一種多功能細(xì)胞模擬艙的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種多功能細(xì)胞模擬艙，用于模擬間歇性低氧、持續(xù)高氧、特殊氣體暴露的細(xì)胞模型。
【背景技術(shù)】
[0002]阻塞性睡眠呼吸暫停低通氣綜合征Obstructive sleep apnea hypopneasyndrom,OSAHS)是常見的睡眠障礙性疾病，主要為睡眠過程中反復(fù)的上呼吸道塌陷或阻塞引起的通氣不足或睡眠紊亂。0SAHS特征性低氧特點(diǎn)為間歇性低氧，但其具體病理生理機(jī)制尚未闡明。體外細(xì)胞實(shí)驗(yàn)因具有影響因素單一，人為可操控性大，個(gè)體間差異小等優(yōu)點(diǎn)在人類疾病研究中應(yīng)用廣泛。但由于氧氣和氮?dú)鉃槎栊詺怏w，難以有效彌散到細(xì)胞培養(yǎng)基中，建立有效地間歇性低氧細(xì)胞模型存在一定困難。目前建立的間歇性低氧模型主要有幾種類型:①低氧培養(yǎng)基交替暴露細(xì)胞模型:通過直接改變培養(yǎng)基中氧濃度水平，細(xì)胞交替暴露在低氧濃度培養(yǎng)基和正常氧濃度的培養(yǎng)基中，通過蠕動(dòng)泵控制流經(jīng)兩種不同氧濃度培養(yǎng)基時(shí)間建立不同間歇低氧模型，該類模型設(shè)計(jì)復(fù)雜，推廣困難。氣源采用混合氣體，不易獲得；細(xì)胞表面培養(yǎng)基反復(fù)流動(dòng)，液體剪切力對(duì)細(xì)胞生理功能影響較大，明顯增加了試驗(yàn)干擾。②低氧氣體直接暴露細(xì)胞模型，該類模型為目前常用模型。設(shè)計(jì)一個(gè)大小適中的恒溫培養(yǎng)箱，電腦控制系統(tǒng)通過控制氧氣、氮?dú)?、二氧化碳或混合氣體進(jìn)出，調(diào)整培養(yǎng)箱中氧濃度和二氧化碳水平，通過改變艙內(nèi)氧氣濃度和頻率模擬出不同間歇低氧/復(fù)氧模式。大多培養(yǎng)箱密閉性強(qiáng)，艙內(nèi)氣體變化緩慢；氣體流量大，明顯增加了實(shí)驗(yàn)的干擾。
[0003]目前許多證據(jù)顯示，機(jī)體短時(shí)間缺血還不足以造成機(jī)體損傷，但缺血一段時(shí)間后突然恢復(fù)血供時(shí)才出現(xiàn)損傷，即缺血再灌注損傷。如心肌梗死、腦卒中、外科手術(shù)、創(chuàng)傷性休克、血栓經(jīng)搶救后均會(huì)出現(xiàn)缺血再灌注損傷。器官在缺血再灌注損傷后氧自由基大量產(chǎn)生，出現(xiàn)細(xì)胞凋亡、壞死，引起機(jī)體功能障礙。建立有效的缺血-再灌注細(xì)胞模型十分必要，目前國(guó)外有研究根據(jù)細(xì)胞耗氧特點(diǎn)建立簡(jiǎn)易的缺血再灌注模型，但該類模型造模時(shí)間長(zhǎng)、造模過程中干預(yù)條件難以控制等應(yīng)用有限。
[0004]近幾十年來，特殊氣體如吸入麻醉藥因具有全身麻醉效應(yīng)，同時(shí)可引起神經(jīng)保護(hù)和神經(jīng)毒性的特點(diǎn)備受關(guān)注，吸入麻醉藥神經(jīng)毒性的病理生理機(jī)制成為研究熱點(diǎn)。研究表明:吸入性麻醉藥異氟烷能明顯降低小鼠自主活動(dòng)次數(shù)，小鼠學(xué)習(xí)記憶能力下降，海馬神經(jīng)元凋亡增加。異氟烷可通過激活Y氨基丁酸(GABA)促發(fā)的胞質(zhì)Ca2+釋放而引起海馬神經(jīng)元神經(jīng)毒性。多項(xiàng)證據(jù)表明，吸入麻醉藥通過線粒體電信號(hào)傳導(dǎo)、糖酵解相關(guān)通路影響胞質(zhì)Ca2+釋放、R0S產(chǎn)生及ATP合成等介導(dǎo)神經(jīng)保護(hù)或神經(jīng)毒性作用。目前吸入性麻醉藥細(xì)胞方面的研究多采用箱子模型，密閉的箱子放置在恒溫培養(yǎng)箱中，通過將吸入性麻醉氣體通過特殊的霧化器與含5% C02,21% 02,74% N2的混合氣體混合建立模型。該類模型氣源采用混合氣體，不易獲得；麻醉氣體采用特殊霧化裝置，流量及氣體濃度不易控制；另外模型多屬自主制作，粗糙密閉性差，溫度濕度不容易保持恒定。
[0005]隨著圍產(chǎn)醫(yī)學(xué)的發(fā)展和新生兒監(jiān)護(hù)中心的建立，氧療和機(jī)械通氣治療手段的提高，越來越多的小于胎齡兒和(或)低出生體重兒得以救治。高氧治療并發(fā)癥發(fā)生率也逐漸增加，支氣管肺發(fā)育不良和早產(chǎn)兒視網(wǎng)膜病變等高氧并發(fā)癥已成為圍產(chǎn)醫(yī)學(xué)的難點(diǎn)與熱點(diǎn)問題。制備高氧肺損傷和高氧視網(wǎng)膜病變的細(xì)胞模型已成為研究其發(fā)病機(jī)制與防治措施的關(guān)鍵因素之一。以往報(bào)道的高氧損傷模型存在許多不足，如大多模型采用密閉裝置，試驗(yàn)之前將一定濃度的高氧氣體灌注一段時(shí)間，保持艙內(nèi)高氧狀態(tài)來實(shí)現(xiàn)高氧損傷模型。該類模型設(shè)計(jì)簡(jiǎn)陋，艙內(nèi)氧濃度不穩(wěn)定，不能實(shí)現(xiàn)氧濃度實(shí)時(shí)檢測(cè)，且不能排除試驗(yàn)氣體本身對(duì)試驗(yàn)的影響等。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是克服上述不足，提供一種多功能細(xì)胞模擬艙，其操作簡(jiǎn)便、控制精確，可實(shí)現(xiàn)間歇性低氧、持續(xù)高氧、特殊氣體暴露等多種實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ?，以滿足實(shí)驗(yàn)要求。
[0007]本發(fā)明主體包括實(shí)驗(yàn)艙和空氣模擬對(duì)照艙，含有溫控裝置和濕化器，可保證艙內(nèi)溫度維持在37°C，濕度在45%?70%之間。全程由電腦和編程控制器(PLC)等上位機(jī)組態(tài)軟件控制，可編程和存儲(chǔ)不同的設(shè)定程序，PLC系統(tǒng)根據(jù)設(shè)定的程序按照預(yù)定試驗(yàn)方案分別控制氧氣電動(dòng)閥、氮?dú)怆妱?dòng)閥、二氧化碳電動(dòng)閥的開關(guān),將氮?dú)?、氧氣、二氧化碳按一定比例輸注到相?duì)密閉的模擬艙內(nèi)，經(jīng)氧氣和二氧化氮?dú)怏w濃度監(jiān)控系統(tǒng)測(cè)量試驗(yàn)艙內(nèi)氣體濃度，把信號(hào)反饋給電腦控制系統(tǒng)，整個(gè)過程自動(dòng)控制、自動(dòng)監(jiān)測(cè)，操作簡(jiǎn)單，控制精確。電腦控制系統(tǒng)中程序設(shè)計(jì)具有人性化的特點(diǎn)，科研人員根據(jù)實(shí)驗(yàn)需要隨時(shí)更改實(shí)驗(yàn)條件，可同時(shí)設(shè)置多個(gè)程序，模擬多種模式。
[0008]空氣模擬對(duì)照艙設(shè)有空氣管道，控制系統(tǒng)設(shè)定其空氣電動(dòng)閥的開/關(guān)與細(xì)胞實(shí)驗(yàn)艙內(nèi)氮?dú)夂脱鯕怆妱?dòng)閥開/關(guān)同步，對(duì)照艙內(nèi)空氣輸注與實(shí)驗(yàn)艙氧氣和氮?dú)廨斪⑼剑@樣完全做到空氣模擬對(duì)照，消除因氣體開放的沖力對(duì)細(xì)胞的影響。
[0009]本發(fā)明氣源采用工業(yè)壓縮氮?dú)?、氧氣、二氧化碳，來源?jiǎn)便易得；實(shí)驗(yàn)艙和空氣模擬對(duì)照艙內(nèi)各氣體均有單獨(dú)氣體管道，使氧艙內(nèi)氣體的濃度變化迅速；氣體均設(shè)有過濾裝置，達(dá)到除菌、凈化氣體作用；此外氧艙內(nèi)設(shè)有混和風(fēng)機(jī)，將灌注到艙體內(nèi)的氣體迅速充分混合，可使氣體濃度迅速達(dá)到預(yù)設(shè)的濃度，彌補(bǔ)艙內(nèi)氧濃度不易快速改變的不足。
[0010]本發(fā)明實(shí)驗(yàn)艙和空氣模擬對(duì)照艙底部設(shè)有單向閥，可將艙內(nèi)多余氣體迅速排出艙夕卜，而外界氣體無法進(jìn)入艙內(nèi)，保持氧艙常壓狀態(tài)，消除了壓力對(duì)試驗(yàn)影響。
[0011]實(shí)驗(yàn)艙內(nèi)設(shè)有特殊氣體管道，可通過流量控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)麻醉藥物等特殊氣體的濃度，混合風(fēng)機(jī)將氣體充分混合，排除氣體混合不均等問題對(duì)試驗(yàn)本身的干擾；另外，麻醉氣體等特殊氣體與氧氣、氮?dú)狻⒍趸嫉葰庠聪到y(tǒng)分開，簡(jiǎn)化實(shí)驗(yàn)干預(yù)條件，降低實(shí)驗(yàn)難度。
[0012]本發(fā)明實(shí)驗(yàn)艙內(nèi)設(shè)有溶解氧電極，可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)細(xì)胞培養(yǎng)基中溶解氧分壓變化，保證低氧或高氧干預(yù)時(shí)氧濃度變化更符合人類疾病特點(diǎn)。另外，實(shí)驗(yàn)艙和空氣模擬對(duì)照艙上方設(shè)有加樣孔，便于在不改變艙內(nèi)氣體環(huán)境情況下對(duì)細(xì)胞進(jìn)行干預(yù)或抽取細(xì)胞培養(yǎng)基進(jìn)行血?dú)夥治龌蛩釅A度檢測(cè)。
【附圖說明】
[0013]圖1為多功能細(xì)胞模擬艙示意圖
[0014]圖2為多功能細(xì)胞模擬艙圖紙
【具體實(shí)施方式】
[0015]1.間歇性低氧模型
[0016]原始狀態(tài)為常壓常氧，開啟試驗(yàn)程序，氮?dú)馄?19)內(nèi)的高壓氮?dú)饨?jīng)過氮?dú)鈪R集裝置(20)匯總后并作初步壓力調(diào)節(jié)，輸入到氮?dú)鉁p壓器(21)，氮?dú)鈮毫υ僖淮握{(diào)節(jié)到0.3KPa，經(jīng)過氮?dú)鈸Q熱器(22)，程序控制氮?dú)怆姶砰y(23)開啟，氮?dú)饬鹘?jīng)氮?dú)饬髁空{(diào)節(jié)閥
(24)、氮?dú)鉁缇^濾裝置(25)進(jìn)入氣體濕化裝置(12)，濕潤(rùn)的氣體經(jīng)過氣體消音裝置(9)進(jìn)入試驗(yàn)艙艙體(27)，同時(shí)開啟混和風(fēng)機(jī)(30)，將灌充到實(shí)驗(yàn)艙內(nèi)的氣體快速充分混合，當(dāng)艙內(nèi)氧濃度降至要求濃度時(shí)氮?dú)怆姶砰y關(guān)閉，停止向?qū)嶒?yàn)艙艙體(27)灌注氮?dú)?。灌注氮?dú)馄陂g，單向閥(28)自動(dòng)開啟將試驗(yàn)艙內(nèi)多余氣體排除艙外，保持艙內(nèi)常壓，同時(shí)電腦控制系統(tǒng)開啟氮?dú)忪F化電磁閥(26)，將氮?dú)馔ㄟ^氣體濕化裝置(12)霧化，以保證實(shí)驗(yàn)艙內(nèi)進(jìn)氮?dú)馄陂g濕度在45%?70%之間，停止供氮?dú)夂髥蜗蜷y(28)自動(dòng)關(guān)閉，保證艙外氣體不會(huì)回流到艙內(nèi)，影響設(shè)備性能以及試驗(yàn)結(jié)果，同時(shí)氮?dú)忪F化電磁閥(26)也關(guān)閉。當(dāng)經(jīng)歷試驗(yàn)要求的低氧時(shí)間后氧氣電磁閥(5)開啟，將氧氣瓶(1)內(nèi)高壓氧氣經(jīng)過氧氣匯集裝置(2)匯總后并作初步壓力調(diào)節(jié)，輸入到氧氣減壓器(3)，壓力再一次調(diào)節(jié)到0.3KPa后，經(jīng)過氧氣換熱器(4)、氧氣電磁閥(5)、氧氣流量調(diào)節(jié)閥￠)、氧氣滅菌過濾裝置(7)進(jìn)入氣體濕化裝置(12)，濕潤(rùn)的氣體經(jīng)過氣體消音裝置(9)進(jìn)入試驗(yàn)艙艙體(27)，同時(shí)開啟混和風(fēng)機(jī)(30)，將灌充到試驗(yàn)艙內(nèi)的氣體快速充分混合，氧濃度升高到21%左右，氧氣電磁閥(5)關(guān)閉，停止向試驗(yàn)艙艙體(27)灌注氧氣。灌注氧氣期間單向閥(28)自動(dòng)開啟將試驗(yàn)艙內(nèi)多余氣體排除艙外，保持艙內(nèi)常壓，同時(shí)電腦控制系統(tǒng)開啟氧氣霧化電磁閥(32)，將氧氣通過氣體濕化裝置(12)霧化，以保證進(jìn)氧氣期間試驗(yàn)艙內(nèi)濕度在45%?70%之間，停止供氧氣后單向閥(27)自動(dòng)關(guān)閉，保證艙外氣體不會(huì)回流到艙內(nèi)，影響設(shè)備性能以及試驗(yàn)結(jié)果，同時(shí)氧氣霧化電磁閥(32)也關(guān)閉，完成操作所需復(fù)氧時(shí)間后開始循環(huán)整個(gè)過程。整個(gè)過程二氧化碳瓶(18)內(nèi)的高壓二氧化碳經(jīng)過二氧化碳減壓器(17)，二氧化碳?jí)毫υ僖淮握{(diào)節(jié)到0.3KPa，程序控制二氧化碳電動(dòng)閥(16)開啟，二氧化碳流經(jīng)二氧化碳換熱器(15)、二氧化碳電磁閥
[16]二氧化碳流量調(diào)節(jié)閥(11)、二氧化碳滅菌過濾裝置(10)進(jìn)入氣體濕化裝置(12)，濕潤(rùn)的氣體經(jīng)過氣體消音裝置(9)進(jìn)入試驗(yàn)艙艙體(27)，同時(shí)開啟混和風(fēng)機(jī)(30)，將灌充到試驗(yàn)艙內(nèi)的氣體快速充分混合，二氧化碳濃度升高到4%?6%，關(guān)閉二氧化碳電磁閥