專利名稱：一種剪切力-電聯(lián)合刺激的細(xì)胞培養(yǎng)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及細(xì)胞工程和組織工程領(lǐng)域，特別是將力學(xué)環(huán)境與電學(xué)環(huán)境聯(lián)合作用于 細(xì)胞的培養(yǎng)裝置。
背景技術(shù)：
在組織工程中，細(xì)胞、組織的體外功能化培養(yǎng)已成為組織工程的核心，也是形成組 織工程產(chǎn)業(yè)的必要技術(shù)基礎(chǔ)。而提供與體內(nèi)細(xì)胞生存條件相近似的體外生長(zhǎng)環(huán)境，對(duì)于細(xì) 胞、組織的三維培養(yǎng)和功能化至關(guān)重要。其中，力場(chǎng)、電場(chǎng)等物理影響因子在其中起著不可 忽視的作用。力學(xué)環(huán)境對(duì)器官、組織、細(xì)胞甚至亞細(xì)胞等各個(gè)層次的生命活動(dòng)都有重要的影響。 如血流產(chǎn)生的剪切力，直接作用于內(nèi)皮細(xì)胞，對(duì)內(nèi)皮細(xì)胞形態(tài)、結(jié)構(gòu)和功能均產(chǎn)生影響，有 別于靜態(tài)培養(yǎng)情況。內(nèi)皮細(xì)胞在剪切力作用下細(xì)胞面積和長(zhǎng)軸逐漸增加，長(zhǎng)軸沿流向排列， 內(nèi)皮細(xì)胞在形態(tài)學(xué)上的變化與剪切力大小和持續(xù)時(shí)間有關(guān)；內(nèi)皮細(xì)胞在受剪切力后，血管 舒張因子(前列腺環(huán)素、一氧化氮)和血管收縮因子(內(nèi)皮素-1)的合成和分泌都發(fā)生一定 的改變，也同樣能使血管某些蛋白的基因表達(dá)增加，如黏附分子、生長(zhǎng)因子、細(xì)胞活素等；剪 切力能激活內(nèi)皮細(xì)胞整合素、鉀離子、鈣離子通道等將機(jī)械信號(hào)轉(zhuǎn)化為生化信號(hào)，從而促進(jìn) 內(nèi)皮細(xì)胞黏附及分泌功能等；不同類型剪切力對(duì)內(nèi)皮細(xì)胞增殖的影響也不同，層流及脈動(dòng) 流剪切力會(huì)抑制內(nèi)皮細(xì)胞的增殖，而往復(fù)流剪切力或帶梯度剪切力會(huì)促進(jìn)內(nèi)皮細(xì)胞增殖； 剪切力能夠誘導(dǎo)人內(nèi)皮細(xì)胞凋亡抑制蛋白(IAP-1和IAP-2)表達(dá)，從而抑制內(nèi)皮細(xì)胞凋亡 發(fā)揮抗動(dòng)脈粥樣硬化作用。細(xì)胞間隙液流體剪切力可有助于骨細(xì)胞感知細(xì)胞周圍機(jī)械環(huán) 境變化，在機(jī)械力信號(hào)傳導(dǎo)中發(fā)揮重要的作用，從而影響骨細(xì)胞活化、骨細(xì)胞礦物動(dòng)態(tài)平衡 和礦化等。剪切力可調(diào)節(jié)成骨細(xì)胞的增殖、分化、礦化，這種調(diào)節(jié)表現(xiàn)出對(duì)剪切力大小的依 賴性。低剪切力可激活血管平滑肌細(xì)胞的C-fos和C-myc基因，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄，從而調(diào)節(jié)剪切 力-血管平滑肌細(xì)胞的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，進(jìn)而影響血管平滑肌細(xì)胞的增殖和凋亡。除了復(fù)雜的力學(xué)環(huán)境，電學(xué)環(huán)境也是體內(nèi)細(xì)胞生長(zhǎng)的重要微環(huán)境之一。在生理電 場(chǎng)存在的情況下，細(xì)胞產(chǎn)生分裂、分化和遷移。如將微電刺激用于細(xì)胞體外培養(yǎng)中以模擬 體內(nèi)的電學(xué)環(huán)境，電刺激可以使內(nèi)皮細(xì)胞形態(tài)發(fā)生改變，細(xì)胞向垂直于電場(chǎng)的方向拉長(zhǎng)，同 時(shí)可以促使細(xì)胞片狀偽足重新分布、刺激肌動(dòng)蛋白的合成以及激活內(nèi)皮細(xì)胞生長(zhǎng)因子受體 (VEGFR)等信號(hào)通路。電刺激能夠誘導(dǎo)人成骨細(xì)胞鈣離子濃度的增加，促進(jìn)成骨細(xì)胞的增 殖、生長(zhǎng)因子的分泌以及細(xì)胞外基質(zhì)的合成；使用導(dǎo)電聚吡咯作為培養(yǎng)基質(zhì)材料對(duì)神經(jīng)細(xì) 胞PC-12等進(jìn)行培養(yǎng)，實(shí)驗(yàn)顯示聚吡咯膜支持雞的包含雪旺氏細(xì)胞的坐骨神經(jīng)細(xì)胞、纖維 原細(xì)胞和其它神經(jīng)節(jié)派生細(xì)胞的生長(zhǎng)和分化；在心肌細(xì)胞培養(yǎng)過程中加載電刺激能誘發(fā)心 肌細(xì)胞的有序生長(zhǎng)，提高心肌細(xì)胞同步收縮的程度，并觀察到高度組織的超微結(jié)構(gòu)，如間隙 連接、閏盤等，a-肌動(dòng)蛋白、心肌鈣蛋白等心臟蛋白分泌量也會(huì)增加。由以上可知，力刺激或電刺激的分別加載，能促進(jìn)細(xì)胞的生長(zhǎng)。但體內(nèi)細(xì)胞處于力 電共同作用的環(huán)境下，這兩個(gè)因素缺一不可，對(duì)于維持細(xì)胞正常功能、分化、分泌等都至關(guān)重要。目前已經(jīng)有研究者開始考慮將這兩種因素的綜合影響應(yīng)用在組織、細(xì)胞的培養(yǎng)中。但 是，國(guó)內(nèi)至今還未發(fā)現(xiàn)可同時(shí)對(duì)細(xì)胞加載力電刺激的培養(yǎng)裝置。

發(fā)明內(nèi)容
為了使離體培養(yǎng)的細(xì)胞更接近在體細(xì)胞，從而推動(dòng)細(xì)胞和組織工程快速發(fā)展，本 發(fā)明提供了一種剪切力_電聯(lián)合刺激的細(xì)胞培養(yǎng)裝置。本發(fā)明為一種剪切力_電聯(lián)合刺激的細(xì)胞培養(yǎng)裝置，包括培養(yǎng)箱、信號(hào)發(fā)生器，以 及設(shè)置在培養(yǎng)箱內(nèi)部的蠕動(dòng)泵、下游儲(chǔ)液瓶、上游儲(chǔ)液瓶、平板流動(dòng)腔、三通和濾器。蠕動(dòng)泵、下游儲(chǔ)液瓶、上游儲(chǔ)液瓶、三通和濾器共同構(gòu)成培養(yǎng)液灌流系統(tǒng)，用于為 平板流動(dòng)腔內(nèi)的細(xì)胞生長(zhǎng)提供循環(huán)的細(xì)胞培養(yǎng)液和剪切力；信號(hào)發(fā)生器有正極和負(fù)極兩個(gè) 電極，正極通過電極線與平板流動(dòng)腔的平板電極相連，負(fù)極通過電極線與平板流動(dòng)腔的金 屬片電極相連，為平板流動(dòng)腔內(nèi)的細(xì)胞生長(zhǎng)提供電刺激；平板流動(dòng)腔，用于提供細(xì)胞生長(zhǎng)所 需空間。所述培養(yǎng)液灌流系統(tǒng)各部分具體連接為下游儲(chǔ)液瓶與上游儲(chǔ)液瓶之間通過三條 硅膠管連接，第一條硅膠管上連接有蠕動(dòng)泵，下游儲(chǔ)液瓶中的細(xì)胞培養(yǎng)液在蠕動(dòng)泵的作用 下被送到上游儲(chǔ)液瓶；第二條硅膠管連通兩個(gè)儲(chǔ)液瓶中細(xì)胞培養(yǎng)液上方的氣體環(huán)境，同時(shí) 第二條硅膠管通過三通連接濾器，使得下游儲(chǔ)液瓶、上游儲(chǔ)液瓶中細(xì)胞培養(yǎng)液上方氣體環(huán) 境與培養(yǎng)箱中氣體環(huán)境相通，防止細(xì)菌進(jìn)入；第三條硅膠管用于使上游儲(chǔ)液瓶中的細(xì)胞培 養(yǎng)液回流到下游儲(chǔ)液瓶中。上游儲(chǔ)液瓶通過底部連通第四根硅膠管，所述的第四根硅膠管與平板流動(dòng)腔的流 體入口連通；下游儲(chǔ)液瓶通過第五根硅膠管與平板流動(dòng)腔的流體出口連通，形成一個(gè)細(xì)胞 培養(yǎng)液循環(huán)系統(tǒng)。打開蠕動(dòng)泵和信號(hào)發(fā)生器，同時(shí)對(duì)平板電極上的細(xì)胞加載力刺激和電刺激。本發(fā)明所述的剪切力為定常流和脈動(dòng)流等流體剪切力。本發(fā)明所述的電刺激為恒電壓、脈沖電壓、直流微電流等。本發(fā)明所述的平板電極由導(dǎo)電玻璃組成，或者導(dǎo)電玻璃和導(dǎo)電聚合物共同組成。 導(dǎo)電玻璃為摻雜氟的二氧化錫導(dǎo)電玻璃或者氧化銦錫導(dǎo)電玻璃。導(dǎo)電聚合物為聚吡咯，或 者聚吡咯與聚乳酸的共聚物，或者聚吡咯與殼聚糖的共聚物等，可沉積或平鋪于導(dǎo)電玻璃 上。本發(fā)明所述的金屬片電極，分為不銹鋼電極和鉬電極等。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn)(1)本發(fā)明提供的剪切力刺激與電學(xué)刺激聯(lián)合加載方式更接近于細(xì)胞生長(zhǎng)、發(fā)育 的體內(nèi)環(huán)境，力電聯(lián)合作用可改善細(xì)胞生長(zhǎng)條件，從而促進(jìn)細(xì)胞生長(zhǎng)、提高細(xì)胞活性。(2)本發(fā)明既可用于細(xì)胞、組織培養(yǎng)，也可用于細(xì)胞、組織生長(zhǎng)研究，并且對(duì)細(xì)胞體 外擴(kuò)增、細(xì)胞/支架復(fù)合物的體外構(gòu)建及功能化有積極的意義。(3)本發(fā)明操作簡(jiǎn)單，穩(wěn)定性好，具有較大的應(yīng)用前景。(4)本發(fā)明的剪切力_電聯(lián)合作用細(xì)胞培養(yǎng)裝置能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)離體細(xì)胞同時(shí)加載力 刺激和電刺激，選用透明的有機(jī)玻璃材料，便于在培養(yǎng)過程中實(shí)時(shí)觀察，且生物相容性好、 操作簡(jiǎn)單。


圖1為剪切力_電聯(lián)合作用細(xì)胞培養(yǎng)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為平板流動(dòng)腔的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中1-培養(yǎng)箱；2-蠕動(dòng)泵；3-下游儲(chǔ)液瓶；4-上游儲(chǔ)液瓶；5-信號(hào)發(fā)生器；6_平板流 動(dòng)腔；7-三通；8-濾器；601-有機(jī)玻璃蓋子；602-硅膠墊圈；603-平板電極；604-有機(jī)玻璃 底座；605-金屬片電極；606-流體入口 ；607-流體出口。
具體實(shí)施例方式如圖1所示的，本發(fā)明是一種剪切力_電聯(lián)合刺激的細(xì)胞培養(yǎng)裝置，包括細(xì)胞培養(yǎng) 箱1、蠕動(dòng)泵2、下游儲(chǔ)液瓶3、上游儲(chǔ)液瓶4、信號(hào)發(fā)生器5、平板流動(dòng)腔6、三通7和濾器8。 其中，蠕動(dòng)泵2、下游儲(chǔ)液瓶3、上游儲(chǔ)液瓶4、三通7和濾器8通過若干硅膠管連接，共同構(gòu) 成培養(yǎng)液灌流系統(tǒng)，用于為細(xì)胞加載剪切力，提供細(xì)胞生長(zhǎng)所需營(yíng)養(yǎng)。本發(fā)明的培養(yǎng)液灌流 系統(tǒng)和平板流動(dòng)腔6都置于培養(yǎng)箱1中，以保持適于細(xì)胞生長(zhǎng)的二氧化碳濃度和有濕度的 空氣環(huán)境。培養(yǎng)液灌流系統(tǒng)各部分間連接，如圖1所示，下游儲(chǔ)液瓶3和上游儲(chǔ)液瓶4之間通 過三條硅膠管相連，第一條硅膠管連接有蠕動(dòng)泵2，用于將下游儲(chǔ)液瓶3中的細(xì)胞培養(yǎng)液送 到上游儲(chǔ)液瓶4，該硅膠管的兩端分別連接在下游儲(chǔ)液瓶3底部位置與上游儲(chǔ)液瓶4的頂部 位置。第二條硅膠管用于連通兩個(gè)儲(chǔ)液瓶中的氣體環(huán)境，該硅膠管的兩端分別連接在下游 儲(chǔ)液瓶3上靠近頂部的位置與上游儲(chǔ)液瓶4上靠近頂部的位置，同時(shí)這條硅膠管通過三通 7連接濾器8，使下游儲(chǔ)液瓶3和上游儲(chǔ)液瓶4的氣體環(huán)境與培養(yǎng)箱1中氣體環(huán)境相通，防 止細(xì)菌進(jìn)入。第三條硅膠管用于使上游儲(chǔ)液瓶4中的細(xì)胞培養(yǎng)液回流到下游儲(chǔ)液瓶3，該硅 膠管的兩端分別連接在下游儲(chǔ)液瓶3的頂部，與上游儲(chǔ)液瓶4底部與第二條硅膠管連接端 之間位置。如圖1所示，細(xì)胞培養(yǎng)液裝入下游儲(chǔ)液瓶3中，蠕動(dòng)泵2為下游儲(chǔ)液瓶3中的細(xì)胞 培養(yǎng)液流到上游儲(chǔ)液瓶4提供動(dòng)力，在上游儲(chǔ)液瓶4中細(xì)胞培養(yǎng)液的水平面到達(dá)上游儲(chǔ)液 瓶4所連接的第三條硅膠管的位置時(shí)，細(xì)胞培養(yǎng)液才回流到下游儲(chǔ)液瓶3中。如圖1所示的培養(yǎng)箱1用于提供細(xì)胞生長(zhǎng)所需的二氧化碳、溫度和濕度環(huán)境，培養(yǎng) 箱1兩側(cè)分別有一個(gè)與外界相通的孔道，用于通過信號(hào)發(fā)生器5的電極線和蠕動(dòng)泵2的電 源線。培養(yǎng)箱1兩側(cè)的孔道與電極線、電源線連接處是密封的。如圖1所示的信號(hào)發(fā)生器5，有正極和負(fù)極兩個(gè)電極，信號(hào)發(fā)生器5通過電極線與 平板流動(dòng)腔6相連接。平板流動(dòng)腔6如圖2所示，包括有機(jī)玻璃蓋子601、硅膠墊圈602、平板電極603和 有機(jī)玻璃底座604，其中有機(jī)玻璃蓋子601上有一個(gè)金屬片電極605、一個(gè)流體入口 606和 一個(gè)流體出口 607。如圖2所示的平板流動(dòng)腔6是一個(gè)集剪切力刺激與電刺激為一體的平板流動(dòng)腔， 其金屬片電極605通過電極線與信號(hào)發(fā)生器5的負(fù)極相連，平板電極603通過電極線與信 號(hào)發(fā)生器5的正極相連，流體入口 606通過第四根硅膠管與上游儲(chǔ)液瓶4的底部連通，流體
6出口 607通過第五根硅膠管與下游儲(chǔ)液瓶3相連通。通過打開蠕動(dòng)泵2和信號(hào)發(fā)生器5，同 時(shí)對(duì)平板電極603上的細(xì)胞加載剪切力刺激和電刺激。將接種細(xì)胞的平板電極603放于有機(jī)玻璃底座604上，再將硅膠墊圈602放于平 板電極603上，硅膠墊圈602圍成長(zhǎng)方形，并與放在其上的有機(jī)玻璃蓋子601共同圍成流動(dòng) 腔，有機(jī)玻璃蓋子601放在最上面，用螺絲將有機(jī)玻璃蓋子601和有機(jī)玻璃底座604固定。 流體入口 606與流體出口 607都與所圍成的流動(dòng)腔連通。平板電極603由導(dǎo)電玻璃組成，或者導(dǎo)電玻璃和導(dǎo)電聚合物共同組成。導(dǎo)電玻璃 為摻雜氟的二氧化錫導(dǎo)電玻璃或者氧化銦錫導(dǎo)電玻璃；導(dǎo)電聚合物為聚吡咯，或者聚吡咯 與聚乳酸的共聚物，或者聚吡咯與殼聚糖的共聚物，可沉積或平鋪于導(dǎo)電玻璃上。所述的剪切力為定常流和脈動(dòng)流等流體剪切力。信號(hào)發(fā)生器5提供的電刺激可為恒電壓、脈沖電壓、直流微電流等。金屬片電極605可為不銹鋼電極或者鉬電極等。下面提供了應(yīng)用本發(fā)明裝置的實(shí)施例進(jìn)一步說明本發(fā)明的裝置及其優(yōu)點(diǎn)。實(shí)施例1翦切力_電聯(lián)合刺激的心肌細(xì)胞培養(yǎng)在無菌條件下把1-3天齡SD大鼠乳鼠的心肌細(xì)胞按lX105/cm2密度接種在平板 電極603上，平板電極采用如摻雜氟的二氧化錫導(dǎo)電玻璃，預(yù)培養(yǎng)3天后，將接種心肌細(xì)胞 的平板電極603放于有機(jī)玻璃底座604上，再將硅膠墊圈602放于平板電極603上，然后將 有機(jī)玻璃蓋子601放在最上面，最后用螺絲將有機(jī)玻璃蓋子601和有機(jī)玻璃底座604固定。將高壓滅菌后的下游儲(chǔ)液瓶3、上游儲(chǔ)液瓶4通過三根硅膠管如圖1所示相連。再 將上游儲(chǔ)液瓶4通過一根硅膠管與流體入口 606相連，下游儲(chǔ)液瓶3通過另一根硅膠管與 流體出口 607相連。在下游儲(chǔ)液瓶3中加入培養(yǎng)基。將連接好的裝置放入培養(yǎng)箱1中，以保證細(xì)胞生長(zhǎng)對(duì)溫度、濕度及二氧化碳的要 求。將連通下游儲(chǔ)液瓶3底部和上游儲(chǔ)液瓶4頂部的一根硅膠管放入蠕動(dòng)泵2中。分別將 蠕動(dòng)泵2的電源線和信號(hào)發(fā)生器5的電極線穿過培養(yǎng)箱1側(cè)面的孔接入培養(yǎng)箱內(nèi)。信號(hào)發(fā) 生器5電極線與平板電極603、金屬片電極605相連。打開調(diào)節(jié)好的蠕動(dòng)泵2和信號(hào)發(fā)生器 5的電源，使得剪切力刺激和電刺激聯(lián)合作用于心肌細(xì)胞，使心肌細(xì)胞在機(jī)械載荷和電載荷 雙重刺激的環(huán)境下生長(zhǎng)、發(fā)育，完成培養(yǎng)物的培育。施加的剪切力刺激為lOdyne/cm2，電刺激為脈沖電壓，幅值為lOOmV，頻率為1Hz， 脈沖寬度為10ms，刺激時(shí)間為12h。
_3] ^MM 2 刀力-申,聯(lián)合朿I丨激的內(nèi)皮細(xì)朐j吝養(yǎng)在無菌條件下把人臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞按1 X 105/cm2密度接種在平板電極603上，如 氧化銦錫導(dǎo)電玻璃，細(xì)胞貼壁第二天，將接種內(nèi)皮細(xì)胞的平板電極603放于有機(jī)玻璃底座 604上，再將硅膠墊圈602放于平板電極603上，然后將有機(jī)玻璃蓋子601放在最上面，最后 用螺絲將有機(jī)玻璃蓋子601和有機(jī)玻璃底座604固定。將高壓滅菌后的下游儲(chǔ)液瓶3、上游儲(chǔ)液瓶4通過三根硅膠管如圖1所示相連。再 將上游儲(chǔ)液瓶4通過一根硅膠管與流體入口 606相連，下游儲(chǔ)液瓶3通過另一根硅膠管與 流體出口 607相連。在下游儲(chǔ)液瓶3中加入培養(yǎng)基。將連接好的裝置放入培養(yǎng)箱1中，以保證細(xì)胞生長(zhǎng)的對(duì)溫度、濕度及二氧化碳的 要求。將連通下游儲(chǔ)液瓶3底部和上游儲(chǔ)液瓶4頂部的一根硅膠管放入蠕動(dòng)泵2中。分別將蠕動(dòng)泵2的電源線和信號(hào)發(fā)生器5的電極線穿過培養(yǎng)箱1側(cè)面的孔接入培養(yǎng)箱內(nèi)。信號(hào) 發(fā)生器5與平板電極603、金屬片電極605相連。打開調(diào)節(jié)好的蠕動(dòng)泵2和信號(hào)發(fā)生器5的 電源，使得剪切力刺激和電刺激聯(lián)合作用于內(nèi)皮細(xì)胞，使內(nèi)皮細(xì)胞在機(jī)械載荷和電載荷雙 重刺激的環(huán)境下生長(zhǎng)、發(fā)育，完成培養(yǎng)物的培育。施加的剪切力刺激為20dyne/cm2，電刺激為恒電壓200mV，刺激時(shí)間為6h。實(shí)施例3翦切力-電聯(lián)合刺激的成骨細(xì)胞培養(yǎng)在無菌條件下把成骨細(xì)胞MC3T3細(xì)胞按1 X 105/cm2密度接種在平板電極603上， 如沉積有導(dǎo)電聚吡咯的導(dǎo)電玻璃，細(xì)胞貼壁第二天，將接種成骨細(xì)胞的平板電極603放于 有機(jī)玻璃底座604上，再將硅膠墊圈602放于平板電極603上，然后將有機(jī)玻璃蓋子601放 在最上面，最后用螺絲將有機(jī)玻璃蓋子601和有機(jī)玻璃底座604固定。將高壓滅菌后的下游儲(chǔ)液瓶3、上游儲(chǔ)液瓶4通過三根硅膠管如圖1所示相連。再 將上游儲(chǔ)液瓶4通過一根硅膠管與流體入口 606相連，下游儲(chǔ)液瓶3通過另一根硅膠管與 流體出口 607相連。在下游儲(chǔ)液瓶3中加入培養(yǎng)基。將連接好的裝置放入培養(yǎng)箱1中，以保證細(xì)胞生長(zhǎng)的對(duì)溫度、濕度及二氧化碳的 要求。將連通下游儲(chǔ)液瓶3底部和上游儲(chǔ)液瓶4頂部的一根硅膠管放入蠕動(dòng)泵2中。分別 將蠕動(dòng)泵2的電源線和信號(hào)發(fā)生器5的電極線穿過培養(yǎng)箱1側(cè)面的孔接入培養(yǎng)箱內(nèi)。信號(hào) 發(fā)生器5正電極線與平板電極603相連，負(fù)電極線與金屬片電極605相連。打開調(diào)節(jié)好的 蠕動(dòng)泵2和信號(hào)發(fā)生器5的電源，使得剪切力刺激和電刺激聯(lián)合作用于成骨細(xì)胞，使成骨細(xì) 胞在機(jī)械載荷和電載荷雙重刺激的環(huán)境下生長(zhǎng)、發(fā)育，完成培養(yǎng)物的培育。施加的剪切力刺激為15dyne/cm2，電刺激為恒電壓150mV，刺激時(shí)間為24h。上述剪切力刺激、電刺激參數(shù)的設(shè)置，材料的改變是根據(jù)所培養(yǎng)的細(xì)胞特點(diǎn)不同 進(jìn)行選擇的。
權(quán)利要求
一種剪切力 電聯(lián)合刺激的細(xì)胞培養(yǎng)裝置，其特征在于包括培養(yǎng)箱(1)、蠕動(dòng)泵(2)、下游儲(chǔ)液瓶(3)、上游儲(chǔ)液瓶(4)、信號(hào)發(fā)生器(5)、平板流動(dòng)腔(6)、三通(7)和濾器(8)；所述的信號(hào)發(fā)生器(5)設(shè)置在培養(yǎng)箱(1)外部，其余設(shè)置在培養(yǎng)箱(1)內(nèi)部；所述的蠕動(dòng)泵(2)、下游儲(chǔ)液瓶(3)、上游儲(chǔ)液瓶(4)、三通(7)和濾器(8)共同構(gòu)成培養(yǎng)液灌流系統(tǒng)，用于為平板流動(dòng)腔(6)內(nèi)的細(xì)胞生長(zhǎng)提供循環(huán)的細(xì)胞培養(yǎng)液和剪切力；所述信號(hào)發(fā)生器(5)有正極和負(fù)極兩個(gè)電極，正極通過電極線與平板流動(dòng)腔(6)的平板電極相連，負(fù)極通過電極線與平板流動(dòng)腔(6)的金屬片電極相連，為平板流動(dòng)腔(6)內(nèi)的細(xì)胞生長(zhǎng)提供電刺激；所述培養(yǎng)液灌流系統(tǒng)各部分具體連接為下游儲(chǔ)液瓶(3)與上游儲(chǔ)液瓶(4)之間通過三條硅膠管連接，第一條硅膠管上連接有蠕動(dòng)泵(2)，下游儲(chǔ)液瓶(3)中的細(xì)胞培養(yǎng)液在蠕動(dòng)泵的作用下被送到上游儲(chǔ)液瓶(4)；第二條硅膠管連通兩個(gè)儲(chǔ)液瓶中細(xì)胞培養(yǎng)液上方的氣體環(huán)境，同時(shí)第二條硅膠管通過三通(7)連接濾器(8)，使得下游儲(chǔ)液瓶(3)、上游儲(chǔ)液瓶(4)中細(xì)胞培養(yǎng)液上方氣體環(huán)境與培養(yǎng)箱(1)中氣體環(huán)境相通；第三條硅膠管用于使上游儲(chǔ)液瓶(4)中的細(xì)胞培養(yǎng)液回流到下游儲(chǔ)液瓶(3)中；上游儲(chǔ)液瓶(4)通過底部連通第四根硅膠管，所述的第四根硅膠管與平板流動(dòng)腔(6)的流體入口連通；下游儲(chǔ)液瓶(3)通過第五根硅膠管與平板流動(dòng)腔(6)的流體出口連通，形成一個(gè)細(xì)胞培養(yǎng)液循環(huán)系統(tǒng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種剪切力_電聯(lián)合刺激的細(xì)胞培養(yǎng)裝置，其特征在于所 述培養(yǎng)箱(1)兩側(cè)分別有一個(gè)與外界相通的孔道，用于通過信號(hào)發(fā)生器(5)的電極線和蠕 動(dòng)泵(2)的電源線，所述的孔道與電極線、電源線的連接處是密封的。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種剪切力_電聯(lián)合刺激的細(xì)胞培養(yǎng)裝置，其特征在于所 述第一條硅膠管的兩端分別連接在下游儲(chǔ)液瓶(3)的底部位置和上游儲(chǔ)液瓶(4)的頂部位 置；第二條硅膠管的兩端分別連接在下游儲(chǔ)液瓶(3)上靠近頂部的位置和上游儲(chǔ)液瓶(4) 上靠近頂部的位置；第三條硅膠管的一端連接在下游儲(chǔ)液瓶(3)的頂部位置，另一端連接 在上游儲(chǔ)液瓶(4)上的位置低于第二條硅膠管連接端。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的一種剪切力-電聯(lián)合刺激的細(xì)胞培養(yǎng)裝置，其特征在于 所述上游儲(chǔ)液瓶(4)，其內(nèi)細(xì)胞培養(yǎng)液的水平面到達(dá)第三條硅膠管的位置時(shí)，細(xì)胞培養(yǎng)液回 流到下游儲(chǔ)液瓶(3)中。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種剪切力_電聯(lián)合刺激的細(xì)胞培養(yǎng)裝置，其特征在于所 述平板流動(dòng)腔(6)包括有機(jī)玻璃蓋子、硅膠墊圈、平板電極和有機(jī)玻璃底座；其中，有機(jī)玻 璃蓋子上有一個(gè)金屬片電極、一個(gè)流體入口和一個(gè)流體出口 ；所述有機(jī)玻璃底座放置在最下面，其上放置平板電極，平板電極上放置有硅膠墊圈，硅 膠墊圈上面放置有機(jī)玻璃蓋子，硅膠墊圈為長(zhǎng)方形，平板電極、硅膠墊圈與硅膠墊圈上放置 的有機(jī)玻璃蓋子三者共同圍成一個(gè)流動(dòng)腔；有機(jī)玻璃蓋子通過螺絲固定在有機(jī)玻璃底座 上；流體入口和流體出口都與所述流動(dòng)腔相通。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種剪切力_電聯(lián)合刺激的細(xì)胞培養(yǎng)裝置，其特征在于所 述平板流動(dòng)腔(6)的平板電極由導(dǎo)電玻璃組成，或者由導(dǎo)電玻璃和導(dǎo)電聚合物組成；所述導(dǎo)電玻璃，為摻雜氟的二氧化錫導(dǎo)電玻璃，或者氧化銦錫導(dǎo)電玻璃；所述導(dǎo)電聚合物，為聚吡咯、或者聚吡咯與聚乳酸的共聚物、或者聚吡咯與殼聚糖的共 聚物，沉積或平鋪于導(dǎo)電玻璃上。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種剪切力_電聯(lián)合刺激的細(xì)胞培養(yǎng)裝置，其特征在于所 述金屬片電極，為不銹鋼電極或者鉬電極。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種剪切力_電聯(lián)合刺激的細(xì)胞培養(yǎng)裝置，其特征在于所 述的剪切力為定常流或者脈動(dòng)流的流體剪切應(yīng)力。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種剪切力_電聯(lián)合刺激的細(xì)胞培養(yǎng)裝置，其特征在于所 述的電刺激為恒電壓、脈沖電壓或者直流微電流。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種剪切力-電聯(lián)合刺激的細(xì)胞培養(yǎng)裝置，主要包括培養(yǎng)箱、蠕動(dòng)泵、下游儲(chǔ)液瓶、上游儲(chǔ)液瓶、信號(hào)發(fā)生器和平板流動(dòng)腔。蠕動(dòng)泵、下游儲(chǔ)液瓶與上游儲(chǔ)液瓶等部件通過硅膠管連接，構(gòu)成培養(yǎng)液灌流系統(tǒng)，用于提供細(xì)胞生長(zhǎng)所需營(yíng)養(yǎng)，為細(xì)胞加載剪切力刺激；信號(hào)發(fā)生器用于提供電信號(hào)，給細(xì)胞加載電刺激；平板流動(dòng)腔，用于提供細(xì)胞生長(zhǎng)所需基底，并通過與信號(hào)發(fā)生器和培養(yǎng)液灌流系統(tǒng)相連為平板電極上的細(xì)胞提供剪切力-電共同作用環(huán)境。本發(fā)明建立了力刺激聯(lián)合電刺激下的細(xì)胞培養(yǎng)的環(huán)境，克服了現(xiàn)有技術(shù)不能模擬體內(nèi)細(xì)胞處于力、電刺激共同作用環(huán)境的缺陷，為促進(jìn)細(xì)胞、組織的功能化培養(yǎng)奠定基礎(chǔ)。
文檔編號(hào)C12M3/00GK101892153SQ201010243578
公開日2010年11月24日 申請(qǐng)日期2010年8月3日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月3日
發(fā)明者馮利敏, 李欣蔚, 李萍, 樊瑜波, 牛旭鋒, 賈璐 申請(qǐng)人:北京航空航天大學(xué)