專利名稱：體外細(xì)胞培養(yǎng)平行圓板流動腔的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種體外細(xì)胞培養(yǎng)流動腔。特別是涉及一種一區(qū)間連續(xù)剪應(yīng)力作用下的體外細(xì)胞培養(yǎng)平行圓板流動腔平行平板流動腔裝置，例如見


圖1所示，其型式繁多，但其核心部分是上下平行平板組成的″平行平板流動腔″，見圖2所示。為實(shí)現(xiàn)在平行平板流動腔中對粘貼在平板上的培養(yǎng)細(xì)胞作用剪應(yīng)力，另有一套輔助設(shè)施相配套。整個流動腔裝置在37℃恒溫室內(nèi)；培養(yǎng)液由恒流泵輸入；具有5％CO2的大氣由氣體入路系統(tǒng)輸入。各種各樣的平行平板流動腔裝置的輔助設(shè)施是大同小異的。
利用平行平板流動腔裝置進(jìn)行細(xì)胞培養(yǎng)時，培養(yǎng)的細(xì)胞粘貼在平板壁面上，培養(yǎng)細(xì)胞需要營養(yǎng)新陳代謝，所以在流動腔內(nèi)流動的不是一般液體而是細(xì)胞培養(yǎng)液((如含15％FCS、150μg/ml坑壞血酸、100μg/ml青霉素的DMEM等，培養(yǎng)條件為37℃、5％CO2、95％空氣、飽和濕度)。營養(yǎng)液流量通常由泵根據(jù)模擬細(xì)胞受正常生理剪應(yīng)力大小(例如血管內(nèi)皮受正常生理范圍剪應(yīng)力的大小5-36dyne/cm2)；或根據(jù)病理情況和其他實(shí)驗(yàn)要求，由流體在平行平板流動腔中剪應(yīng)力計算公式τ＝(6μQ)/(bh2)，計算來確定。其中流量Q計算時單位為cm3/sec，實(shí)驗(yàn)時常用cm3/min，μ為培養(yǎng)液粘度，通常和水的粘度相近(0.01泊＝1厘泊＝1g/cm.sec)。b(cm)為流動腔寬度，h(cm)為流動腔高度。
人們利用這種平行平板流動腔裝置經(jīng)多方面的研究，取得了豐碩的成果。有人說在此新研究領(lǐng)域中每年發(fā)表上千篇文獻(xiàn)。但是在平行平板流動腔中進(jìn)行一次流動實(shí)驗(yàn)，只能得到培養(yǎng)在平行平板上的細(xì)胞一個剪應(yīng)力作用下的結(jié)果。要得到不同的流動剪應(yīng)力對細(xì)胞的作用必須進(jìn)行多次不同的實(shí)驗(yàn)。而且不同的流動實(shí)驗(yàn)往往不能保證幾何參數(shù)和物理參數(shù)的精度，從而使實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生較大的誤差。
人們也可以利用如錐板粘度計這樣的裝置在錐板上培養(yǎng)細(xì)胞，原則上也可以達(dá)到一次實(shí)驗(yàn)得到多個剪應(yīng)力作用的結(jié)果，但由于錐板間的營養(yǎng)液不能交換，不能保證培養(yǎng)細(xì)胞進(jìn)行較長時間的新陳代謝，所以實(shí)驗(yàn)是不能長時間進(jìn)行的。
本實(shí)用新型的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的本實(shí)用新型提供的體外細(xì)胞培養(yǎng)平行圓板流動腔包括上下兩塊同軸圓板，該上下兩塊同軸圓板組成一個間距可調(diào)的平行間隙腔體，其中兩塊同軸圓板平行間距至少為0.01-0.5cm；不動的下同軸圓板直徑大于上同軸圓板直徑，下圓板中心有培養(yǎng)液進(jìn)口和周邊上有一凸起的沿，該沿上開有培養(yǎng)液出口，下同軸圓板固定在培養(yǎng)流動腔裝置底部的培養(yǎng)液箱內(nèi)，并且培養(yǎng)液進(jìn)口與培養(yǎng)液箱連通；上同軸圓板中心固定在一垂直軸下端，垂直軸固定在培養(yǎng)流動腔裝置上方，并與一帶著上同軸圓板旋轉(zhuǎn)的步進(jìn)電機(jī)相連；該體外細(xì)胞培養(yǎng)平行圓板流動腔見圖4所示。
本實(shí)用新型的平行圓板流動腔為互相平行的兩塊同軸平板，其間流動營養(yǎng)液，在下同軸圓板上粘貼培養(yǎng)細(xì)胞，當(dāng)上同軸圓相對于另一圓板以轉(zhuǎn)速ω轉(zhuǎn)動時，若兩同軸圓板的間距為h，則在半經(jīng)為r的固定圓板上流體的速度梯度為D＝(ωr)/h，若其間流動的流體粘度為μ，那么轉(zhuǎn)動圓板引起流體的流動作用在粘貼在固定圓板上的培養(yǎng)細(xì)胞的剪應(yīng)力為τ＝(μωr)/h。
本實(shí)用新型優(yōu)點(diǎn)在于利用平行平板流動腔裝置的所有輔助設(shè)施，與本實(shí)用新型的平行圓板流動腔成為平行圓板流動腔裝置。本實(shí)用新型的平行圓板流動腔內(nèi)一定量的培養(yǎng)液，保證了培養(yǎng)細(xì)胞能較長時間進(jìn)行新陳代謝，和在培養(yǎng)腔內(nèi)使圓板壁面上的細(xì)胞受到從圓心沿半徑方向到圓板邊緣呈線性增加的一區(qū)間剪應(yīng)力作用，從而只要進(jìn)行一次實(shí)驗(yàn)，就可以得到體外培養(yǎng)細(xì)胞受到一區(qū)間連續(xù)剪應(yīng)力作用下的結(jié)果，而實(shí)驗(yàn)時間又可以隨心所欲。
由上下兩塊同軸圓板1、2組成一個間距可調(diào)的平行間隙腔體，上下兩塊同軸圓板1、2組成流動腔體的間隙為0.02cm，平行圓板流動腔的半徑取為5cm；不動的下同軸圓板2中心有培養(yǎng)液進(jìn)口3和周邊上有一凸起的沿7，該沿7上開有培養(yǎng)液出口6，下同軸圓板2固定在流動腔裝置底部的培養(yǎng)液箱8內(nèi)，并且培養(yǎng)液進(jìn)口3與培養(yǎng)液箱8連通；上同軸圓板中心固定在一垂直軸4下端，垂直軸4固定在培養(yǎng)流動腔裝置上方，垂直軸4可以是勻速轉(zhuǎn)動，非勻速轉(zhuǎn)動，甚至振蕩轉(zhuǎn)動。整個平行圓板流動腔和其他流動腔輔助設(shè)施都安裝在恒溫室內(nèi)，所培養(yǎng)的細(xì)胞9粘貼在下同軸圓板2上，組成平行圓板流動腔裝置如圖3所示；平行圓板流動腔如圖4所示。
營養(yǎng)液從下同軸圓板2中心的培養(yǎng)液進(jìn)口3流入平行圓板流動腔內(nèi)，營養(yǎng)液粘度通常為1厘泊＝0.01泊(1g/(cm.sec)數(shù)量級，這樣平行圓板流動腔內(nèi)細(xì)胞受的剪應(yīng)力τ＝(μωr)/h就由轉(zhuǎn)速ω來定了；這樣平行圓板流動腔內(nèi)細(xì)胞受的剪應(yīng)力τ＝(μωr)/h就由轉(zhuǎn)速ω來定了。
當(dāng)ω＝1轉(zhuǎn)/see(60轉(zhuǎn)/min)，h＝0.02cm，則剪應(yīng)力τ＝0-2.5dyne。
當(dāng)ω＝10轉(zhuǎn)/sec(60轉(zhuǎn)/min)，h＝0.02cm，則剪應(yīng)力τ＝0-25dyne。
當(dāng)ω＝1轉(zhuǎn)/sec(60轉(zhuǎn)/min)，h＝0.05cm，則剪應(yīng)力τ＝0-1dyne。
當(dāng)ω＝1轉(zhuǎn)/sec(60轉(zhuǎn)/min)，h＝0.05cm，則剪應(yīng)力τ＝0-10dyne。
從圓板的圓心到圓板邊緣的剪應(yīng)力是線性增加變化的。
這樣作用在圓板流動腔壁面上的細(xì)胞總的剪應(yīng)力是徑向流量剪應(yīng)力、徑問離心力剪應(yīng)力和旋轉(zhuǎn)圓板帶動腔內(nèi)流體作用在璧面細(xì)胞上的轉(zhuǎn)動切向剪應(yīng)力矢量之和(當(dāng)然，離心力剪應(yīng)力也是旋轉(zhuǎn)圓板帶動腔內(nèi)流體引起的作用，這里這樣稱呼只是為了區(qū)別)。圓板由于轉(zhuǎn)動慢，離心力就小。同時供給營養(yǎng)液流量少，只需供給細(xì)胞維持新陳代謝即可，流量剪應(yīng)力也小(不象平行平板流動腔和非平行平板流動腔中，對細(xì)胞的剪應(yīng)力作用是由流體流量來控制的，因此流量較大)。如果離心剪應(yīng)力和流量剪應(yīng)力與旋轉(zhuǎn)切向剪應(yīng)力有相同數(shù)量級，那么就必須考慮離心剪應(yīng)力和流量剪應(yīng)力了。
該裝置適合于進(jìn)行這樣的實(shí)驗(yàn)研究；人體正常生理范圍情況下內(nèi)皮細(xì)胞承受的剪應(yīng)力為5-36dyne/cm2，如果平行圓板流動腔半徑取為5cm，營養(yǎng)液粘度為1厘泊＝0.01泊(1g/(cm.sec)。當(dāng)圓板流動腔高度h＝0.02cm時，轉(zhuǎn)速ω＝(τh)/(μr)＝(36×0.02)/(0.01×5)＝14.4轉(zhuǎn)/sec。當(dāng)圓板流動腔高度h＝0.05cm時，轉(zhuǎn)速ω＝(τh)/(μr)＝(36×0.05)/(0.01×5)＝36轉(zhuǎn)/sec。則平行圓板流動腔內(nèi)從圓心到邊緣的細(xì)胞受的剪應(yīng)力為0-36dyne/cm2，實(shí)施例2由上下兩塊同軸圓板1、2組成一個間距可調(diào)的平行間隙腔體，上下兩塊同軸圓板1、2組成流動腔體的間隙為0.05cm，平行圓板流動腔的半徑取為5cm，不動的下同軸圓板直徑大于上同軸圓板直徑；不動的下同軸圓板2中心有培養(yǎng)液進(jìn)口3和周邊上有一凸起的沿7，該沿7上開有培養(yǎng)液出口6，下同軸圓板2固定在流動腔裝置底部的培養(yǎng)液箱8內(nèi)，并且培養(yǎng)液進(jìn)口3與培養(yǎng)液箱8連通；上同軸圓板中心固定在一垂直軸4下端，垂直軸4固定在培養(yǎng)流動腔裝置上方，垂直軸4由相連的步進(jìn)電機(jī)5帶著上圓板旋轉(zhuǎn)，步進(jìn)電機(jī)5可以是勻速轉(zhuǎn)動，非勻速轉(zhuǎn)動，甚至振蕩轉(zhuǎn)動的。整個平行圓板流動腔和其他流動腔輔助設(shè)施都安裝在恒溫室內(nèi)，組成平行圓板流動腔裝置如圖3所示；平行圓板流動腔如圖4所示。
權(quán)利要求1.一種體外細(xì)胞培養(yǎng)平行圓板流動腔，包括上下兩塊間距可調(diào)的板，其特征在于所述的上下兩塊板是同軸圓板，兩塊同軸圓板之間平行，不動的下同軸圓板直徑大于上同軸圓板直徑，下同軸圓板中心有培養(yǎng)液進(jìn)口和周邊上有一凸起的沿，該沿上開有培養(yǎng)液出口，該下同軸圓板固定在培養(yǎng)流動腔裝置底部的培養(yǎng)液箱內(nèi)，并且培養(yǎng)液進(jìn)口與培養(yǎng)液箱連通；上同軸圓板中心固定在一垂直軸下端，垂直軸固定在培養(yǎng)流動腔裝置上方，垂直軸與一帶著上同軸圓板旋轉(zhuǎn)的步進(jìn)電機(jī)相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的體外細(xì)胞培養(yǎng)平行圓板流動腔，其特征在于所述的上下兩塊同軸圓板平行間距至少為0.01-0.5cm。
專利摘要本實(shí)用新型涉及體外細(xì)胞培養(yǎng)平行圓板流動腔。該流動腔包括上下兩塊間距可調(diào)的同軸圓板,兩塊同軸圓板之間平行,不動的下同軸圓板直徑大于上同軸圓板直徑,下同軸圓板中心有培養(yǎng)液進(jìn)口和周邊上有一凸起的沿,該沿上開有培養(yǎng)液出口,上同軸圓板中心固定在一垂直軸下端,垂直軸固定在培養(yǎng)流動腔裝置上方,它與一帶著上同軸圓板旋轉(zhuǎn)的步進(jìn)電機(jī)相連;下同軸圓板固定在培養(yǎng)流動腔裝置下方。本實(shí)用新型的平行圓板流動腔保證了培養(yǎng)細(xì)胞能較長時間進(jìn)行新陳代謝,和在培養(yǎng)腔內(nèi)使圓板壁面上的細(xì)胞受到從圓心沿半徑方向到圓板邊緣呈線性增加的一區(qū)間剪應(yīng)力作用,從而只要進(jìn)行一次實(shí)驗(yàn),就可以得到體外培養(yǎng)細(xì)胞受到一區(qū)間連續(xù)剪應(yīng)力作用下的結(jié)果。
文檔編號C12M3/00GK2486558SQ01231650
公開日2002年4月17日 申請日期2001年7月18日 優(yōu)先權(quán)日2001年7月18日
發(fā)明者錢民全, 彭榮蕤, 趙篤鳳, 錢大興, 蕭藍(lán) 申請人:中國科學(xué)院力學(xué)研究所