專利名稱：可施加電和剪切力刺激的具有微拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的平板流動腔的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種平板流動腔，特別是可施加電和剪切力刺激的具有微拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的平板流動腔。
背景技術(shù)：
組織工程是根據(jù)細(xì)胞生物學(xué)和工程學(xué)的原理，結(jié)合種子細(xì)胞、生物支架材料和生長因子在體外/體內(nèi)構(gòu)建組織和器官，以維持、修復(fù)、再生或改善損傷組織和器官功能。復(fù)合種子細(xì)胞的生物支架材料是組織工程的核心，眾多研究已表明基質(zhì)微拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、電刺激和剪切力等均可調(diào)控細(xì)胞的粘附、增殖和分化等生物學(xué)功能，可促進(jìn)種子細(xì)胞與支架材料的相互作用，調(diào)控細(xì)胞中細(xì)胞外基質(zhì)的分泌。目前在組織工程中通常利用一種裝置只能實(shí)現(xiàn)一種刺激方式。平板流動腔是體外對細(xì)胞施加流體剪切力刺激的主要裝置。為了對細(xì)胞施加電刺激，可在流動腔中插入電極、安裝導(dǎo)電玻璃等導(dǎo)電材料等來實(shí)現(xiàn)。但是細(xì)胞在組織體內(nèi)很多情況下是同時(shí)受到基質(zhì)微拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、電刺激和剪切力作用。以骨組織修復(fù)為例，骨骼基質(zhì)形變引起的細(xì)胞間隙液流動所形成的流體剪切力是細(xì)胞所能感受到的主要應(yīng)力，可影響多種種子細(xì)胞的增殖、分化、礦化等?；铙w組織器官內(nèi)普遍存在內(nèi)源性生理性電場，外源性的電場刺激也用于促進(jìn)種子細(xì)胞增殖、分化以及與支架材料的粘附等。支架材料表面的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)會改變細(xì)胞表面的應(yīng)力分布，從而改變細(xì)胞的形態(tài)，影響細(xì)胞的增殖、分化、定向、遷移及細(xì)胞骨架的排列能力。與此同時(shí)，細(xì)胞對不同因素刺激的響應(yīng)并不單純是單一因素影響的線性疊加，研究中不能僅用單一裝置進(jìn)行單一因素的刺激，需要同時(shí)研究多種因素的協(xié)同作用。因此，急迫希望有一種裝置能同時(shí)實(shí)現(xiàn)多種因素刺激，以方便觀察和研究細(xì)胞對多種因素同時(shí)刺激的響應(yīng)。然而目前還未見有流動腔在對細(xì)胞施加電和剪切力刺激的同時(shí)實(shí)現(xiàn)微拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)調(diào)控。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題是提供一種同時(shí)對細(xì)胞施加電和流體剪切力刺激的具有微拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的平板流動腔，不僅可以施加多個(gè)方向電和流體剪切力刺激，而且可對細(xì)胞施加微拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)刺激。為解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型的可施加電和剪切力刺激的具有微拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的平板流動腔包括三層平板和兩層墊片，上平板設(shè)置有流體進(jìn)出口，上墊片設(shè)置有導(dǎo)流槽，中平板設(shè)置矩形狹縫，下墊片設(shè)置有流動小室。培養(yǎng)液由上平板流體進(jìn)口進(jìn)入上墊片中三角形導(dǎo)流槽，使得流體充分發(fā)散并受到緩沖的作用有效的降低入口的擾流現(xiàn)象。充分發(fā)散的培養(yǎng)液由中平板上矩形狹縫進(jìn)入流體小室。為保證流體流過流動小室時(shí)滿足層流、二維流動、充分發(fā)散的流動，流動小室寬度和長度均應(yīng)大大于流動小室厚度與放在其中的電極板的厚度之差。為進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)多方向的電刺激，所述中平板在位于流動小室上方設(shè)有電極板，下平板在位于流動小室下方放置具有微拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的電極板，流動小室四邊分別放置一個(gè)電極。[0006]下平板上放置的電極板通過在固定于薄片上具有微拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的二甲基硅氧烷(Polydimethylsiloxane, PDMS)膜上表襯石墨烯薄膜獲得,石墨烯薄膜兩端分別設(shè)置連接導(dǎo)線，可以加載電刺激同時(shí)施加微拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)刺激，其中薄片由硅片或者玻片制得。根據(jù)導(dǎo)線連接方式不同，下平板上所述電極板可與中平板在位于流動小室上方所設(shè)電極板作為一對電極使用，也可以單獨(dú)作為一個(gè)電極使用。與中平板在位于流動小室上方所設(shè)電極板作為一對電極使用時(shí)，下平板上所述電極板兩端導(dǎo)線中一個(gè)或兩者同時(shí)連接電源一極。單獨(dú)作為一個(gè)電極使用時(shí)，下平板上所述電極板兩端導(dǎo)線分別連接電源兩極，使電流通過此電極板對細(xì)胞產(chǎn)生電刺激。下平板上所述電極可以制備成厚度一致的平板，實(shí)現(xiàn)均一的流體剪切力作用；也可以制備成厚度均勻變化的楔形板，實(shí)現(xiàn)連續(xù)剪切力作用。在制備厚度均勻變化的所述電極板時(shí)可保持PDMS膜厚度均一，將薄片制成5 60°傾斜度的楔形；也可保持薄片厚度均一，將PDMS膜制成5 60°傾斜度的楔形。根據(jù)需要所述薄片上的微拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可為微溝槽陣列，也可為三角形、四邊形、五邊形、六邊形或圓柱形等各類形狀的微凸臺陣列。所述薄片上的微拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是微溝槽陣列時(shí)，微溝槽的寬和深分別為IOOnm 20 μ m和IOOnm 100 μ m,微溝槽間間距為IOOnm 20 μ m。所述薄片上的微拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是三角形、四邊形、五邊形或六邊形微凸臺陣列時(shí)，微凸臺各邊邊長為IOOnm 20 μ m,高為IOOnm 100 μ m,微凸臺間間距為IOOnm 20 μ m。所述薄片上的微拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是圓柱形微凸臺陣列時(shí)，微凸臺直徑為IOOnm 20 μ m,高為IOOnm 100 μ m,微凸臺間間距為IOOnm 20 μ m。在進(jìn)行流動腔實(shí)驗(yàn)時(shí)在石墨烯薄膜表面接種細(xì)胞，或者根據(jù)需要對石墨烯薄膜表面進(jìn)行表襯再接種細(xì)胞。中平板上電極板通過膠粘在中平板上，其連接導(dǎo)線通過刻在中平板上的小槽引出，利用密封膠密封。中平板上電極板和流動小室四周電極板均可由石墨烯薄膜或銦錫氧化物導(dǎo)電玻璃或者銦錫氧化物導(dǎo)電膜或者銀、金或鉬等貴金屬板制得。連接流動小室四周電極板的導(dǎo)線鋪設(shè)在下墊片上刻的小槽，放置好導(dǎo)線后用密封膠密封。平板流動腔通過螺栓或者夾具裝配好后，通過聚四氟乙烯導(dǎo)管與儲液槽和蠕動泵構(gòu)成一個(gè)的循環(huán)流動的體系。儲液槽中的液體由蠕動泵泵出后，沿著導(dǎo)管流入平板流動腔，對電極板上的細(xì)胞施加剪切力作用，然后流出，沿著流出導(dǎo)管回到儲液槽中。剪切力加載模式(連續(xù)、振蕩或脈沖等)和強(qiáng)度均由蠕動泵控制。工作時(shí)，除蠕動泵以外，其他裝置都放在培養(yǎng)箱內(nèi)。通過信號發(fā)生器和穩(wěn)壓電源給各對電極或單一電極施加連續(xù)、振蕩或脈沖等多種作用模式和強(qiáng)度的電刺激。電刺激時(shí)可以僅使用一個(gè)電極，也可使用一對電極，還可以同時(shí)使用多個(gè)電極。綜上所述，本實(shí)用新型的平板流動腔通過在流動小室六個(gè)面安裝電極板，且下平板上放置的電極板具有微拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，對細(xì)胞同時(shí)實(shí)現(xiàn)電和剪切力作用以及微拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)刺激，還可以通過改變下平板上放置的電極板厚度實(shí)現(xiàn)均一流體剪切力或連續(xù)剪切力作用，這也是本實(shí)用新型提出的關(guān)鍵之一。本實(shí)用新型提供的平板流動腔可根據(jù)需求選擇不同微拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，同時(shí)施加不同模式和強(qiáng)度電和流體剪切力刺激，所實(shí)現(xiàn)的平板流動腔結(jié)構(gòu)簡單緊湊，有望在更多組織工程研究中發(fā)揮重要作用。用于制備放置在流動小室底部的電極的材料不僅局限于石墨烯薄膜，只要選擇的材料可形成微拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)且導(dǎo)電，對細(xì)胞無明顯毒性即可。為簡潔起見，本實(shí)用新型主要以石墨烯薄膜為例加以闡述，其他導(dǎo)電材料也可以采用相同的原理。

圖1是本實(shí)用新型提供的可施加電和剪切力刺激的具有微拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的平板流動腔的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本實(shí)用新型提供的可施加電和剪切力刺激的具有微拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的平板流動腔的剖視圖；圖3是本實(shí)用新型提供的可施加電和剪切力刺激的具有微拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的平板流動腔的俯視圖；圖4是本實(shí)用新型提供的可施加電和剪切力刺激的具有微拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的平板流動腔的仰視圖；圖5是圖2所示可施加電和剪切力刺激的具有微拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的平板流動腔沿圖2中的A-A線的剖視圖；圖6是圖2所示可施加電和剪切力刺激的具有微拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的平板流動腔沿圖2中的B-B線的剖視圖；圖7是圖2所示可施加電和剪切力刺激的具有微拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的平板流動腔沿圖2中的C-C線的剖視圖；圖8是本實(shí)用新型提供的可施加電和剪切力刺激的具有微拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的平板流動腔的流動小室底面電極板的俯視圖；圖9是圖8所示可施加電和剪切力刺激的具有微拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的平板流動腔的流動小室底面電極板沿圖8中的D-D線的剖視圖；圖10是本實(shí)用新型第二種實(shí)施方式提供的可施加電和剪切力刺激的具有微拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的平板流動腔的流動小室底面電極板的俯視圖；圖11是圖10所示可施加電和剪切力刺激的具有微拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的平板流動腔的流動小室底面電極板沿圖10中的E-E線的剖視圖；圖12是本實(shí)用新型第三種實(shí)施方式提供的可施加電和剪切力刺激的具有微拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的平板流動腔的流動小室底面電極板的剖視圖；圖13是圖12所示可施加電和剪切力刺激的具有微拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的平板流動腔的流動小室底面電極板的側(cè)視圖。其中:1_導(dǎo)管；2_上平板；3_上墊片；4_導(dǎo)流槽；5_中平板；6_矩形狹縫；7_電極板；8-導(dǎo)線；9-導(dǎo)線；10_下墊片；11_下平板；12_導(dǎo)線；13_導(dǎo)線；14_電極；15_導(dǎo)線；16-電極板；17_電極；18_流動小室；19_細(xì)胞；20_螺栓；21_螺帽；22_薄片；23_PDMS膜；24-石墨烯薄膜；25_導(dǎo)線。
具體實(shí)施方式
以下實(shí)施例用于說明本實(shí)用新型，但不用來限制本實(shí)用新型的范圍。圖1是本實(shí)用新型提供的可施加電和剪切力刺激的具有微拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的平板流動腔的結(jié)構(gòu)示意圖，其結(jié)構(gòu)剖視圖、俯視圖和仰視圖分別如圖2、圖3和圖4所示，圖5、圖6和圖7分別是圖2中A-A線、B-B線和C-C線的剖視圖。[0028]實(shí)施例1:由圖1、圖2、圖3和圖4可知，本實(shí)用新型的可實(shí)施多方向電刺激的平板流動腔由三層平板和兩層墊片疊加組成，上平板2設(shè)置有流體進(jìn)出口，上墊片3設(shè)置有導(dǎo)流槽4，中平板5設(shè)置矩形狹縫6，下墊片10設(shè)置有流動小室18。流動小室18寬度和長度均應(yīng)大大于流動小室18厚度與放在其中的電極板16的厚度之差。上平板2、中平板5和下平板11可由聚碳酸酯、樹脂玻璃或金屬等材料制備，上墊片3和下墊片10可由硅樹脂等制備。如圖
5、圖6和圖7可知，培養(yǎng)液由上平板2上導(dǎo)管I進(jìn)入上墊片3中三角形導(dǎo)流槽4，使得流體充分發(fā)散并受到緩沖的作用有效的降低入口的擾流現(xiàn)象。充分發(fā)散的培養(yǎng)液由中平板5上矩形狹縫6進(jìn)入流動小室18。所述中平板5在位于流動小室18上方設(shè)有電極板7。電極板16放置在下平板11上，位于流動小室18下方。流動小室18四邊分別放置一對電極14和電極17。在進(jìn)行流動腔實(shí)驗(yàn)時(shí)在電極板16表面種細(xì)胞19,或者根據(jù)實(shí)驗(yàn)的需要對電極板16表面進(jìn)行表襯再種細(xì)胞19。電極板7、電極14和電極17由石墨烯薄膜或者銦錫氧化物導(dǎo)電玻璃或者銦錫氧化物導(dǎo)電膜或者銀、金或鉬等貴金屬板制得。中平板5上電極板7通過膠粘連接，電極板7的連接導(dǎo)線通過刻在中平板5上的小槽引出，并通過密封膠密封。下墊片10上刻有小槽，用于鋪設(shè)連接電極板16、電極14和電極17的導(dǎo)線8和導(dǎo)線25、導(dǎo)線13和導(dǎo)線15、導(dǎo)線9和導(dǎo)線12，導(dǎo)線放入小槽后再用密封膠密封。上平板2、中平板5、下平板11、上墊片3和下墊片10同一位置處加工有通孔，用于裝配螺栓20，通過螺帽21壓緊裝配。螺栓20的個(gè)數(shù)可以根據(jù)平板流動腔的大小對稱設(shè)置4-40個(gè)。在平板流動腔尺寸較小時(shí)也可以直接用夾具壓緊裝配，不設(shè)置螺栓20連接。圖8是本實(shí)用新型提供的可施加電和剪切力刺激的具有微拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的平板流動腔的流動小室底面電極板16的俯視圖，圖9是圖8所示流動小室底面電極板16沿圖8中的D-D線的剖視圖。圖中電極板16包括薄片22、PDMS膜23和石墨烯薄膜24，下面將具體介紹其制作過程。首先按常規(guī)方法在厚為0.4 0.7mm直徑為25 200mm的硅晶片上形成微溝槽陣列，該微溝槽寬和深分別為IOOnm 20μηι和IOOnm 100 μ m,微溝槽間間距為IOOnm 20 μ m。通過如下步驟制備PDMS膜23:(I)將Sylgardl84中PDMS預(yù)聚體與固化劑按10:1的質(zhì)量比稱取，充分混合后放于真空干燥箱中抽真空20 30min,直至氣泡消失。(2)將混合好的PDMS混合液傾倒于放置在塑料培養(yǎng)皿中的娃晶片表面，形成厚100 1000 μ m PDMS膜，水平放置于真空干燥箱內(nèi)保持負(fù)壓抽吸lOmin，使膠體與硅晶片模板表面結(jié)構(gòu)充分接觸，并除去殘留氣泡。(3)根據(jù)膜厚度將培養(yǎng)皿水平放置于鼓風(fēng)干燥箱中80°C烘烤I 2h。固化后冷卻至室溫，剝離得到表面微溝化的PDMS膜，并用手術(shù)刀切割至所需形狀。(4)將PDMS膜依次置于75%酒精和去離子水中分別超聲清洗20min，90°C鼓風(fēng)干燥箱干燥Ih。(5)將PDMS膜用lmol/L的稀鹽酸浸泡2h，提高表面親水性。去離子水清洗，干燥后備用。接著采用液相超聲剝離石墨方法制備濃度約為0.02 1.0mg/ml的石墨烯分散液:(I)將石墨粉加入到N, N-二甲基甲酰胺(N, N-Dimethylformamide, DMF)溶劑中，用超聲細(xì)胞粉碎機(jī)處理I 2h(550 650W，5s開，5s關(guān))，靜置一晚。(2)吸取上層液體滴入離心管中，5000rpm離心30min，收集上層4/5液體。(3)所得液體7000rpm再次離心30min，收集上層澄清液體，得到清亮透明的深黑色石墨烯分散液。然后采用旋涂法(spin coating)在PDMS膜23上形成石墨烯薄膜24:(I)用硅片或者玻片制備薄片22，將PDMS膜23固定在薄片22上，在膜中心位置滴加0.1 1.0ml石墨烯分散液。(2)靜置5s，打開旋涂儀，轉(zhuǎn)速IOOOrmp下旋涂10s，然后調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速為3000rmp旋涂30so(3)放置于真空干燥箱中干燥，在PDMS膜23上形成厚I 50nm的石墨烯薄膜24。最后在制備好的電極板16兩端分別安裝導(dǎo)線8和導(dǎo)線25，在研究中可將電極板16與電極板7作為一對電極使用，也可以作為單一電極使用。與電極板7聯(lián)合使用時(shí),將導(dǎo)線8或?qū)Ь€25中一個(gè)或者同時(shí)連接電源一極；作為單一電極使用時(shí)，導(dǎo)線8和導(dǎo)線25分別連接電源的兩極，讓電流通過電極板16對細(xì)胞19產(chǎn)生電刺激。實(shí)施例2:本實(shí)用新型電極板16上的微拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)不限于實(shí)施例1提供的微溝槽，還可以在硅晶片上形成三角形、四邊形、五邊形、六邊形或圓柱形等各類形狀的微凸臺陣列。以正方形凸臺為例，圖10是可施加電和剪切力刺激的具有微拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的平板流動腔的流動小室底面電極板的俯視圖，圖11是圖10所示可施加電和剪切力刺激的具有微拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的平板流動腔的流動小室底面電極板沿圖10中的E-E線的剖視圖。為獲得如圖的電極板，可先在娃晶片上形成正方形微凸臺陣列，該正方形微凸臺邊長為IOOnm 20 μ m,高為IOOnm 100 μ m，微凸臺間間距為IOOnm 20 μ m。依照此方法也可以形成其他規(guī)則或不規(guī)則圖形的微凸臺陣列。若薄片22上的微拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是三角形、五邊形或六邊形微凸臺陣列，該微凸臺各邊邊長為IOOnm 20 μ m,高為IOOnm 100 μ m,微凸臺間間距為IOOnm 20 μ m。若薄片22上的微拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是圓柱形微凸臺陣列，該微凸臺直徑為IOOnm 20 μ m,高為IOOnm 100 μ m,微凸臺間間距為IOOnm 20 μ m。而其他方法和結(jié)構(gòu)均與實(shí)施例1相同。實(shí)施例3:本實(shí)用新型電極板16可以制備成厚度一致的平板，實(shí)現(xiàn)均一的流體剪切力作用。電極板16也可以制備成厚度均勻變化的楔形板，實(shí)現(xiàn)連續(xù)剪切力作用。圖12是厚度均勻變化的電極板16的剖視圖，圖13是圖12所示底面電極板16的側(cè)視圖。在制備厚度均勻變化的電極板16時(shí)可保持PDMS膜23厚度均一，將薄片22制成5 60 °傾斜度的楔形，也可保持薄片22厚度均一，將PDMS膜23制成5 60°傾斜度的楔形。為方便加工，優(yōu)選保持PDMS膜23厚度均一，將薄片22制成5 60°傾斜度的楔形。而其他方法和結(jié)構(gòu)均與實(shí)施例I或?qū)嵤├?相同。本實(shí)用新型提供的平板流動腔的使用方法如下:(I)根據(jù)研究需要選擇所需微拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的電極板16，在電極板16上接種細(xì)胞19，若接種細(xì)胞19需要可對電極板16表面先進(jìn)行表襯再種細(xì)胞19。(2)將接種好細(xì)胞19的電極板16放入流動小室18后，通過螺栓或者夾具裝配好平板流動腔。(3)利用聚四氟乙烯導(dǎo)管將流動腔、儲液槽和蠕動泵連接成一個(gè)循環(huán)流動的系統(tǒng)。(4)根據(jù)研究需要選擇電極板，將電極板導(dǎo)線和電源連接。(5)將蠕動泵、信號發(fā)生器和穩(wěn)壓電源以外的其他裝置都放入培養(yǎng)箱內(nèi)。(6)通過蠕動泵設(shè)置剪切力加載模式(連續(xù)、振蕩或脈沖等)和強(qiáng)度，通過信號發(fā)生器和穩(wěn)壓電源設(shè)置電刺激作用模式(連續(xù)、脈沖等)和強(qiáng)度。(7)開啟蠕動泵、信號發(fā)生器和穩(wěn)壓電源。儲液槽中的液體由蠕動泵泵出后，沿著導(dǎo)管流入平板流動腔，對電極板16上的細(xì)胞19施加剪切力作用，然后流出，沿著流出導(dǎo)管回到儲液槽中。若僅需要三種刺激方式中的一種或兩種，也可僅開啟所需的設(shè)備。當(dāng)不需要施加微拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)刺激時(shí)，可用普通載玻片代替電極板16。(8)刺激作用結(jié)束后關(guān)閉蠕動泵、信號發(fā)生器和穩(wěn)壓電源。本實(shí)用新型提供的平板流動腔通過在流動小室六個(gè)面安裝電極板，實(shí)現(xiàn)對細(xì)胞施加不同模式和強(qiáng)度電和流體剪切力作用，在流動小室底面電極板表面形成微拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)同時(shí)考察基底微拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)對細(xì)胞生物學(xué)特性的影響，還可以通過改變流動小室底面電極板厚度實(shí)現(xiàn)均一流體剪切力和連續(xù)剪切力作用。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型提供的平板流動腔具有如下效果:(I)本實(shí)用新型提供的流動腔可對細(xì)胞施加剪切力刺激、電刺激和微拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)刺激中的一種、兩種和三種，有利于研究和觀察細(xì)胞對多種因素聯(lián)合刺激的響應(yīng)，以實(shí)現(xiàn)加速組織修復(fù)速度和提高組織修復(fù)質(zhì)量。相對于現(xiàn)有刺激方式，可以在一個(gè)結(jié)構(gòu)緊湊的裝置內(nèi)同時(shí)實(shí)現(xiàn)多種因素刺激，考察多因素刺激的協(xié)同作用效果。(2)本實(shí)用新型提供的流動腔方便同時(shí)對細(xì)胞施加剪切力刺激、電刺激和微拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)刺激，更易模擬細(xì)胞在體內(nèi)的微環(huán)境?，F(xiàn)有裝置通常只能實(shí)現(xiàn)一種或兩種因素刺激，與細(xì)胞在體內(nèi)微環(huán)境差異較大。(3)本實(shí)用新型提供的流動腔中每一種刺激因素均可實(shí)現(xiàn)多種模式和強(qiáng)度。其中，剪切力加載模式和強(qiáng)度可由蠕動泵控；電極刺激模式和強(qiáng)度可由信號發(fā)生器和穩(wěn)壓電源控制，且可同時(shí)使用多個(gè)電極實(shí)現(xiàn)多方向電刺激；微拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可以是微溝槽陣列，也可是三角形、四邊形、五邊形或六邊形微凸臺陣列，還可是圓柱形微凸臺陣列等多種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。現(xiàn)有流動腔裝置基本不能實(shí)現(xiàn)微拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)刺激，且剪切力和電刺激的形式較單一。正是由于這些綜合因素，使得本實(shí)用新型所提供的流動腔相比以往的平板流動腔有獨(dú)特的優(yōu)勢。
權(quán)利要求1.一種可施加電和剪切力刺激的具有微拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的平板流動腔，由三層平板和兩層墊片疊加組成，上平板設(shè)置有流體進(jìn)出口，上墊片設(shè)置有導(dǎo)流槽，中平板設(shè)置矩形狹縫，下墊片設(shè)置有流動小室，流動小室六面均設(shè)有電極板，其特征在于:所述位于流動小室(18)下方的電極板(16)包括薄片(22)、PDMS膜(23)和石墨烯薄膜(24)，PDMS膜(23)固定在具有不同微拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的薄片(22)上，石墨烯薄膜(24)是通過石墨烯旋涂在PDMS膜(23)表面上而形成的，電極板(16)兩端分別設(shè)置有導(dǎo)線(8)和導(dǎo)線(25)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可施加電和剪切力刺激的具有微拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的平板流動腔，其特征在于:所述薄片(22)上的微拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是微溝槽陣列，該微溝槽的寬和深分別為IOOnm 20 μ m和IOOnm 100 μ m,微溝槽間間距為IOOnm 20 μ m。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可施加電和剪切力刺激的具有微拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的平板流動腔，其特征在于:所述薄片(22)上的微拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是三角形、四邊形、五邊形或六邊形微凸臺陣列，該微凸臺各邊邊長為IOOnm 20 μ m,高為IOOnm 100 μ m,微凸臺間間距為IOOnm 20 μ m0
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可施加電和剪切力刺激的具有微拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的平板流動腔，其特征在于:所述薄片(22)上的微拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是圓柱形微凸臺陣列，該微凸臺直徑為IOOnm 20 μ m,高為IOOnm 100 μ m,微凸臺間間距為IOOnm 20 μ m。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可施加電和剪切力刺激的具有微拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的平板流動腔，其特征在于:所述電極板(16)為厚度一致的平板或厚度均勻變化的楔形板，在制備厚度均勻變化的電極板(16)時(shí)可保持PDMS膜(23)厚度均一，將薄片(22)制成5 60°傾斜度的楔形；或保持薄片(22)厚度均一，將PDMS膜(23)制成5 60°傾斜度的楔形。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可施加電和剪切力刺激的具有微拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的平板流動腔，其特征在于:所述導(dǎo)線(8)和導(dǎo)線(25)之一或兩者同時(shí)連接電源一極，將電極板(16)與電極板(X)作為一對電極使用。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可施加電和剪切力刺激的具有微拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的平板流動腔，其特征在于:所述導(dǎo)線(8)和導(dǎo)線(25)分別連接電源兩極，將電極板(16)單獨(dú)作為一個(gè)電極使用，使電流通過電極板(16)對細(xì)胞(19)產(chǎn)生電刺激。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可施加電和剪切力刺激的具有微拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的平板流動腔，其特征在于:所述電極板(7)、電極(14)和電極(17)由石墨烯薄膜或者銦錫氧化物導(dǎo)電玻璃或者銦錫氧化物導(dǎo)電膜或者銀、金或鉬貴金屬板制得。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可施加電和剪切力刺激的具有微拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的平板流動腔，其特征在于:所述薄片(22)由硅片或者玻片制得。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種可施加電和剪切力刺激的具有微拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的平板流動腔，由三層平板和兩層墊片疊加組成，上平板(2)設(shè)置有流體進(jìn)出口，上墊片(3)設(shè)置有導(dǎo)流槽(4)，中平板(5)設(shè)置矩形狹縫(6)，下墊片(10)設(shè)置有流動小室(18)，中平板(5)在位于流動小室(18)上方設(shè)有電極板(7)，下平板(11)在位于流動小室(18)下方放置電極板(16)，流動小室(18)四邊分別放置一對電極(14)和電極(17)，電極板(16)由薄片(22)、PDMS膜(23)和石墨烯薄膜(24)組成，且在表面有微拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，在對細(xì)胞(19)施加不同模式和強(qiáng)度電和剪切力刺激的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)對細(xì)胞(19)進(jìn)行微拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)調(diào)控，該裝置結(jié)構(gòu)簡單緊湊，且可靠。
文檔編號C12M1/42GK203007278SQ201220556230

公開日2013年6月19日 申請日期2012年10月23日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月23日
發(fā)明者呂永鋼, 董單娟, 鄒楊 申請人:重慶大學(xué)