類型的拉伸方式循環(huán)往復(fù)交替進(jìn)行，這個(gè)方案則4艮難實(shí)現(xiàn)。
目前這些裝置的彈性膜需要復(fù)雜的額外部件進(jìn)行固定，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制作 費(fèi)時(shí)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有力學(xué)加載裝置的以上不足之處，提出一種對細(xì) 胞施加力學(xué)刺激的細(xì)胞培養(yǎng)裝置。本發(fā)明裝置可以實(shí)現(xiàn)在對細(xì)胞施加力學(xué)刺 激的同時(shí)實(shí)時(shí)觀測活細(xì)胞的分子水平動(dòng)態(tài)變化；通過所設(shè)的彈性膜和真空室 的平面形狀和大小，可以得到等軸拉伸、單軸拉伸、或復(fù)雜類型的拉伸模式，
6為研究細(xì)胞在復(fù)雜力學(xué)環(huán)境下的變化提供了有力的工具。
本發(fā)明的技術(shù)方案如下
本發(fā)明提供的對細(xì)胞施加力學(xué)刺激的細(xì)胞培養(yǎng)裝置，包括 一上端面蓋 有培養(yǎng)皿蓋1的杯形培養(yǎng)皿2; —位于所述杯形培養(yǎng)皿3下端的真空室9; 一與所述真空室9相連并對所述真空室9抽真空的抽真空裝置8;其特征在 于
所述杯形培養(yǎng)皿2的底面上設(shè)有小孔； 所述真空室9的下端面是一透明蓋玻片5;
所述小孔的上端面或與所述小孔對應(yīng)的真空室9頂面裝有生物相容性彈 性膜4。
所述的杯形培養(yǎng)皿2與所述的真空室9之間夾裝一帶有小孔的過渡介質(zhì) 層3，所述過渡介質(zhì)層3上的小孔與所述杯形培養(yǎng)皿2底面上的小孔相對應(yīng)； 所述過渡介質(zhì)層3上的小孔等于或者大于所述杯形培養(yǎng)亞2底面上的小孔。
本發(fā)明的對細(xì)胞施加力學(xué)刺激的細(xì)胞培養(yǎng)裝置，還可進(jìn)一步包括一設(shè)置 在所述真空室9下方用以實(shí)時(shí)觀察細(xì)胞的顯微鏡。
所述的杯形培養(yǎng)皿2底面上小孔的數(shù)量和所述過渡介質(zhì)層3上小孔的數(shù) 量相等，其數(shù)量至少為1個(gè)。
所述杯形培養(yǎng)皿2底面上的小孔和所述過渡介質(zhì)層3上的小孔為圓形 孔、橢圓形孔、正方形孔、長方形孔或多邊形孔。
所述彈性膜4上表面或上表面的部分區(qū)域進(jìn)行化學(xué)或物理修飾。
所述真空室9的側(cè)壁6為硅膠側(cè)壁、玻璃側(cè)壁、塑料側(cè)壁或無毒副作用 的金屬側(cè)壁。
所述透明蓋玻片5的上表面涂有無毒副作用潤滑劑。 所述真空室9的橫截面為圓形、橢圓形、正方形、長方形、工字型或多 邊形。
所述真空室9的橫截面面積大于所述杯形培養(yǎng)皿2底面上小孔的橫截面 面積之和。
所述真空室9的橫截面面積大于所述過渡介質(zhì)層3上小孔的橫截面面積 之和。所述抽真空裝置8通過通氣管道7對所述真空室9抽真空；所述通氣管 道7的端口伸入所述真空室9內(nèi)的長度小于所述杯形i咅養(yǎng)皿2底面上最外側(cè) 小孔的側(cè)壁距所述所述真空室9的側(cè)壁6之間的距離。
所述的對細(xì)胞施加力學(xué)刺激的細(xì)胞培養(yǎng)裝置為多個(gè)，多個(gè)對細(xì)胞施加力 學(xué)刺激的細(xì)胞培養(yǎng)裝置并聯(lián)組成一聯(lián)合裝置， 一個(gè)所述抽真空裝置8同時(shí)與 所述聯(lián)合裝置的所有真空室9相連，并對所有真空室9抽真空。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于
1、 本發(fā)明裝置在對細(xì)胞施加力學(xué)刺激的同時(shí)，可以實(shí)時(shí)觀察活細(xì)胞的分 子水平動(dòng)態(tài)變化，獲得的信息量大。而目前的基于彈性膜的力學(xué)加載裝置;^^ 實(shí)現(xiàn)這個(gè)功能，它們只能通過力學(xué)刺激一定量后，固定或消化細(xì)胞，然后進(jìn)行 生物化學(xué)分析，獲得的信息量少。
2、 本發(fā)明裝置可以在同一裝置中集成可控的多種類型力學(xué)刺激，為研究 細(xì)胞在復(fù)雜力學(xué)環(huán)境下的變化提供了有力的工具。雖然專利US6472202-B1
(Loading station assembly and method for'tissue engineering, 2002 ) 聲稱可以變換彈性膜下的平臺(tái)以改變拉伸方式，但是這要拆開整個(gè)密封裝置， 操作可行性不強(qiáng)，比如需要兩種類型的拉伸方式循環(huán)往復(fù)交替進(jìn)行，這個(gè)方案 則4艮難實(shí)現(xiàn)，用本發(fā)明的裝置則很容易實(shí)現(xiàn)這個(gè)功能。
3、 本發(fā)明中用到的彈性膜制作筒單，不需要額外的固定裝置，而且重 復(fù)性好。目前的力學(xué)加載裝置的彈性膜需要另外單獨(dú)制備，并需要復(fù)雜的額 外部件進(jìn)行固定，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制作繁瑣費(fèi)時(shí)，固定的效果稍微不好即會(huì)大大 影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果。
4、 本發(fā)明裝置可以集成化，多個(gè)獨(dú)立的力學(xué)加載裝置可以通過通氣管 道連接在一起組成一個(gè)聯(lián)合裝置，由一個(gè)共同的負(fù)壓裝置(抽真空裝置)統(tǒng)一 控制，這樣就可以由一個(gè)負(fù)壓裝置同時(shí)驅(qū)動(dòng)多個(gè)類型相同或不同的力學(xué)加載 單元。


圖1:本發(fā)明裝置(一實(shí)施例)的結(jié)構(gòu)示意圖(拉伸前)。 圖2:本發(fā)明裝置的結(jié)構(gòu)示意圖(拉伸后)。
8圖3:本發(fā)明裝置(另一實(shí)施例)的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例進(jìn)一步描述本發(fā)明。
圖1為本發(fā)明裝置的結(jié)構(gòu)示意圖(拉伸前)；圖2為本發(fā)明裝置的結(jié)構(gòu) 示意圖(拉伸后)。圖3為本發(fā)明裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；由圖可知，本發(fā)明提 供的對細(xì)胞施加力學(xué)刺激的細(xì)胞培養(yǎng)裝置，包括 一上端面蓋有培養(yǎng)皿蓋1 的杯形培養(yǎng)皿2; —位于所述杯形培養(yǎng)皿3下端的真空室9; 一與所述真空 室9相連并對所述真空室9抽真空的抽真空裝置8;其特征在于
所述杯形培養(yǎng)皿2的底面上設(shè)有小孔；
所述真空室9的下端面是一透明蓋玻片5;
所述小孔的上端面或與所述小孔對應(yīng)的真空室9頂面裝有生物相容性彈 性膜4。
所述的杯形培養(yǎng)皿2與所述的真空室9之間夾裝一帶有小孔的過渡介質(zhì) 層3,所述過渡介質(zhì)層3上的小孔與所述杯形培養(yǎng)亞2底面上的小孔相對應(yīng)； 所述過渡介質(zhì)層3上的小孔等于或者大于所述杯形培養(yǎng)皿2底面上的小孔。 本發(fā)明的對細(xì)胞施加力學(xué)刺激的細(xì)胞培養(yǎng)裝置，還可進(jìn)一步包括一設(shè)置 在所述真空室9下方用以實(shí)時(shí)觀察細(xì)胞的顯微鏡(圖中未示)。
所述的杯形培養(yǎng)皿2底面上小孔的數(shù)量和所述過渡介質(zhì)層3上小孔的數(shù) 量相等，其數(shù)量至少為1個(gè)。
所述杯形培養(yǎng)皿2底面上的小孔和所述過渡介質(zhì)層3上的小孔為圓形 孔、橢圓形孔、正方形孔、長方形孔或多邊形孔。
所述彈性膜4上表面或上表面的部分區(qū)域進(jìn)行化學(xué)或物理修飾。
所述真空室9的側(cè)壁6為硅膠側(cè)壁、玻璃側(cè)壁、塑料側(cè)壁或無毒副作用 的金屬側(cè)壁。
所述透明蓋玻片5的上表面涂有無毒副作用潤滑劑。 所述真空室9的橫截面為圓形、橢圓形、正方形、長方形、工字型或多 邊形。
所述真空室9的橫截面面積大于所述杯形培養(yǎng)皿2底面上小孔的橫截面面積之和。
所述真空室9的橫截面面積大于所述過渡介質(zhì)層3上小孔的橫截面面積 之和。
所述抽真空裝置8通過通氣管道7對所述真空室9抽真空；所述通氣管 道7的端口伸入所述真空室9內(nèi)的長度小于所述杯形培養(yǎng)皿2底面上最外側(cè) 小孔的側(cè)壁距所述所述真空室9的側(cè)壁6之間的距離。
所述的對細(xì)胞施加力學(xué)刺激的細(xì)胞培養(yǎng)裝置為多個(gè)，多個(gè)對細(xì)胞施加力 學(xué)刺激的細(xì)胞培養(yǎng)裝置并聯(lián)組成一聯(lián)合裝置， 一個(gè)所述抽真空裝置8同時(shí)與 所述聯(lián)合裝置的所有真空室9相連，并對所有真空室9抽真空。
實(shí)施例1
本實(shí)施例的對細(xì)胞施加力學(xué)刺激的細(xì)胞培養(yǎng)裝置，如圖l所示，其結(jié)構(gòu) 包括
一上端面蓋有培養(yǎng)皿蓋1的杯形培養(yǎng)皿2,所述杯形培養(yǎng)皿2的底面上 設(shè)有一個(gè)小孔；
一位于所述杯形培養(yǎng)jni2下端的真空室9,所述真空室9的下端面是一透 明蓋玻片5;
所述小孔的下端面裝有生物相容性彈性膜4 (如硅膠膜)； 和
一與所述真空室9相連，并對所述真空室9抽真空的通氣管道7和抽真 空裝置8。
本實(shí)施例中包括一設(shè)置在所述真空室9下方用以實(shí)時(shí)觀察細(xì)胞的顯微鏡 (圖中未示)。
所述杯形培養(yǎng)皿2的底面上的小孔為圓形孔，也可以是橢圓形孔； 所述彈性膜4上表面可貼壁生長單層細(xì)胞或黏附三維細(xì)胞培養(yǎng)塊。(圖 中未示);
所述真空室9的側(cè)壁6為硅膠側(cè)壁，也可以是塑料側(cè)壁； 所述透明蓋玻片5的上表面涂有無毒副作用潤滑劑(比如硅油)；所述真 空室9的橫截面為正方形，也可以是長方形，其邊長大于所述杯形培養(yǎng)皿2底面上的小孔的直徑；
所述抽真空裝置8通過通氣管道7對所述真空室9抽真空，彈性膜4被 壓向透明蓋玻片5，并在沿蓋玻片5上表面上的二維平面內(nèi)被等軸拉伸(圖 2)。
所述抽真空裝置8對所述真空室9抽真空，當(dāng)所述彈性膜4被拉伸到接 觸所述通氣管道7的管口或所述通氣管道7在真空室內(nèi)的開口時(shí)達(dá)到最大拉 伸程度，所述抽真空裝置8繼續(xù)對所述真空室9抽真空不會(huì)使得所述彈性膜 4繼續(xù)被拉伸(圖2)。
所述抽真空裝置8對所述真空室9抽真空，可以是抽一次后停止，保持 真空室在一定負(fù)壓狀態(tài)，所述彈性膜4保持拉伸狀態(tài)；也可以是間斷地、或 有規(guī)律的抽真空和恢復(fù)常壓，所述彈性膜4以一定頻率和幅度被拉伸。
實(shí)施例2
本實(shí)施例的對細(xì)胞施加力學(xué)刺激的細(xì)胞培養(yǎng)裝置，如圖3所示，其結(jié)構(gòu) 包括
一上端面蓋有培養(yǎng)皿蓋1的杯形培養(yǎng)皿2，所述杯形培養(yǎng)皿2的底面上 設(shè)有一個(gè)小孔；
一位于所述杯形培養(yǎng)亞2下端的真空室9,所述真空室9的下端面是一透 明蓋玻片5;
所述的杯形培養(yǎng)皿2與所述的真空室9之間夾裝一帶有一個(gè)'J、孔的過渡 介質(zhì)層3,所述過渡介質(zhì)層3上的小孔與所述杯形培養(yǎng)皿2底面上的小孔相 對應(yīng)；所述過渡介質(zhì)層3上的小孔等于或者大于所述杯形培養(yǎng)皿2底面上的 小孔；所述過渡介質(zhì)層3上的小孔的下端面裝有生物相容性彈性膜4 (如硅 膠膜)；
和
一與所述真空室9相連，并對所述真空室9抽真空的通氣管道7和抽真 空裝置8。
本實(shí)施例中包括一設(shè)置在所述真空室9下方用以實(shí)時(shí)觀察細(xì)胞的顯微鏡 (圖中未示)；
ii所述杯形培養(yǎng)皿2的底面上的小孔為正方形孔，也可以是圓形孔、橢圓
形孔、長方形孔或多邊形孔；
所述過渡介質(zhì)層3上的小孔為圓形孔，也可以是橢圓形孔、正方形孔、 長方形孔或多邊形孔。
分子，修飾有聚乙二醇為末端的硅烷分子的區(qū)域抗拒蛋白質(zhì)或細(xì)胞粘附，蛋
白質(zhì)或細(xì)胞只能粘附到?jīng)]有化學(xué)修飾聚乙二醇為末端的硅烷分子的區(qū)域； 所述真空室9的側(cè)壁6為玻璃側(cè)壁，也可以是無毒副作用的金屬側(cè)壁； 所述透明蓋玻片5的上表面涂有無毒副作用潤滑劑(比如食用油)；所述
真空室9的橫截面為圓形，也可以是橢圓形或多邊形，其面積大于所述過渡
介質(zhì)層3上的小孔的面積；
所述抽真空裝置8通過通氣管道7對所述真空室9抽真空，彈性膜4被
壓向透明蓋玻片5，并在沿蓋玻片5上表面上的二維平面內(nèi)被等軸拉伸。
實(shí)施例3
本實(shí)施例的對細(xì)胞施加力學(xué)刺激的細(xì)胞培養(yǎng)裝置，其結(jié)構(gòu)包括 一上端面蓋有培養(yǎng)皿蓋1的杯形培養(yǎng)皿2,所述杯形培養(yǎng)亞2的底面上 設(shè)有兩個(gè)小孔；
一位于所述杯形培養(yǎng)皿2下端的真空室9，所述真空室9的下端面是一透 明蓋玻片5;
所述杯形培養(yǎng)皿2的底面上的兩個(gè)小孔的下端面分別裝有生物相容性彈 性膜4 (如硅膠膜)；
和
一與所述真空室9相連，并對所述真空室9抽真空的通氣管道7和抽真 空裝置8。
本實(shí)施例中包括一設(shè)置在所述真空室9下方用以實(shí)時(shí)觀察細(xì)胞的顯微鏡 (圖中未示)。
所述杯形培養(yǎng)皿2的底面上的小孔為圓形孔，也可以是橢圓形孔、正方 形孔、長方形孔或多邊形孔；所述彈性膜4上表面的部分區(qū)域可物理吸附抗拒蛋白質(zhì)或細(xì)胞吸附的分
子，如Pluronic F108,蛋白質(zhì)或細(xì)胞只能在沒有物理吸附Pluronic F108 的區(qū)域粘附或生長。
所述真空室9的側(cè)壁6為無毒副作用的金屬(如不銹鋼)側(cè)壁，也可以 是玻璃側(cè)壁；
所述透明蓋玻片5的上表面涂有無毒副作用潤滑劑(比如硅油)；所述真 空室9的橫截面為多邊形，也可以是正方形、長方形、圓形或橢圓形，其橫 截面面積大于所述杯形培養(yǎng)皿2底面上小孔的橫截面面積之和。；
所述抽真空裝置8通過通氣管道7對所述真空室9抽真空，所述杯形培 養(yǎng)皿2的底面上的兩個(gè)小孔的下端面的兩個(gè)生物相容性彈性膜4同時(shí)被壓向 透明蓋玻片5，并在沿蓋玻片5上表面上的二維平面內(nèi)被等軸拉伸。
實(shí)施例4
本實(shí)施例的對細(xì)胞施加力學(xué)刺激的細(xì)胞培養(yǎng)裝置，其結(jié)構(gòu)包括 一上端面蓋有培養(yǎng)亞蓋1的杯形培養(yǎng)皿2,所述杯形培養(yǎng)皿2的底面上 設(shè)有一個(gè)小孔；
一位于所述杯形培養(yǎng)亞2下端的真空室9，所述真空室9的下端面是一透 明蓋玻片5;
所述小孔的上端面裝有生物相容性彈性膜4 (如硅膠膜)； 和
一與所述真空室9相連，并對所述真空室9抽真空的通氣管道7和抽真 空裝置8。
本實(shí)施例中包括一設(shè)置在所述真空室9下方用以實(shí)時(shí)觀察細(xì)胞的顯微鏡。
所述杯形培養(yǎng)皿2的底面上的小孔為正方形孔，也可以是長方形孔； 所述彈性膜4上表面或上表面的部分區(qū)域可以不是平面，而是有一些物 理結(jié)構(gòu)，如柱狀，也可以是波浪狀上表面，并可貼壁生長單層細(xì)胞，也可以 黏附三維細(xì)胞培養(yǎng)塊；
所述真空室9的側(cè)壁6為塑料側(cè)壁，也可以是石圭l交側(cè)壁；
13所述透明蓋玻片5的上表面涂有無毒副作用潤滑劑(比如硅油)；所述真 空室9的橫截面為長方形，其短邊的邊長等于與其平行的所述杯形培養(yǎng)皿2 底面上的小孔的邊的邊長；
所述抽真空裝置8通過通氣管道7對所述真空室9抽真空，所述彈性膜 4被壓向透明蓋玻片5，并在沿所述蓋玻片5上表面上的二維平面內(nèi)沿所述 真空室9橫截面長軸的方向被單軸拉伸(圖2 )。
所述抽真空裝置8對所述真空室9抽真空，當(dāng)所述彈性膜4被拉伸到接 觸所述通氣管道7的管口或所述通氣管道7在真空室內(nèi)的開口時(shí)達(dá)到最大拉 伸程度，所述抽真空裝置8繼續(xù)對所述真空室9抽真空不會(huì)使得所述彈性膜 4繼續(xù)被拉伸(圖2)。
所述抽真空裝置8對所述真空室9抽真空，可以是抽一次后停止，保持 真空室在一定負(fù)壓狀態(tài)，所述彈性膜4保持拉伸狀態(tài)；也可以是間斷地、或 有規(guī)律的抽真空和恢復(fù)常壓，所述彈性膜4以一定頻率和幅度被拉伸。
實(shí)施例5
本實(shí)施例的對細(xì)胞施加力學(xué)刺激的細(xì)胞培養(yǎng)裝置，如圖l所示。 本實(shí)施例的杯形培養(yǎng)皿2的底面上的小孔為正方形孔，也可以是長方形
孔；
所述真空室9的橫截面為長方形，其短邊的邊長大于所述杯形培養(yǎng)皿2
的底面上的正方形孔的邊長；
所述透明蓋玻片5的上表面上涂有潤滑劑(如硅油)；
所述抽真空裝置8對所述真空室9抽真空，所述彈性膜4被壓向所述透
明蓋玻片5,并在沿所述透明蓋玻片5的上表面的二維平面內(nèi)先被等軸拉伸
再被單軸拉伸。
實(shí)施例6
本實(shí)施例的對細(xì)胞施加力學(xué)刺激的細(xì)胞培養(yǎng)裝置，如圖l所示。 本實(shí)施例的杯形培養(yǎng)皿2的底面上的小孔為正方形孔，也可以是長方形
孔；所述真空室9的橫截面為工字形，其中間部分的寬等于所述杯形培養(yǎng)皿
2的底面上的正方形小孔的邊長；
所述透明蓋玻片5的上表面上涂有潤滑劑(如硅油)；
所述抽真空裝置8對所述真空室9抽真空，所述彈性膜4被壓向所述透
明蓋玻片5，并在沿所述透明蓋玻片5的上表面的二維平面內(nèi)先被單軸拉伸
再被等軸拉伸。
實(shí)施例7
本實(shí)施例的可對細(xì)胞施加力學(xué)刺激的細(xì)胞培養(yǎng)裝置，如圖l所示。 本實(shí)施例所述杯形培養(yǎng)皿2的底面上的小孔為正方形孔，也可以是長方
形孔；
所述真空室9的橫截面為工字形，其中間部分的寬大于所述杯形培養(yǎng)皿
2的底面上的正方形小孔的邊長；
所述透明蓋玻片5的上表面上涂有潤滑劑(如硅油)；
所述抽真空裝置8對所述真空室9抽真空，所述彈性膜4被壓向所述透
明蓋玻片5，并在沿透明蓋玻片5的上表面的二維平面內(nèi)依次被等軸拉伸、
單軸拉伸、等軸拉伸。
實(shí)施例8
本實(shí)施例的對細(xì)胞施加力學(xué)刺激的細(xì)胞培養(yǎng)裝置，由一個(gè)實(shí)施例1所述 的對細(xì)胞施加力學(xué)刺激的細(xì)胞培養(yǎng)裝置和一個(gè)實(shí)施例4所述的對細(xì)胞施加力 學(xué)刺激的細(xì)胞培養(yǎng)裝置由通氣管道7連接在一起組成一個(gè)聯(lián)合裝置，由一個(gè) 抽真空裝置8抽真空控制。
權(quán)利要求
1.一種對細(xì)胞施加力學(xué)刺激的細(xì)胞培養(yǎng)裝置，包括一上端面蓋有培養(yǎng)皿蓋(1)的杯形培養(yǎng)皿(2)；一位于所述杯形培養(yǎng)皿(2)下端的真空室(9)；一與所述真空室(9)相連并對所述真空室(9)抽真空的抽真空裝置(8)；其特征在于所述杯形培養(yǎng)皿(2)的底面上設(shè)有小孔；所述真空室(9)的下端面是一透明蓋玻片(5)；所述小孔的上端面或與所述小孔對應(yīng)的真空室(9)頂面裝有生物相容性彈性膜(4)。
2、 按權(quán)利要求1所述的對細(xì)胞施加力學(xué)刺激的細(xì)胞培養(yǎng)裝置，其特征 在于，所述的杯形培養(yǎng)皿(2)與所述的真空室(9)之間夾裝一帶有小孔的 過渡介質(zhì)層(3 ),所述過渡介質(zhì)層(3 )上的小孔與所述杯形培養(yǎng)亞(2 )底 面上的小孔相對應(yīng)；所述過渡介質(zhì)層(3)上的小孔等于或者大于所述杯形 培養(yǎng)jm (2 )底面上的小孔。
3、 按權(quán)利要求1或2所述的對細(xì)胞施加力學(xué)刺激的細(xì)胞培養(yǎng)裝置，其特 征在于，還包括一設(shè)置在所述真空室(9)下方用以實(shí)時(shí)觀察細(xì)胞的顯微鏡。
4、 按權(quán)利要求1所述的對細(xì)胞施加力學(xué)刺激的細(xì)胞培養(yǎng)裝置，其特征 在于，所述的杯形培養(yǎng)皿(2 )底面上小孔的數(shù)量和所述過渡介質(zhì)層(3 )上 小孔的數(shù)量相等，其數(shù)量至少為1個(gè)。
5、 按權(quán)利要求2所述的對細(xì)胞施加力學(xué)刺激的細(xì)胞培養(yǎng)裝置，其特征 在于，所述杯形培養(yǎng)皿(2 )底面上的小孔和所述過渡介質(zhì)層(3 )上的小孔 為圓形孔、橢圓形孔、正方形孔、長方形孔或多邊形孔。
6、 按權(quán)利要求1或2所述的對細(xì)胞施加力學(xué)刺激的細(xì)胞培養(yǎng)裝置，其 特征在于，所述彈性膜(4)上表面或上表面的部分區(qū)域進(jìn)行化學(xué)或物理修 飾。
7、 按權(quán)利要求1或2所述的對細(xì)胞施加力學(xué)刺激的細(xì)胞培養(yǎng)裝置，其 特征在于，所述真空室(9)的側(cè)壁(6)為硅膠側(cè)壁、玻璃側(cè)壁、塑料側(cè)壁 或無毒副作用的金屬側(cè)壁。
8、 按權(quán)利要求1所述的對細(xì)胞施加力學(xué)刺激的細(xì)胞培養(yǎng)裝置，其特征在于，所述透明蓋玻片(5)的上表面涂有無毒副作用潤滑劑。
9、 按權(quán)利要求1或2所述的對細(xì)胞施加力學(xué)刺激的細(xì)胞培養(yǎng)裝置，其 特征在于，所述真空室(9)的橫截面為圓形、橢圓形、正方形、長方形、 工字型或多邊形。
10、 按權(quán)利要求l、 2或4所述的對細(xì)胞施加力學(xué)刺激的細(xì)胞培養(yǎng)裝置， 其特征在于，所述真空室(9)的橫截面面積大于所述杯形培養(yǎng)皿(2)底面 上小孔的 一黃截面面積之和。
11、 按權(quán)利要求1、 2或4所述的對細(xì)胞施加力學(xué)刺激的細(xì)胞培養(yǎng)裝置， 其特征在于，所述真空室(9)的橫截面面積大于所述過渡介質(zhì)層(3)上小孔的橫截面面積之和。
12、 按權(quán)利要求1或2所述的對細(xì)胞施加力學(xué)刺激的細(xì)胞培養(yǎng)裝置，其 特征在于，所述抽真空裝置(8)通過通氣管道(7)對所述真空室(9)抽 真空；所述通氣管道(7)的端口伸入所述真空室(9)內(nèi)的長度小于所述杯 形培養(yǎng)皿(2 )底面上最外側(cè)小孔的側(cè)壁距所述所述真空室(9 )的側(cè)壁(6 ) 之間的距離。
13、 按權(quán)利要求1所述的對細(xì)胞施加力學(xué)刺激的細(xì)胞培養(yǎng)裝置，其特征 在于，所述的對細(xì)胞施加力學(xué)刺激的細(xì)胞培養(yǎng)裝置為多個(gè)，多個(gè)對細(xì)胞施加 力學(xué)刺激的細(xì)胞培養(yǎng)裝置并聯(lián)組成一聯(lián)合裝置， 一個(gè)所述抽真空裝置(8) 同時(shí)與所述聯(lián)合裝置的所有真空室(9)相連，并對所有真空室(9)抽真空。
全文摘要
本發(fā)明涉及的對細(xì)胞施加力學(xué)刺激的細(xì)胞培養(yǎng)裝置，包括一上端面蓋有培養(yǎng)皿蓋的杯形培養(yǎng)皿，杯形培養(yǎng)皿的底面上設(shè)有小孔；一位于杯形培養(yǎng)皿下端的真空室，真空室的下端面是一透明蓋玻片；小孔的上端面或與小孔對應(yīng)的真空室頂面裝有生物相容性彈性膜；彈性膜上表面貼壁生長單層細(xì)胞或黏附三維細(xì)胞培養(yǎng)塊；一與真空室相連并對真空室抽真空的抽真空裝置；真空室的下端面的透明蓋玻片上表面涂有潤滑劑。在抽真空裝置對真空室抽真空時(shí)，彈性膜會(huì)被壓向并緊貼真空室內(nèi)的蓋玻片，并在蓋玻片的上表面的二維平面內(nèi)被拉伸。通過設(shè)置在所述真空室下方的顯微鏡可以實(shí)時(shí)觀測細(xì)胞的分子水平動(dòng)態(tài)變化，控制彈性膜和真空室橫截面形狀和大小可以產(chǎn)生不同類型的力學(xué)刺激，更好地模擬體內(nèi)復(fù)雜的力學(xué)環(huán)境。
文檔編號C12M1/22GK101603005SQ200810114990
公開日2009年12月16日 申請日期2008年6月13日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月13日
發(fā)明者江 徐, 棟 王, 蔣興宇, 博 袁 申請人:國家納米科學(xué)中心