專利名稱：一種模擬肺內環(huán)境的細胞培養(yǎng)裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型屬生物醫(yī)學儀器領域，涉及細胞培養(yǎng)裝置，具體涉及一種模擬肺內環(huán) 境的細胞培養(yǎng)裝置。
背景技術：
氣-液平面及機械張力是肺內細胞生長微環(huán)境的重要特征。Christelle C等證 實，小鼠胚胎干細胞在有氣液平面的生長環(huán)境下可以分化成類似的假復層纖毛柱狀上皮 (Coraux C, Embryonic stem cells generate airway epithelial tissue. Am J Respir Cell Mol Biol. 2005 ；32 87-92)；也有研究證實，機械張力可以影響肺部細胞的信號傳導 (Liu MjMechanical force-induced signal transduction in lung cells. Am J Physiol 1999 ；277 :L667-L683)。2008年由美國國家和心肺研究所(NHLBI)和美國胸科協(xié)會(ATS) 舉辦的“干細胞、肺生物學和肺病中的細胞治療”學術研討會上，提出為加深對干細胞與 其所處微環(huán)境相互作用的理解，建議發(fā)展能夠模仿肺內干細胞生存微環(huán)境的細胞培養(yǎng)體 系和方法，具體從以下4個方面入手(1)含氣-液界面，(2)含三維支架/人工基質，多種類型細胞復合培養(yǎng)，(4)具有一定的機械張力(DanielJ. Weiss, Stem Cells and Cell Therapies in Lung Biology and Lung Diseases. Proc Am Thorac Soc. 2008(5) 637-667)?，F(xiàn)有技術公開的有關氣液平面的細胞培養(yǎng)裝置有銀屑病基礎研究模型的建 立方法及氣液平面跨膜裝置(申請?zhí)?00910010891. X)、用于篩選退色劑的色素化皮膚 類似物模型及其構建方法(申請?zhí)?00810150822. 2)、一種細胞負壓培養(yǎng)裝置(申請?zhí)?200920206478. 4)，所述現(xiàn)有技術均無法對培養(yǎng)的細胞施加張力；已申請專利的對離體培 養(yǎng)細胞提供機械張力的裝置，如一種對細胞實施持續(xù)牽張應力作用的培養(yǎng)裝置(申請?zhí)?200920126151. 6)、細胞牽張應力控制裝置(申請?zhí)?00520079070. 7)均無法對培養(yǎng)的細胞 施加氣液平面。硅膠膜是一種應用廣泛的高分子生物醫(yī)學材料，硅橡膠膜式氧合器使用的就是硅 膠薄膜將血液與氣體分開，氣體通過彌散作用通過薄膜到達血液，且不滲血。它對02，CO2 氣體的滲透性在各種合成聚合物中占絕對優(yōu)勢，且對人體細胞無害(人工肺用膜，中國醫(yī) 療器械雜志，1980 ；1 :50-53)。已有學者發(fā)現(xiàn)，流經(jīng)0. 2mm厚的硅膠膜可使水的氧分壓從 147. OmmHg上升至264. 5mmHg(葉宏琛，硅橡膠膜式氧合器，1982 ； 1(1) :29_33)。通過等壓 靜止法測得0. 08mm-0. Imm厚的硅橡膠膜對CO2的透過率可達4mol/m2 -h ·Ρει，對O2的透過 率可達0. 55mol/m2 · h · Pa (侯東明，一種用于硅橡膠薄膜透氣性測定的新方法-等壓靜止 法，1998;11(4) :301-305)。此外，硅膠膜彈性及透光性均良好，0. 15mm厚的硅膠膜可以拉 伸面積25% (米紅林，生物膜材料張力形變干涉相移法的分析，2009 ;32 (3) :42_46)；培養(yǎng) 在硅膠膜上的細胞可以通過顯微鏡直接觀察(郭志良，種植于硅橡膠膜上的大鼠纖維環(huán)細 胞的表型特征研究，第四軍醫(yī)大學學報，2006 ；27(13) :1169-1172)。發(fā)明內容本實用新型的目的是為克服現(xiàn)有技術的不足，提供一種模擬肺內環(huán)境的細胞培養(yǎng) 裝置。本實用新型的細胞培養(yǎng)裝置能同時產(chǎn)生機械張力及氣液平面。本實用新型以厚度為0. 08mm-0. 1mm、透光性、透氣性良好，但不透水的彈性硅橡膠 膜承載細胞，模擬肺內細胞生長環(huán)境，提供氣液平面及周期性張力的細胞培養(yǎng)裝置。具體而言，本實用新型的模擬肺內環(huán)境的細胞培養(yǎng)裝置，其特征在于，其由細胞培 養(yǎng)池(1)、細胞培養(yǎng)板(3)及動力加載系統(tǒng)(9)組成；所述細胞培養(yǎng)板(3)通過支架(4)及 鈍頭突起(5)分別固定以及頂觸細胞培養(yǎng)池(1)，細胞培養(yǎng)板(3)底部連接動力加載系統(tǒng) (9)，為培養(yǎng)的細胞提供周期性張力。本實用新型中，采用0. 08mm-0. Imm透明彈性硅橡膠膜制作細胞培養(yǎng)池(1)的底部 ⑵；本實用新型中，細胞培養(yǎng)板(3)的底部有支架(4)，帶有底座的鈍頭突起(5)和底 座(6)；所述的支架⑷及鈍頭突起(5)分別固定以及頂觸固定細胞培養(yǎng)池⑴；本實用新型中，動力加載系統(tǒng)(9)包括支架(7)和(8)、頂蓋(10)、直流電源(11)、 開關(12)、定時器(13)、阻抗器(14)、微型直流電機(15)和運動杠(16)，需要時，為培養(yǎng)的 細胞提供周期性張力；本實用新型中，細胞培養(yǎng)池的底部包括厚度為0. 08mm-0. 1mm、透氣性能良好但不 透水的彈性硅膠膜，該膜與細胞培養(yǎng)池底部留有距離；本實用新型中，細胞培養(yǎng)板的底部有固定細胞培養(yǎng)池的支架及鈍頭突起，鈍頭突 起能將細胞培養(yǎng)池底部的薄硅膠膜中心向上頂起2mm ；所述的鈍頭突起其制作材料與制作 細胞培養(yǎng)板的材料一樣，均為透光性良好的塑料；本實用新型中，細胞培養(yǎng)板可以放在底部的支架上培養(yǎng)細胞。本實用新型中，動力加載系統(tǒng)(9)以直流電源(11)供能，通過定時器(13)控制周 期性張力的持續(xù)時間，阻抗器(14)控制周期性張力的頻率，通過微型直流電機(15)使運動 杠(16)做反復上下運動；本實用新型的一實施例中，運動杠上下運動的振幅為3mm，頻率為 15-60 次 / 分。本實用新型進行了細胞培養(yǎng)實驗，結果顯示，本細胞培養(yǎng)裝置能模擬肺內細胞生長 環(huán)境，能同時產(chǎn)生機械張力及氣液平面。能用于關干細胞、肺生物學和肺病中的細胞研究。本實用新型的有益效果在于，本實用新型的細胞培養(yǎng)裝置的優(yōu)點有設計簡單、取材方便、體積小、可以放入細胞培養(yǎng)箱內；同時提供周期性或持續(xù)性 張力及氣液平面，能模擬肺內細胞生長微環(huán)境，研究持續(xù)性機械張力及氣液平面對貼壁細 胞生長的影響。為了便于理解，以下將通過具體的附圖和實施例對本實用新型的進行詳細地描 述。需要特別指出的是，具體實例和附圖僅是為了說明，顯然本領域的普通技術人員可以根 據(jù)本文說明，在本實用新型的范圍內對本實用新型做出各種各樣的修正和改變，這些修正 和改變也納入本實用新型的范圍內。

圖1是底部為透明彈性硅膠膜的細胞培養(yǎng)池示意4[0020]圖2是與細胞培養(yǎng)池配套的細胞培養(yǎng)板示意圖；圖3是周期性張力細胞培養(yǎng)裝置示意圖；圖4是控制電路原理圖；圖中標示為1、細胞培養(yǎng)池；2、透明彈性硅膠膜；3、與細胞培養(yǎng)池對應的細胞培 養(yǎng)板；4、固定細胞培養(yǎng)池的支架；5、細胞培養(yǎng)板底部的鈍頭突起；6、底座；7、固定細胞培養(yǎng) 板的支架；8、固定運動杠的支架；9、提供周期性張力的細胞培養(yǎng)裝置；10、細胞培養(yǎng)裝置頂 蓋；11、直流電源；12、開關；13、定時器；14、阻抗器；15、微型直流電機；16、運動杠；17、培 養(yǎng)基；18、細胞。
具體實施方式
實施例1示例性的模擬肺內環(huán)境的細胞培養(yǎng)裝置的結構如圖1-4所示，其由細胞培養(yǎng)池 (1)、細胞培養(yǎng)板(3)及動力加載系統(tǒng)(9)組成；所述細胞培養(yǎng)板(3)通過支架(4)及鈍頭 突起(5)分別固定以及頂觸細胞培養(yǎng)池(1)，細胞培養(yǎng)板(3)底部連接動力加載系統(tǒng)(9)， 為培養(yǎng)的細胞提供周期性張力。圖1所示是細胞培養(yǎng)池示意圖，它的底部由0. 08mm-0. Imm厚、透明、透氣但不透水 的彈性硅膠膜(2)組成。在無菌操作的條件下，將細胞培養(yǎng)池放入普通的細胞培養(yǎng)板。首 先，在細胞培養(yǎng)池內加入纖維連接素溶液(或者多聚賴氨酸、膠原蛋白I)等預包被，移除包 被液后加入細胞懸液。待細胞貼壁后，貼壁細胞底部與硅膠膜間有一含纖維連接素(或者 多聚賴氨酸、膠原蛋白I)的液體分子層。0. 08mm-0. Imm厚的硅膠膜透氣性良好且不滲水， 膜下方的氣體可以彌散至貼壁細胞與硅膠膜間的液體分子層，就形成了氣液平面。當硅橡 膠薄膜下方給予周期性動力加載裝置后，薄膜頂部反復上下運動使其上方的液體培養(yǎng)基周 期性地上下循環(huán)流動，類似不斷灌流的肺泡；薄膜下方的氣體相當于肺泡腔。圖2是與上述細胞培養(yǎng)池對應的細胞培養(yǎng)板(3)示意圖，它的底部有固定細胞培 養(yǎng)池的支架(4)、帶有上下兩個底座的鈍頭突起(5)及底座(6)，采用透光性良好的塑料制 作(4)、(5)、(6)。鈍頭突起(5)與細胞培養(yǎng)板(3)底板的間隙恰當，能使(5)自由地上下 運動而又不會左右歪斜。待細胞培養(yǎng)池(1)中的細胞貼壁后，將細胞培養(yǎng)板(3)置于底座 (6)上，將細胞培養(yǎng)池(1)通過支架(4)固定在細胞培養(yǎng)板(3)上，鈍頭突起(5)使硅膠膜 頂部向上頂起2mm，鈍頭突起(5)因受到硅膠膜(2)向下的作用力，其上底座壓在了細胞培 養(yǎng)板⑶底部。以六孔板為例，與六孔板配套的細胞培養(yǎng)池底部半徑約為14mm，當膜的頂部 向上頂起2mm后，膜的面積大約增加了 1%。此時，即產(chǎn)生了持續(xù)性張力。該裝置可以用于 研究持續(xù)性機械張力及氣液平面對貼壁細胞生長的影響。圖3是周期性張力細胞培養(yǎng)裝置，將細胞培養(yǎng)板(3)置入該裝置的支架(7)上， 蓋上頂蓋(10)，使細胞培養(yǎng)板被固定在動力加載系統(tǒng)(9)(周期性張力細胞培養(yǎng)裝置)內。 運動杠(16)可以做振幅為3mm的上下運動，帶動鈍頭突起(5)同時做振幅為3mm的上下運 動。通過阻抗器(14)調節(jié)運動杠(16)做上下運動的頻率，使之波動于15-60次/分。通 過定時器(13)控制運動杠(16)做上下運動的持續(xù)時間。當鈍頭突起向上運動3mm時，硅 膠膜(2)的頂部共被向上頂起5mm。以六孔板為例，膜的面積大約增加了 6. 2%。鈍頭突起 (5)的上下運動就產(chǎn)生了周期性張力，類似不斷開合的肺泡，硅橡膠薄膜上方的液體培養(yǎng)基可因薄膜頂部的上下運動而周期性循環(huán)流動，薄膜下方的氣體相當于肺泡腔。如圖3所示， 從左到右，三個細胞培養(yǎng)孔，分別是周期性張力與氣液平面培養(yǎng)、持續(xù)性張力與氣液平面培 養(yǎng)、僅有氣液平面無張力的培養(yǎng)。圖4為控制電路原理圖，直流電源(11)通過開關(12)，依次連接定時器(13)、阻 抗器(14)及直流電機(15)。由直流電機(15)帶動運動杠(16)上下運動。定時器(13)、 阻抗器(14)分別控制運動杠(16)上下運動的持續(xù)時間及頻率。運動杠(16)上下運動的 振幅為3mm，頻率為15-60次/分。本實用新型設計簡單、取材方便、體積小、可以放入細胞培養(yǎng)箱內、同時提供(周 期性或持續(xù)性)張力及氣液平面。
權利要求一種模擬肺內環(huán)境的細胞培養(yǎng)裝置，其特征在于，其由細胞培養(yǎng)池(1)、細胞培養(yǎng)板(3)及動力加載系統(tǒng)(9)組成；所述細胞培養(yǎng)板(3)通過支架(4)及鈍頭突起(5)分別固定以及頂觸細胞培養(yǎng)池(1)，細胞培養(yǎng)板(3)底部連接動力加載系統(tǒng)(9)。
2.按權利要求1所述的模擬肺內環(huán)境的細胞培養(yǎng)裝置，其特征在于，所述的細胞 培養(yǎng)池(1)的底部采用透明、不透水的彈性硅橡膠膜制作，該彈性硅橡膠膜其厚度為 0. 08mm-0. 1mm，該膜與細胞培養(yǎng)池底部留有距離。
3.按權利要求1所述的模擬肺內環(huán)境的細胞培養(yǎng)裝置，其特征在于，所述的細胞培養(yǎng) 板(3)的底部有支架(4)，鈍頭突起(5)和底座(6)；細胞培養(yǎng)板(3)置于底座(6)上。
4.按權利要求1所述的模擬肺內環(huán)境的細胞培養(yǎng)裝置，其特征在于，所述的動力加載 系統(tǒng)(9)包括包括支架(7)和(8)、頂蓋(10)、直流電源(11)、開關(12)、定時器(13)、阻 抗器(14)、微型直流電機(15)和運動杠(16)。
5.按權利要求4所述的模擬肺內環(huán)境的細胞培養(yǎng)裝置，其特征在于，所述的支架(7)固 定細胞培養(yǎng)板(3)、支架(8)固定運動杠(16)。
6.按權利要求1或2所述的模擬肺內環(huán)境的細胞培養(yǎng)裝置，其特征在于，所述的鈍頭突 起(5)將細胞培養(yǎng)池(1)底部的彈性硅橡膠膜中心向上頂起2mm。
7.按權利要求1或2所述的模擬肺內環(huán)境的細胞培養(yǎng)裝置，其特征在于，所述的細胞培 養(yǎng)板(3)或鈍頭突起(5)采用透光性良好的塑料材料制作。
8.按權利要求1所述的模擬肺內環(huán)境的細胞培養(yǎng)裝置，其特征在于，所述的動力加載 系統(tǒng)(9)以直流電源(11)供能，通過定時器(13)控制周期性張力的持續(xù)時間，阻抗器(14) 控制周期性張力的頻率，通過微型直流電機(15)使運動杠(16)做反復上下運動。
9.按權利要求1所述的模擬肺內環(huán)境的細胞培養(yǎng)裝置，其特征在于，所述的運動杠 (16)上下運動的振幅為3mm，頻率為15-60次/分。
專利摘要本實用新型屬生物醫(yī)學儀器領域，具體涉及一種模擬肺內環(huán)境的細胞培養(yǎng)裝置，其由細胞培養(yǎng)池、細胞培養(yǎng)板及動力加載系統(tǒng)組成；所述細胞培養(yǎng)板通過支架及鈍頭突起分別固定以及頂觸細胞培養(yǎng)池，細胞培養(yǎng)板底部連接動力加載系統(tǒng)為培養(yǎng)的細胞提供周期性張力。本細胞培養(yǎng)裝置能模擬肺內細胞生長環(huán)境，能同時產(chǎn)生機械張力及氣液平面，用于關干細胞、肺生物學和肺病中的細胞研究。本實用新型設計簡單、取材方便、體積小、可以放入細胞培養(yǎng)箱內；同時提供周期性或持續(xù)性張力及氣液平面，研究持續(xù)性機械張力及氣液平面對貼壁細胞生長的影響。
文檔編號C12M1/36GK201762332SQ20102051699
公開日2011年3月16日 申請日期2010年9月2日 優(yōu)先權日2010年9月2日
發(fā)明者王自力, 瞿介明 申請人:復旦大學附屬華東醫(yī)院