一種利用蠕動泵壓縮空氣控制溶液流速均勻穩(wěn)定的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于控制溶液流速的方法，特別是涉及一種利用蠕動栗壓縮空氣控制溶液流速均勻穩(wěn)定的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]自從二十世紀七十年代早期開始，電轉(zhuǎn)染就被應(yīng)用于將分子插入動物或植物細胞內(nèi)。研究者證實，當細胞暴露于瞬時高壓脈沖電場中時，由高壓電場造成的細胞膜局部破裂會使細胞膜通透性升高，從而在細胞膜表面會形成通道，這些通道被稱為電孔洞(electropore)。這些通道存在時間雖然短暫，但足以滿足大分子物質(zhì)如蛋白質(zhì)或質(zhì)粒DNA的進入或是流出。雖然細胞能夠耐受在高電壓下這些通道的形成，但是如果高壓脈沖電壓過高，或者電場持續(xù)時間過長，或者高壓脈沖電場次數(shù)過多，在形成這些通道的同時，也會使細胞致死。
[0003]初期用于電轉(zhuǎn)染的是用兩個平行板電極，分別固定在容器內(nèi)的兩個壁上。將準備進行電轉(zhuǎn)染的細胞懸液與希望導入到細胞內(nèi)的分子混合，加入到電轉(zhuǎn)染容器內(nèi)，將其置于兩個電極之間。為了提高細胞電轉(zhuǎn)染的效果，在電極上施加一次或多次瞬時高電壓脈沖，從而對電極之間的細胞懸液施以高壓電場脈沖。然而由于平行板電極的間距較大，所需要的電壓通常高達幾百甚至數(shù)千伏，帶來安全性及可靠性的問題，而且不可避免的會產(chǎn)生陰極效應(yīng)，對細胞產(chǎn)生巨大傷害。后來出現(xiàn)的平面電極，雖然減小了電極間距，可以在較低電壓下產(chǎn)生同等的電場強度并帶來不錯的電轉(zhuǎn)染效果，但每次處理的細胞量小，完全不適合高通量的實驗操作。
[0004]市場上也有采用立體式電極的電轉(zhuǎn)染儀器，但多用于腫瘤或活體組織等臨床方向。該類型的電極數(shù)量少，組合簡單，有些甚至是使用兩根針狀作為立體式電極，符合活體組織的需要，容易刺入組織和活體，但難以使用到體外的細胞電轉(zhuǎn)染，如懸浮細胞或貼壁細胞的實驗操作中。
[0005]目前市場上最常見的電轉(zhuǎn)染容器的容積小，期間需要多次重復操作，雖然這種重復在容器內(nèi)加樣進行電轉(zhuǎn)染方法簡單方便，但只能滿足研究者進行小規(guī)模細胞電轉(zhuǎn)染的要求，不適合高通量的細胞電轉(zhuǎn)染。此方法是不可能保持無菌的，而且無法滿足大體積的細胞電轉(zhuǎn)染，重復加樣也會拖長實際操作的時間，這些問題都不利于實驗的完成。
[0006]在20世紀80年代，有研究者開始研究用于處理大體積細胞的流式電轉(zhuǎn)染實驗方法。一般來說，流式電轉(zhuǎn)染采用的是改裝后的平行板電極，將需要進行電轉(zhuǎn)染的細胞懸液持續(xù)而穩(wěn)定地流過兩個電極之間，直到整個細胞懸液均進行了電轉(zhuǎn)染，從而實現(xiàn)大體積的細胞電轉(zhuǎn)染。當細胞懸液穩(wěn)定流過兩個電極之間時，細胞將會暴露在高電場脈沖中，脈沖持續(xù)提供且間隔固定。流式電轉(zhuǎn)染方法包含帶電極和細胞懸液出入口的電轉(zhuǎn)染室，細胞懸液通過出入口與電轉(zhuǎn)染室連接。但根據(jù)流體力學規(guī)律，流體通過平行板之間的通道時，通道中間與四周的流體有一定的速度差異，通道中間的流速要大于通道周圍的流速，通道尺度越小，流速越大，這種效應(yīng)也越明顯。流體的這種效應(yīng)會引入剪切力，會對細胞造成損傷，也是不利于電轉(zhuǎn)染的實驗流程。從實驗通量來講，希望平行板之間的體積越大越好，這可以通過增大電極間距實現(xiàn);從施加的電壓來講，希望平行板之間的間距越小越好，可以降低脈沖電壓，減小陰極效應(yīng);從流體力學的規(guī)律來講，又不希望間距過小，需要將流體的剪切力小于足以損傷細胞的量級。因此用平行板來設(shè)計流式電轉(zhuǎn)染室雖然比較簡單的，但也會有諸多限制。
[0007]鄭家波在“高壓脈沖滅菌效應(yīng)的理論與實驗研究”一文中提到了一種對細胞進行電轉(zhuǎn)染的同軸式處理腔，陽極的實心不銹鋼電極直徑為2mm，通過聚四氟乙烯的絕緣支架固定于腔體中心位置，與腔壁絕緣，腔壁為陰極。菌液從下口流入上口流出，防止腔內(nèi)氣泡的產(chǎn)生。但是，同軸電極處理腔內(nèi)場強分布不均勻，不同部位場強相差明顯。電場由中心向四周衰減。當菌液流過同軸處理腔時，處于處理腔內(nèi)不同部位的水受到的電場強度是不同的，這就導致了滅菌效果的差異，且又有內(nèi)部場強相差巨大，不能用于對滅菌效果做定量的分析。同軸式處理腔大小是固定的，無法根據(jù)試驗的要求改變陰極和陽極之間的間距，限制了試驗參數(shù)的選擇。因此，同軸電極處理腔只是在前期驗證性的實驗中使用，如果要分析電場強度大小對滅菌效果的影響必須改變處理腔結(jié)構(gòu)，為解決該問題，選擇在后期的試驗中采用平行板式處理腔。
[0008]針對上述問題，我們提出了一種流式電轉(zhuǎn)染裝置(CN2013105542261)，包括立體電極裝置和流式電轉(zhuǎn)染室，所述立體電極裝置包括電極陣列和電極固定組件，所述電極陣列固定在所述電極固定組件上，所述流式電轉(zhuǎn)染室包括腔體、入口、出口和開口，所述入口、所述出口和所述開口位于所述腔體上，所述電極陣列通過所述開口插入在所述腔體內(nèi)。
[0009]雖然上述流式電轉(zhuǎn)染裝置解決了提供穩(wěn)定、均勻電場強度的技術(shù)問題，但是上述流式電轉(zhuǎn)染裝置并沒有解決液體流經(jīng)電場時細胞懸液自身流體力學的影響，特別是當電轉(zhuǎn)染室腔體較大時，來自于蠕動栗提供的脈沖動力，導致腔體中間的細胞懸液的流速高于墻壁附近細胞懸液的流速，形成的剪切力仍會損傷細胞。
[0010]上述脈沖動力的主要來源是蠕動栗，即蠕動栗被設(shè)置在細胞懸液與流式電轉(zhuǎn)染裝置之間，通過蠕動栗的脈沖，將細胞懸液壓縮到流式電轉(zhuǎn)染裝置中，通過持續(xù)的脈沖，使液體流經(jīng)電轉(zhuǎn)染裝置。
[0011]蠕動栗(Peristaltic Pump)又稱通道栗、膠管栗等，是20世紀50年代產(chǎn)生和發(fā)展起來的一種新的栗類。由于被輸送的流體運動緩慢，又呈脈動的方式向前流動，猶如爬行動物蠕動前行，故稱蠕動栗。
[0012]蠕動栗主要由驅(qū)動器、栗頭、軟管和控制單元組成，靠密封的工作容積的變化進行工作，所輸送的液體、氣體、漿狀物料等在密閉的軟管內(nèi)流動。軟管從栗頭的一端伸到另一端，在弧形壓力板的作用下被擠向壓輥。所有的壓輥均勻地固定在轉(zhuǎn)子周圍，驅(qū)動器驅(qū)動轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動，從而使壓輥周期性地擠壓軟管外壁。
當壓輥擠壓軟管時，將軟管壓扁，從而將軟管中的流體擠壓出去；當壓輥壓過軟管后，軟管彈性恢復，形成局部真空，將后面的流體抽吸進來，以備在下一輪擠壓過程被擠壓出去。只要這種擠壓過程連續(xù)不斷地進行，對流體的抽吸和輸送也就不斷地形成，從而造成一定的流體從栗頭的一端吸入，由栗頭的另一端送出。顯然，蠕動栗的流量與壓輥擠壓軟管的速度、軟管的口徑和其他結(jié)構(gòu)參數(shù)有關(guān)，從而可按要求改變流量。
[0013]縱觀液體流動動力源，蠕動栗類似的應(yīng)用非常多，對外科設(shè)備提供穩(wěn)定的流體供給的一種常用的方法包括借助于諸如蠕動栗的正位移栗，通過醫(yī)用管，從諸如袋的流體源栗送流體。期望用蠕動栗有許多理由，諸如其保持流體無菌和栗清潔的能力，因為流體流過醫(yī)用管而不與栗的部件接觸。在使用中，管路放置在蠕動栗內(nèi)，以允許其輥子循環(huán)地嚙合該管路來提供期望的栗送作用。
[0014]CN2009801346822A公開了一種外殼流體操縱系統(tǒng)，包括可釋放地嚙合于管路的栗和用戶界面。但是流體也是流經(jīng)栗內(nèi)的導管，蠕動栗被設(shè)置在液體和導管之間。
[0015]CN2015204533471公開了一種蠕動栗輸液管防堵塞的供液裝置，并具體公開了液料桶下部設(shè)有出液孔，該出液孔經(jīng)硅膠軟管輸入段與機箱內(nèi)蠕動栗的旋轉(zhuǎn)輪連接;所述硅膠軟管輸出段一端與蠕動栗旋轉(zhuǎn)輪上的硅膠軟管輸入段對接，另一端連接Y形三通的一支，該Y形三通的另外兩支分別與輸液管及氣管連接，該氣管連接外部壓縮空氣管道并用于向輸液管中輸送壓縮空氣，但是該裝置中的蠕動栗也是設(shè)置在液體源于導管之間。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0016]本發(fā)明主要解決的技術(shù)問題是提供一種利用蠕動栗壓縮空氣控制溶液流速均勻穩(wěn)定的方法，該方法使用蠕動栗作為動力源，但是采用蠕動栗壓縮空氣的方式推動溶液的流動，克服了蠕動栗直接壓縮溶液而形成的脈動動力，裝置結(jié)構(gòu)簡單、易于加工制造。
[0017]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的一個技術(shù)方案是:提供一種利用蠕動栗壓縮空氣控制溶液流速均勻穩(wěn)定的方法，包括蠕動栗1，軟管8，空氣過濾器7，儲液瓶，瓶塞9，導管，立體電極裝置和流式電轉(zhuǎn)染室；
所述瓶塞上設(shè)置有進氣管3和出液管4，所述蠕動栗通過軟管與瓶塞9上的進氣管3相連接，所述空氣過濾器7設(shè)置于軟管與瓶塞上的進氣管3之間，所述出液管4與流式電轉(zhuǎn)染室的入口通過導管相連接，所述流式電轉(zhuǎn)染室的出口與另一儲液瓶通過導管相連接；
所述瓶塞9與儲液瓶組合使用，儲液瓶與瓶塞9能夠形成密閉式的空間；
所述立體電極裝置包括電極陣列和電極固定組件上，所述電極陣列固定在所述電極固定組件，所述流式電轉(zhuǎn)染室包括腔體、入口 10、出口 11和開口，所述入口 10、所述出口 11和所述開口位于所述腔體上，所述電極陣列通過所述開口插入在所述腔體內(nèi)。
[0018]在本發(fā)明一個較佳實施例中，另一儲液瓶上設(shè)置有另一瓶塞9，所述流式電轉(zhuǎn)染室的出口與另一個瓶塞9上的進氣管3相連接，在另一瓶塞9上的出液管4上設(shè)置有空氣過濾器；
[0019]在本發(fā)明一個較佳實施例中，瓶塞中部為向下凹陷的圓錐形，如圖4所示，圓錐側(cè)邊與水平夾角大于26°，瓶塞上的出液管4與瓶塞9的凹陷圓錐頂部持平，易于將儲液瓶中的溶液全部從出液管4流出；
[0020]在本發(fā)明一個較佳實