專(zhuān)利名稱：一種模擬肺內(nèi)環(huán)境的細(xì)胞培養(yǎng)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬生物醫(yī)學(xué)儀器領(lǐng)域，涉及細(xì)胞培養(yǎng)裝置，具體涉及一種模擬肺內(nèi)環(huán) 境的細(xì)胞培養(yǎng)裝置。
背景技術(shù)：
氣-液平面及機(jī)械張力是肺內(nèi)細(xì)胞生長(zhǎng)微環(huán)境的重要特征。Christelle C等證 實(shí)，小鼠胚胎干細(xì)胞在有氣液平面的生長(zhǎng)環(huán)境下可以分化成類(lèi)似的假?gòu)?fù)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(shí)，機(jī)械張力可以影響肺部細(xì)胞的信號(hào)傳導(dǎo) (Liu MjMechanical force-induced signal transduction in lung cells. Am J Physiol 1999 ；277 :L667-L683)。2008年由美國(guó)國(guó)家和心肺研究所(NHLBI)和美國(guó)胸科協(xié)會(huì)(ATS) 舉辦的“干細(xì)胞、肺生物學(xué)和肺病中的細(xì)胞治療”學(xué)術(shù)研討會(huì)上，提出為加深對(duì)干細(xì)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(nèi)干細(xì)胞生存微環(huán)境的細(xì)胞培養(yǎng)體 系和方法，具體從以下4個(gè)方面入手(1)含氣-液界面，(2)含三維支架/人工基質(zhì)，多種類(lèi)型細(xì)胞復(fù)合培養(yǎng)，(4)具有一定的機(jī)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(shù)公開(kāi)的有關(guān)氣液平面的細(xì)胞培養(yǎng)裝置有銀屑病基礎(chǔ)研究模型的建 立方法及氣液平面跨膜裝置(申請(qǐng)?zhí)?00910010891. X)、用于篩選退色劑的色素化皮膚 類(lèi)似物模型及其構(gòu)建方法(申請(qǐng)?zhí)?00810150822. 2)、一種細(xì)胞負(fù)壓培養(yǎng)裝置(申請(qǐng)?zhí)?200920206478. 4)，所述現(xiàn)有技術(shù)均無(wú)法對(duì)培養(yǎng)的細(xì)胞施加張力；已申請(qǐng)專(zhuān)利的對(duì)離體培 養(yǎng)細(xì)胞提供機(jī)械張力的裝置，如一種對(duì)細(xì)胞實(shí)施持續(xù)牽張應(yīng)力作用的培養(yǎng)裝置(申請(qǐng)?zhí)?200920126151. 6)、細(xì)胞牽張應(yīng)力控制裝置(申請(qǐng)?zhí)?00520079070. 7)均無(wú)法對(duì)培養(yǎng)的細(xì)胞 施加氣液平面。硅膠膜是一種應(yīng)用廣泛的高分子生物醫(yī)學(xué)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(kāi)，氣體通過(guò)彌散作用通過(guò)薄膜到達(dá)血液，且不滲血。它對(duì)02，CO2 氣體的滲透性在各種合成聚合物中占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，且對(duì)人體細(xì)胞無(wú)害(人工肺用膜，中國(guó)醫(yī) 療器械雜志，1980 ；1 :50-53)。已有學(xué)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(guò)等壓 靜止法測(cè)得0. 08mm-0. Imm厚的硅橡膠膜對(duì)CO2的透過(guò)率可達(dá)4mol/m2 -h ·Ρει，對(duì)O2的透過(guò) 率可達(dá)0. 55mol/m2 · h · Pa (侯東明，一種用于硅橡膠薄膜透氣性測(cè)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(xì)胞可以通過(guò)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(xì) 胞的表型特征研究，第四軍醫(yī)大學(xué)學(xué)報(bào)，2006 ；27(13) :1169-1172)。發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是為克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種模擬肺內(nèi)環(huán)境的細(xì)胞培養(yǎng) 裝置。本實(shí)用新型的細(xì)胞培養(yǎng)裝置能同時(shí)產(chǎn)生機(jī)械張力及氣液平面。本實(shí)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(xì)胞，模擬肺內(nèi)細(xì)胞生長(zhǎng)環(huán)境，提供氣液平面及周期性張力的細(xì)胞培養(yǎng)裝置。具體而言，本實(shí)用新型的模擬肺內(nèi)環(huán)境的細(xì)胞培養(yǎng)裝置，其特征在于，其由細(xì)胞培 養(yǎng)池(1)、細(xì)胞培養(yǎng)板(3)及動(dòng)力加載系統(tǒng)(9)組成；所述細(xì)胞培養(yǎng)板(3)通過(guò)支架(4)及 鈍頭突起(5)分別固定以及頂觸細(xì)胞培養(yǎng)池(1)，細(xì)胞培養(yǎng)板(3)底部連接動(dòng)力加載系統(tǒng) (9)，為培養(yǎng)的細(xì)胞提供周期性張力。本實(shí)用新型中，采用0. 08mm-0. Imm透明彈性硅橡膠膜制作細(xì)胞培養(yǎng)池(1)的底部 ⑵；本實(shí)用新型中，細(xì)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(xì)胞培養(yǎng)池⑴；本實(shí)用新型中，動(dòng)力加載系統(tǒng)(9)包括支架(7)和(8)、頂蓋(10)、直流電源(11)、 開(kāi)關(guān)(12)、定時(shí)器(13)、阻抗器(14)、微型直流電機(jī)(15)和運(yùn)動(dòng)杠(16)，需要時(shí)，為培養(yǎng)的 細(xì)胞提供周期性張力；本實(shí)用新型中，細(xì)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(xì)胞培養(yǎng)池底部留有距離；本實(shí)用新型中，細(xì)胞培養(yǎng)板的底部有固定細(xì)胞培養(yǎng)池的支架及鈍頭突起，鈍頭突 起能將細(xì)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(xì)胞培養(yǎng)板的材料一樣，均為透光性良好的塑料；本實(shí)用新型中，細(xì)胞培養(yǎng)板可以放在底部的支架上培養(yǎng)細(xì)胞。本實(shí)用新型中，動(dòng)力加載系統(tǒng)(9)以直流電源(11)供能，通過(guò)定時(shí)器(13)控制周 期性張力的持續(xù)時(shí)間，阻抗器(14)控制周期性張力的頻率，通過(guò)微型直流電機(jī)(15)使運(yùn)動(dòng) 杠(16)做反復(fù)上下運(yùn)動(dòng)；本實(shí)用新型的一實(shí)施例中，運(yùn)動(dòng)杠上下運(yùn)動(dòng)的振幅為3mm，頻率為 15-60 次 / 分。本實(shí)用新型進(jìn)行了細(xì)胞培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)，結(jié)果顯示，本細(xì)胞培養(yǎng)裝置能模擬肺內(nèi)細(xì)胞生長(zhǎng) 環(huán)境，能同時(shí)產(chǎn)生機(jī)械張力及氣液平面。能用于關(guān)干細(xì)胞、肺生物學(xué)和肺病中的細(xì)胞研究。本實(shí)用新型的有益效果在于，本實(shí)用新型的細(xì)胞培養(yǎng)裝置的優(yōu)點(diǎn)有設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、取材方便、體積小、可以放入細(xì)胞培養(yǎng)箱內(nèi)；同時(shí)提供周期性或持續(xù)性 張力及氣液平面，能模擬肺內(nèi)細(xì)胞生長(zhǎng)微環(huán)境，研究持續(xù)性機(jī)械張力及氣液平面對(duì)貼壁細(xì) 胞生長(zhǎng)的影響。為了便于理解，以下將通過(guò)具體的附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型的進(jìn)行詳細(xì)地描 述。需要特別指出的是，具體實(shí)例和附圖僅是為了說(shuō)明，顯然本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以根 據(jù)本文說(shuō)明，在本實(shí)用新型的范圍內(nèi)對(duì)本實(shí)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(shí)用新型的范圍內(nèi)。

圖1是底部為透明彈性硅膠膜的細(xì)胞培養(yǎng)池示意4[0020]圖2是與細(xì)胞培養(yǎng)池配套的細(xì)胞培養(yǎng)板示意圖；圖3是周期性張力細(xì)胞培養(yǎng)裝置示意圖；圖4是控制電路原理圖；圖中標(biāo)示為1、細(xì)胞培養(yǎng)池；2、透明彈性硅膠膜；3、與細(xì)胞培養(yǎng)池對(duì)應(yīng)的細(xì)胞培 養(yǎng)板；4、固定細(xì)胞培養(yǎng)池的支架；5、細(xì)胞培養(yǎng)板底部的鈍頭突起；6、底座；7、固定細(xì)胞培養(yǎng) 板的支架；8、固定運(yùn)動(dòng)杠的支架；9、提供周期性張力的細(xì)胞培養(yǎng)裝置；10、細(xì)胞培養(yǎng)裝置頂 蓋；11、直流電源；12、開(kāi)關(guān)；13、定時(shí)器；14、阻抗器；15、微型直流電機(jī)；16、運(yùn)動(dòng)杠；17、培 養(yǎng)基；18、細(xì)胞。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例1示例性的模擬肺內(nèi)環(huán)境的細(xì)胞培養(yǎng)裝置的結(jié)構(gòu)如圖1-4所示，其由細(xì)胞培養(yǎng)池 (1)、細(xì)胞培養(yǎng)板(3)及動(dòng)力加載系統(tǒng)(9)組成；所述細(xì)胞培養(yǎng)板(3)通過(guò)支架(4)及鈍頭 突起(5)分別固定以及頂觸細(xì)胞培養(yǎng)池(1)，細(xì)胞培養(yǎng)板(3)底部連接動(dòng)力加載系統(tǒng)(9)， 為培養(yǎng)的細(xì)胞提供周期性張力。圖1所示是細(xì)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(wú)菌操作的條件下，將細(xì)胞培養(yǎng)池放入普通的細(xì)胞培養(yǎng)板。首 先，在細(xì)胞培養(yǎng)池內(nèi)加入纖維連接素溶液(或者多聚賴氨酸、膠原蛋白I)等預(yù)包被，移除包 被液后加入細(xì)胞懸液。待細(xì)胞貼壁后，貼壁細(xì)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(xì)胞與硅膠膜間的液體分子層，就形成了氣液平面。當(dāng)硅橡 膠薄膜下方給予周期性動(dòng)力加載裝置后，薄膜頂部反復(fù)上下運(yùn)動(dòng)使其上方的液體培養(yǎng)基周 期性地上下循環(huán)流動(dòng)，類(lèi)似不斷灌流的肺泡；薄膜下方的氣體相當(dāng)于肺泡腔。圖2是與上述細(xì)胞培養(yǎng)池對(duì)應(yīng)的細(xì)胞培養(yǎng)板(3)示意圖，它的底部有固定細(xì)胞培 養(yǎng)池的支架(4)、帶有上下兩個(gè)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(xì)胞培養(yǎng)板(3)底板的間隙恰當(dāng)，能使(5)自由地上下 運(yùn)動(dòng)而又不會(huì)左右歪斜。待細(xì)胞培養(yǎng)池(1)中的細(xì)胞貼壁后，將細(xì)胞培養(yǎng)板(3)置于底座 (6)上，將細(xì)胞培養(yǎng)池(1)通過(guò)支架(4)固定在細(xì)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(xì)胞培 養(yǎng)板⑶底部。以六孔板為例，與六孔板配套的細(xì)胞培養(yǎng)池底部半徑約為14mm，當(dāng)膜的頂部 向上頂起2mm后，膜的面積大約增加了 1%。此時(shí)，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(jī)械張力及氣液平面對(duì)貼壁細(xì)胞生長(zhǎng)的影響。圖3是周期性張力細(xì)胞培養(yǎng)裝置，將細(xì)胞培養(yǎng)板(3)置入該裝置的支架(7)上， 蓋上頂蓋(10)，使細(xì)胞培養(yǎng)板被固定在動(dòng)力加載系統(tǒng)(9)(周期性張力細(xì)胞培養(yǎng)裝置)內(nèi)。 運(yùn)動(dòng)杠(16)可以做振幅為3mm的上下運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)鈍頭突起(5)同時(shí)做振幅為3mm的上下運(yùn) 動(dòng)。通過(guò)阻抗器(14)調(diào)節(jié)運(yùn)動(dòng)杠(16)做上下運(yùn)動(dòng)的頻率，使之波動(dòng)于15-60次/分。通 過(guò)定時(shí)器(13)控制運(yùn)動(dòng)杠(16)做上下運(yùn)動(dòng)的持續(xù)時(shí)間。當(dāng)鈍頭突起向上運(yùn)動(dòng)3mm時(shí)，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(yùn)動(dòng)就產(chǎn)生了周期性張力，類(lèi)似不斷開(kāi)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(yùn)動(dòng)而周期性循環(huán)流動(dòng)，薄膜下方的氣體相當(dāng)于肺泡腔。如圖3所示， 從左到右，三個(gè)細(xì)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(wú)張力的培養(yǎng)。圖4為控制電路原理圖，直流電源(11)通過(guò)開(kāi)關(guān)(12)，依次連接定時(shí)器(13)、阻 抗器(14)及直流電機(jī)(15)。由直流電機(jī)(15)帶動(dòng)運(yùn)動(dòng)杠(16)上下運(yùn)動(dòng)。定時(shí)器(13)、 阻抗器(14)分別控制運(yùn)動(dòng)杠(16)上下運(yùn)動(dòng)的持續(xù)時(shí)間及頻率。運(yùn)動(dòng)杠(16)上下運(yùn)動(dòng)的 振幅為3mm，頻率為15-60次/分。本實(shí)用新型設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、取材方便、體積小、可以放入細(xì)胞培養(yǎng)箱內(nèi)、同時(shí)提供(周 期性或持續(xù)性)張力及氣液平面。
權(quán)利要求一種模擬肺內(nèi)環(huán)境的細(xì)胞培養(yǎng)裝置，其特征在于，其由細(xì)胞培養(yǎng)池(1)、細(xì)胞培養(yǎng)板(3)及動(dòng)力加載系統(tǒng)(9)組成；所述細(xì)胞培養(yǎng)板(3)通過(guò)支架(4)及鈍頭突起(5)分別固定以及頂觸細(xì)胞培養(yǎng)池(1)，細(xì)胞培養(yǎng)板(3)底部連接動(dòng)力加載系統(tǒng)(9)。
2.按權(quán)利要求1所述的模擬肺內(nèi)環(huán)境的細(xì)胞培養(yǎng)裝置，其特征在于，所述的細(xì)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(xì)胞培養(yǎng)池底部留有距離。
3.按權(quán)利要求1所述的模擬肺內(nèi)環(huán)境的細(xì)胞培養(yǎng)裝置，其特征在于，所述的細(xì)胞培養(yǎng) 板(3)的底部有支架(4)，鈍頭突起(5)和底座(6)；細(xì)胞培養(yǎng)板(3)置于底座(6)上。
4.按權(quán)利要求1所述的模擬肺內(nèi)環(huán)境的細(xì)胞培養(yǎng)裝置，其特征在于，所述的動(dòng)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(kāi)關(guān)(12)、定時(shí)器(13)、阻 抗器(14)、微型直流電機(jī)(15)和運(yùn)動(dòng)杠(16)。
5.按權(quán)利要求4所述的模擬肺內(nèi)環(huán)境的細(xì)胞培養(yǎng)裝置，其特征在于，所述的支架(7)固 定細(xì)胞培養(yǎng)板(3)、支架(8)固定運(yùn)動(dòng)杠(16)。
6.按權(quán)利要求1或2所述的模擬肺內(nèi)環(huán)境的細(xì)胞培養(yǎng)裝置，其特征在于，所述的鈍頭突 起(5)將細(xì)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(quán)利要求1或2所述的模擬肺內(nèi)環(huán)境的細(xì)胞培養(yǎng)裝置，其特征在于，所述的細(xì)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(quán)利要求1所述的模擬肺內(nèi)環(huán)境的細(xì)胞培養(yǎng)裝置，其特征在于，所述的動(dòng)力加載 系統(tǒng)(9)以直流電源(11)供能，通過(guò)定時(shí)器(13)控制周期性張力的持續(xù)時(shí)間，阻抗器(14) 控制周期性張力的頻率，通過(guò)微型直流電機(jī)(15)使運(yùn)動(dòng)杠(16)做反復(fù)上下運(yùn)動(dòng)。
9.按權(quán)利要求1所述的模擬肺內(nèi)環(huán)境的細(xì)胞培養(yǎng)裝置，其特征在于，所述的運(yùn)動(dòng)杠 (16)上下運(yùn)動(dòng)的振幅為3mm，頻率為15-60次/分。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型屬生物醫(yī)學(xué)儀器領(lǐng)域，具體涉及一種模擬肺內(nèi)環(huán)境的細(xì)胞培養(yǎng)裝置，其由細(xì)胞培養(yǎng)池、細(xì)胞培養(yǎng)板及動(dòng)力加載系統(tǒng)組成；所述細(xì)胞培養(yǎng)板通過(guò)支架及鈍頭突起分別固定以及頂觸細(xì)胞培養(yǎng)池，細(xì)胞培養(yǎng)板底部連接動(dòng)力加載系統(tǒng)為培養(yǎng)的細(xì)胞提供周期性張力。本細(xì)胞培養(yǎng)裝置能模擬肺內(nèi)細(xì)胞生長(zhǎng)環(huán)境，能同時(shí)產(chǎn)生機(jī)械張力及氣液平面，用于關(guān)干細(xì)胞、肺生物學(xué)和肺病中的細(xì)胞研究。本實(shí)用新型設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、取材方便、體積小、可以放入細(xì)胞培養(yǎng)箱內(nèi)；同時(shí)提供周期性或持續(xù)性張力及氣液平面，研究持續(xù)性機(jī)械張力及氣液平面對(duì)貼壁細(xì)胞生長(zhǎng)的影響。
文檔編號(hào)C12M1/36GK201762332SQ20102051699
公開(kāi)日2011年3月16日 申請(qǐng)日期2010年9月2日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月2日
發(fā)明者王自力, 瞿介明 申請(qǐng)人:復(fù)旦大學(xué)附屬華東醫(yī)院