專利名稱：一種用于貼壁細(xì)胞超重力環(huán)境的加載裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于生物力學(xué)領(lǐng)域，涉及ー種細(xì)胞力學(xué)加載裝置，具體地說，涉及ー種地表環(huán)境下為體外培養(yǎng)的貼壁細(xì)胞超重力環(huán)境的加載裝置。
背景技術(shù)：
超重力場被人們所應(yīng)用已有相當(dāng)長的歷史。從70年代末，科林拉姆蕭教授領(lǐng)導(dǎo)的科學(xué)小組為了應(yīng)征美國太空署關(guān)于微重力條件下太空實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目所提出了超重力理論，這ー理論表明微重力條件下，由于“g”趨近于零，兩相接觸過程的浮力因子Λ (pg)也趨近于零，兩相不會(huì)產(chǎn)生對(duì)流現(xiàn)象。而分子間力，如表面張力，將會(huì)起主導(dǎo)作用，液體團(tuán)聚，相間傳遞失去兩相充分接觸的前提條件，從而導(dǎo)致相間質(zhì)量傳遞效果很差，分離無法進(jìn)行；反之，“g”越大，△ (Pg)也越大，流體相對(duì)滑動(dòng)速度也越大。巨大的剪切應(yīng)カ克服了表面張力，可使液體產(chǎn)生巨大的相際接觸界面，從而極大地強(qiáng)化傳質(zhì)過程。發(fā)明專利CN1438067A中公開了ー種具有新型轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)床超重力裝置，這種應(yīng)用于化學(xué)工程生產(chǎn)領(lǐng)域的超重力裝置，是為了精餾分離而設(shè)計(jì)，其作用對(duì)象為待分離物質(zhì)，通過更高超重力水平達(dá)到更好的傳質(zhì)效果。該發(fā)明專利中指的超重力機(jī)無需考慮被超重物質(zhì)的承受能力，同時(shí)轉(zhuǎn)子角度固定，被超重物體在超重過程中受到轉(zhuǎn)子給的切向上的力；同吋，由于其很高的超重力水平，可以忽略地表Ig的正常重力干擾。這種超重力裝置不能應(yīng)用于細(xì)胞生物學(xué)的科學(xué)實(shí)驗(yàn)中，因?yàn)槠涑叩某亓λ?，?xì)胞無法承受而死亡；這種超重力裝置在結(jié)構(gòu)上也沒有配備搭載細(xì)胞的設(shè)備。現(xiàn)有公開文獻(xiàn)“人用離心機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)”(《載人航天信息》2001年第4期42 47頁)一文，提出了一種人用超重力設(shè)備，用于需要在超重力環(huán)境下工作的人員訓(xùn)練的超重力機(jī)，其特點(diǎn)是超重力機(jī)水平旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子搭載有吊籃，可為動(dòng)態(tài)吊籃或者靜態(tài)吊籃，超重力水平低，水平旋轉(zhuǎn)是由于超重力水平不高，需要考慮地表Ig重力的矢量疊加問題，以此保證超重力水平的穩(wěn)定性。這種超重力裝置體積大，占地面積大，明顯不適用于細(xì)胞生物學(xué)實(shí)驗(yàn)，亦不能實(shí)現(xiàn)一臺(tái)超重力裝置同時(shí)進(jìn)行兩個(gè)超重力水平的對(duì)比使用。

發(fā)明內(nèi)容
為了避免現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，克服其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體積較大，超重力裝置不能同時(shí)實(shí)現(xiàn)兩個(gè)超重力水平的對(duì)比實(shí)驗(yàn)。本發(fā)明提出ー種用于貼壁細(xì)胞超重力環(huán)境的加載裝置，目的在于研究不同超重力場下對(duì)貼壁細(xì)胞的作用，合理優(yōu)化加載裝置的結(jié)構(gòu)，可同時(shí)為兩個(gè)不同位置提供不同的超重力場環(huán)境進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn)；具有結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，可靠穩(wěn)定的特點(diǎn)，能很好的為超重力場下的細(xì)胞試驗(yàn)提供平臺(tái)。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是包括轉(zhuǎn)臂、轉(zhuǎn)軸、電機(jī)、底座、防護(hù) 罩、單片計(jì)算機(jī)，所述底座為其它各部件提供支撐；固定在底座中心部位上的電機(jī)的輸出軸通過聯(lián)軸器與轉(zhuǎn)軸連接，轉(zhuǎn)軸和連接器配合連接，轉(zhuǎn)臂固定在連接器上；單片計(jì)算機(jī)為控制單元連接在底座上；防護(hù)罩將底座和固定在底座中心部位上的電機(jī)、轉(zhuǎn)軸、轉(zhuǎn)臂及吊籃罩在防護(hù)罩內(nèi)。
所述連接器為“梅花”形多弧面的柱狀體，沿各弧面中心部位豎直方向有燕尾形卡槽，卡槽上寬下窄，每ー個(gè)弧面對(duì)應(yīng)連接一個(gè)轉(zhuǎn)臂，轉(zhuǎn)臂沿連接器周向?qū)ΨQ形式分布；連接器中心位置設(shè)置有與轉(zhuǎn)軸配合連接的螺紋孔。旋轉(zhuǎn)固定于轉(zhuǎn)軸上，旋轉(zhuǎn)固定方向與轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)方向一致，保證在旋轉(zhuǎn)過程中轉(zhuǎn)子不會(huì)松動(dòng)。所述轉(zhuǎn)臂包括主轉(zhuǎn)臂、副轉(zhuǎn)臂，位置感應(yīng)裝置，滑動(dòng)調(diào)節(jié)固定螺釘，吊籃固定螺栓、燕尾形榫，所述主轉(zhuǎn)臂為筒形長方體，一端為內(nèi)凹弧面，弧面中心豎直方向設(shè)置有燕尾形榫，與連接器上弧面中心部位的燕尾形卡槽固定連接，主轉(zhuǎn)臂中間部分鏤空為長方形的主吊籃區(qū)，吊籃固定螺栓橫向安裝在主吊籃區(qū)兩側(cè)；吊籃繞吊籃固定螺栓自由擺動(dòng)；主吊籃與轉(zhuǎn)軸之間的距離固定，在轉(zhuǎn)速不變時(shí)，主吊籃的超重力水平是不變的。主吊籃處可以實(shí)現(xiàn)2g 5g的超重力水平。所述副轉(zhuǎn)臂亦為筒形長方體，副轉(zhuǎn)臂的一端嵌套在主轉(zhuǎn)臂的另一端筒體上，位置感應(yīng)裝置安裝在副轉(zhuǎn)臂筒體內(nèi)側(cè)，副轉(zhuǎn)臂沿主轉(zhuǎn)臂筒體兩側(cè)滑軌可伸縮滑動(dòng)，主轉(zhuǎn)臂與副轉(zhuǎn)臂相連部位設(shè)置有滑動(dòng)調(diào)節(jié)固定螺釘，在滑動(dòng)調(diào)節(jié)副轉(zhuǎn)臂位置后旋緊滑動(dòng)調(diào)節(jié)固定螺釘；副轉(zhuǎn)臂的另一端呈“凹”字形，凹空部位為搭載細(xì)胞的副吊籃區(qū)，吊籃固定螺栓橫向安裝在副吊籃區(qū)兩側(cè)，副吊籃繞吊籃固定螺栓自由擺動(dòng)；副轉(zhuǎn)臂可伸長或者縮短，調(diào)節(jié)副吊籃到轉(zhuǎn)軸之間的距離，以調(diào)節(jié)副吊籃處的超重力水平。所述位置感應(yīng)裝置安裝在副轉(zhuǎn)臂筒體內(nèi)側(cè)，其本質(zhì)是ー個(gè)滑動(dòng)變阻器，副轉(zhuǎn)臂滑動(dòng)的同時(shí)改變電流的大小，電流大小可以定位副轉(zhuǎn)臂滑動(dòng)的位置。所述副轉(zhuǎn)臂最大伸縮長度為主轉(zhuǎn)臂長度的一倍，最小伸縮長度為主轉(zhuǎn)臂長度的1/5。所以副吊籃處可以實(shí)現(xiàn)2. 4g IOg的超重力水平。所述轉(zhuǎn)臂沿連接器周向?qū)ΨQ分布不少于2個(gè)。單片計(jì)算機(jī)為控制單元，通過輸入主吊籃處的重力水平值^^&)，單片計(jì)算機(jī)計(jì)算出轉(zhuǎn)子以需定的轉(zhuǎn)速n(r/min)旋轉(zhuǎn)；計(jì)算方法為先通過矢量疊加原理算出水平方向上
P
的超重力N水平N水平，N _ [77i—.再通過公式M =—i = 1.119xlO_5n2R主計(jì)算出轉(zhuǎn)
N水平-主-1;N水平 g
速n (r/min)，同吋，單片計(jì)算機(jī)通過比例的方法計(jì)算輸出副吊籃處的重力水平Nffl (g)，單片計(jì)算機(jī)首先得到副轉(zhuǎn)臂伸縮的位置R ，再通Mn副=#主ザ，計(jì)算出副吊籃處的重力水平
κ主
Nbj (g)，其中ω為角速度，R主為主吊籃到轉(zhuǎn)軸的長度，g為重力加速度，R副為副吊籃到轉(zhuǎn)軸的距離。有益效果本發(fā)明用于貼壁細(xì)胞超重力環(huán)境的加載裝置，目的在于研究不同超重力場下對(duì)貼壁細(xì)胞的作用，合理優(yōu)化加載裝置的結(jié)構(gòu)形式，可同時(shí)為兩個(gè)不同位置提供不同的超重力場環(huán)境進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn)；并且由于其體積小的特點(diǎn)，可將除了單片計(jì)算機(jī)以外的設(shè)備放入細(xì)胞培養(yǎng)箱中，保證其體外培養(yǎng)的貼壁細(xì)胞PH及溫度的恒定；為體外培養(yǎng)的貼壁細(xì)胞提供穩(wěn)定的超重力加載裝置。加載裝置具有結(jié)構(gòu)簡單，易于操作，可靠穩(wěn)定的特點(diǎn)，能很好的為超重力場下的細(xì)胞試驗(yàn)提供平臺(tái)。提高其實(shí)驗(yàn)效率和可靠性。


下面結(jié)合附圖和實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明ー種用于貼壁細(xì)胞超重力環(huán)境的加載裝置作進(jìn)ー步詳細(xì)描述。圖I為本發(fā)明貼壁細(xì)胞超重力環(huán)境的加載裝置的主轉(zhuǎn)臂、副轉(zhuǎn)臂示意圖。圖2為本發(fā)明貼壁細(xì)胞超重力加載裝置的轉(zhuǎn)臂、連接器示意圖。圖3為本發(fā)明貼壁細(xì)胞超重力加載裝置示意圖。圖中I.副轉(zhuǎn)臂2.主轉(zhuǎn)臂3.燕尾形榫4.主吊籃區(qū)5.位置感應(yīng)裝置6.副吊籃區(qū)7.連接器8.轉(zhuǎn)軸9.防護(hù)罩10.轉(zhuǎn)臂11.滑動(dòng)調(diào)節(jié)固定螺釘12.吊籃固定螺栓13.電機(jī)14.底座15.單片計(jì)算機(jī)16.連接線
具體實(shí)施例方式本實(shí)施例是ー種用于貼壁細(xì)胞超重力環(huán)境的加載裝置，可為體外培養(yǎng)的細(xì)胞提供2g IOg的超重力水平。參閱圖I、圖2、圖3，本發(fā)明是ー種為體外培養(yǎng)的貼壁細(xì)胞提供穩(wěn)定的超重力加載裝置。包括副轉(zhuǎn)臂I、主轉(zhuǎn)臂2、燕尾形榫3、主吊籃區(qū)4、位置感應(yīng)裝置5、副吊籃區(qū)6、連接器7、轉(zhuǎn)軸8、防護(hù)罩9、轉(zhuǎn)臂10、滑動(dòng)調(diào)節(jié)固定螺釘11、吊籃固定螺栓12、電機(jī)13、底座14、單片計(jì)算機(jī)15、連接線16組成。底座14為其它各部件提供支撐；固定在底座14中心部位上的電機(jī)13的輸出軸通過聯(lián)軸器與轉(zhuǎn)軸8連接；轉(zhuǎn)軸8和連接器7配合連接；轉(zhuǎn)臂10固定在連接器7上，單片計(jì)算機(jī)15為控制單元通過連接線16連接在底座14上，控制電機(jī)13的轉(zhuǎn)速；底座14為圓盤狀，直徑略小于防護(hù)罩9的直徑，防護(hù)罩將底座和固定在底座中心部位上的電機(jī)、轉(zhuǎn)軸、轉(zhuǎn)臂及搭載細(xì)胞的吊籃罩在防護(hù)罩內(nèi)；連接器7為“梅花”形多弧面的柱狀體，沿各弧面中心部位豎直方向有燕尾形卡槽，燕尾形卡槽上寬下部略窄；連接器7中心設(shè)有螺孔與轉(zhuǎn)軸8連接。轉(zhuǎn)臂10包括主轉(zhuǎn)臂2、副轉(zhuǎn)臂1，位置感應(yīng)裝置5，滑動(dòng)調(diào)節(jié)固定螺釘11，吊籃固定螺栓12、燕尾形榫3，主轉(zhuǎn)臂2為筒形長方體，一端為內(nèi)凹弧面，弧面中心豎直方向設(shè)置有燕尾形榫3，與連接器7上弧面中心部位的燕尾形卡槽固定連接，主轉(zhuǎn)臂2中間部分鏤空為長方形的主吊籃區(qū)4，吊籃固定螺栓12橫向安裝在主吊籃區(qū)4兩側(cè)，吊籃繞吊籃固定螺栓12自由擺動(dòng)，但不能左右移動(dòng)；副轉(zhuǎn)臂I亦為筒形長方體，副轉(zhuǎn)臂I的一端嵌套在主轉(zhuǎn)臂2的另一端筒體上，位置感應(yīng)裝置5安裝在副轉(zhuǎn)臂I筒體內(nèi)側(cè)，副轉(zhuǎn)臂I沿主轉(zhuǎn)臂2筒體兩側(cè)滑軌可伸縮滑動(dòng)，調(diào)節(jié)距離；主轉(zhuǎn)臂2與副轉(zhuǎn)臂I相連部位設(shè)置有滑動(dòng)調(diào)節(jié)固定螺釘11，在滑動(dòng)調(diào)節(jié)副轉(zhuǎn)臂I位置后旋緊滑動(dòng)調(diào)節(jié)固定螺釘11 ;副轉(zhuǎn)臂I的另一端呈“凹”字形，凹空部位為搭載細(xì)胞的副吊籃區(qū)6，吊籃固定螺栓12橫向安裝在副吊籃區(qū)6兩側(cè)，副吊籃繞吊籃固定螺栓12在副吊籃區(qū)6內(nèi)自由擺動(dòng)，但不能左右移動(dòng)。位置感應(yīng)裝置5安裝在副轉(zhuǎn)臂I筒體內(nèi)側(cè)，其本質(zhì)是ー個(gè)滑動(dòng)變阻器，副轉(zhuǎn)臂I滑動(dòng)的同時(shí)改變電流的大小，電流大小可以定位副轉(zhuǎn)臂I滑動(dòng)的位置，從而確定副吊籃區(qū)6處的超重力水平。 副轉(zhuǎn)臂I最大伸縮長度為主轉(zhuǎn)臂2長度的一倍，最小伸縮長度為主轉(zhuǎn)臂2長度的1/5。所以副吊籃處可以實(shí)現(xiàn)2. 4g IOg的超重力水平。轉(zhuǎn)臂10沿連接器7周向?qū)ΨQ分布不少于2個(gè)，保證旋轉(zhuǎn)時(shí)轉(zhuǎn)臂10水平。轉(zhuǎn)軸8為本發(fā)明裝置的傳動(dòng)設(shè)備，電機(jī)13通電后勻速轉(zhuǎn)動(dòng)通過聯(lián)軸器帶動(dòng)轉(zhuǎn)軸8轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)臂10隨之水平旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)超重力。操作過程首先將單片計(jì)算機(jī)15與固定安裝在底座14中心部位上的電機(jī)13通過連接線16連接，固定在底 座14中心部位上的電機(jī)13的輸出軸通過聯(lián)軸器與轉(zhuǎn)軸8連接；轉(zhuǎn)軸8和連接器7通過螺紋配合連接；轉(zhuǎn)臂10上的燕尾形榫3與連接器7上弧面中心部位的燕尾形槽配合固定連接；先搭載主轉(zhuǎn)臂2上的吊籃，通過吊籃固定螺栓12將吊籃搭載在主轉(zhuǎn)臂2的主吊籃區(qū)4內(nèi)。隨后調(diào)節(jié)副轉(zhuǎn)臂I到需要的位置，通過滑動(dòng)調(diào)節(jié)固定螺釘11固定副轉(zhuǎn)臂I ;再吊籃通過吊籃固定螺栓12搭載在副吊籃區(qū)6內(nèi)。吊籃用于搭載體外培養(yǎng)的貼壁細(xì)胞，細(xì)胞在培養(yǎng)皿中，放入吊籃即可。搭載細(xì)胞后，罩上防護(hù)罩9即可實(shí)驗(yàn)。吊籃處的超重力水平連續(xù)可調(diào)。最后，在單片計(jì)算機(jī)15上輸入主吊籃區(qū)4位置處的超重力值N± (g)，同時(shí)單片計(jì)算機(jī)15輸出工作時(shí)的轉(zhuǎn)軸8的轉(zhuǎn)速n(r/min)和副吊籃區(qū)6位置處的超重力值 ')· (g),即完成操作。計(jì)算過程為先通過矢量疊加原理算出水平方向上的超重力水平N水平，N水平=·^Nl-I ;再
通過公式N水平=& = L119xl0-5n2R±#算出轉(zhuǎn)速n (r/min)；最后通過比例，Nffl = A^xM來計(jì)算出副吊籃處的重力水平Nge (g)，其中w為角速度，R主為主
吊籃到轉(zhuǎn)軸的長度，Rffl是副吊籃到轉(zhuǎn)軸的距離，g為重力加速度。本發(fā)明ー種用于貼壁細(xì)胞超重力環(huán)境的加載裝置的超重力水平在IOg范圍內(nèi)，通過鋼化塑料材質(zhì)的防護(hù)罩9可將除單片計(jì)算機(jī)15以外的裝置罩住，保障安全。
權(quán)利要求
1.ー種用于貼壁細(xì)胞超重力環(huán)境的加載裝置，其特征在于包括轉(zhuǎn)臂、轉(zhuǎn)軸、電機(jī)、底座、防護(hù)罩、單片計(jì)算機(jī)， 所述底座為其它各部件提供支撐； 固定在底座中心部位上的電機(jī)的輸出軸通過聯(lián)軸器與轉(zhuǎn)軸連接，轉(zhuǎn)軸和連接器配合連接，轉(zhuǎn)臂固定在連接器上；單片計(jì)算機(jī)為控制單元連接在底座上；防護(hù)罩將底座上固定的電機(jī)、轉(zhuǎn)軸、轉(zhuǎn)臂及吊籃罩在防護(hù)罩內(nèi)； 所述連接器為“梅花”形多弧面的柱狀體，沿各弧面中心部位豎直方向有燕尾形卡槽，卡槽上寬下窄，連接器中心設(shè)有螺孔； 所述轉(zhuǎn)臂包括主轉(zhuǎn)臂、副轉(zhuǎn)臂，位置感應(yīng)裝置，滑動(dòng)調(diào)節(jié)固定螺釘，吊籃固定螺栓、燕尾形榫，所述主轉(zhuǎn)臂為筒形長方體，一端為內(nèi)凹弧面，弧面中心豎直方向設(shè)置有燕尾形榫，與連接器上弧面中心部位的燕尾形卡槽固定連接，主轉(zhuǎn)臂中間部分鏤空為長方形的主吊籃區(qū)，吊籃固定螺栓橫向安裝在主吊籃區(qū)兩側(cè)；所述副轉(zhuǎn)臂亦為筒形長方體，副轉(zhuǎn)臂的一端嵌套在主轉(zhuǎn)臂的另一端筒體上，位置感應(yīng)裝置安裝在副轉(zhuǎn)臂筒體內(nèi)側(cè)，副轉(zhuǎn)臂沿主轉(zhuǎn)臂筒體兩側(cè)滑軌可伸縮滑動(dòng)，主轉(zhuǎn)臂與副轉(zhuǎn)臂相連部位設(shè)置有滑動(dòng)調(diào)節(jié)固定螺釘，在滑動(dòng)調(diào)節(jié)副轉(zhuǎn)臂位置后旋緊滑動(dòng)調(diào)節(jié)固定螺釘；副轉(zhuǎn)臂的另一端呈“凹”字形，凹空部位為搭載細(xì)胞的副吊籃區(qū)，吊籃固定螺栓橫向安裝在副吊籃區(qū)兩側(cè)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用于貼壁細(xì)胞超重力環(huán)境的加載裝置，其特征在于所述副轉(zhuǎn)臂最大伸縮長度為主轉(zhuǎn)臂長度的一倍，最小伸縮長度為主轉(zhuǎn)臂長度的1/5。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用于貼壁細(xì)胞超重力環(huán)境的加載裝置，其特征在于所述轉(zhuǎn)臂沿連接器周向?qū)ΨQ分布不少于2個(gè)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于貼壁細(xì)胞超重力環(huán)境的加載裝置，包括轉(zhuǎn)臂、轉(zhuǎn)軸、電機(jī)、底座、防護(hù)罩、單片計(jì)算機(jī)組成，固定在底座中心部位上的電機(jī)的輸出軸通過聯(lián)軸器與轉(zhuǎn)軸連接，轉(zhuǎn)軸和連接器配合連接，轉(zhuǎn)臂固定在連接器上；單片計(jì)算機(jī)為控制單元連接在底座上；將底座、電機(jī)、轉(zhuǎn)軸、轉(zhuǎn)臂及吊籃罩在防護(hù)罩內(nèi)。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，易于操作，能很好的為超重力場下的細(xì)胞試驗(yàn)提供平臺(tái)；可同時(shí)為兩個(gè)不同位置提供不同的超重力場環(huán)境進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn)；并且由于其體積小的特點(diǎn)，可將除了單片計(jì)算機(jī)以外的設(shè)備放入細(xì)胞培養(yǎng)箱中，保證其體外培養(yǎng)的貼壁細(xì)胞pH及溫度的恒定；為體外培養(yǎng)的貼壁細(xì)胞提供可靠穩(wěn)定的超重力加載裝置。
文檔編號(hào)C12M1/00GK102643740SQ201210118100
公開日2012年8月22日 申請(qǐng)日期2012年4月19日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月19日
發(fā)明者商澎, 李亞楠, 李京寶, 楊憲園, 王亮, 王蒙, 騫愛榮 申請(qǐng)人:西北工業(yè)大學(xué)