專利名稱：體外細(xì)胞培養(yǎng)裝置中的非平行平板流動(dòng)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)裝置中的非平行平板流動(dòng)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)裝置中的非平行平板流動(dòng)腔。
背景技術(shù)：
目前現(xiàn)有的技術(shù)中，主要利用一種叫做平行平板流動(dòng)腔(Parallel platesflow chamber)的裝置來(lái)研究流體流動(dòng)剪應(yīng)力對(duì)粘貼在平板上的培養(yǎng)細(xì)胞的作用，這種平行平板細(xì)胞培養(yǎng)流動(dòng)腔已為世人所接受(常見(jiàn)于各種雜志如Biorheology，Journal of Biomechanics等和國(guó)內(nèi)與生物力學(xué)有關(guān)的雜志)。平行平板流動(dòng)腔裝置，例如見(jiàn)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(dòng)腔″，見(jiàn)圖2所示。為實(shí)現(xiàn)在平行平板流動(dòng)腔中對(duì)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(gè)流動(dòng)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(dòng)腔裝置的輔助設(shè)施是大同小異的。
培養(yǎng)的細(xì)胞粘貼在平板壁面上，培養(yǎng)細(xì)胞需要營(yíng)養(yǎng)新陳代謝，所以在流動(dòng)腔內(nèi)流動(dòng)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(yíng)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(dòng)腔中剪應(yīng)力計(jì)算公式τ＝(6μQ)/(bh2)計(jì)算來(lái)確定。其中流量Q計(jì)算時(shí)單位為cm3/sec，實(shí)驗(yàn)時(shí)常用cm3/min，μ為培養(yǎng)液粘度，通常和水的粘度相近)。b(cm)為流動(dòng)腔寬度，h(cm)為流動(dòng)腔高度。
但是在平行平板流動(dòng)腔中進(jìn)行一次流動(dòng)實(shí)驗(yàn)，只能得到培養(yǎng)在平行平板上的細(xì)胞一個(gè)剪應(yīng)力作用下的結(jié)果。要得到不同的流動(dòng)剪應(yīng)力對(duì)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(dòng)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。實(shí)驗(yàn)時(shí)由調(diào)整流體流量和改變非平行平板流動(dòng)腔的錐變來(lái)達(dá)到要求對(duì)實(shí)驗(yàn)細(xì)胞施加的剪應(yīng)力數(shù)值。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的是為了提高工作效率，和保證不同的流動(dòng)實(shí)驗(yàn)中幾何參數(shù)和物理參數(shù)的精度；并且進(jìn)行一次流動(dòng)實(shí)驗(yàn)后可以得到一系列的剪應(yīng)力作用的結(jié)果；從而提供一種在利用通常的用于平行平板流動(dòng)腔裝置的所有輔助設(shè)施的非平行平板流動(dòng)腔，達(dá)到能使細(xì)胞培養(yǎng)在此平行平板流動(dòng)腔中壁面上的承受一區(qū)間連續(xù)的剪應(yīng)力作用的目的。
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)裝置中的非平行平板流動(dòng)腔包括上下兩塊平板，該兩塊平板固定在體外細(xì)胞培養(yǎng)裝置內(nèi)，平板之間具有間距，兩平板之間的端口為腔體入口和腔體出口，從兩塊平板腔體入口到腔體出口方向?yàn)閮A斜的腔體。其中腔體入口高度可以大于或小于腔體出口高度，當(dāng)腔體入口高度大于腔體出口高度時(shí)，兩塊平板形成收縮型非平行平板流動(dòng)腔；當(dāng)腔體入口高度小于腔體出口高度時(shí)，兩塊平板形成擴(kuò)散非平行平板腔流動(dòng)腔。腔體入口高度和腔體出口高度都是可調(diào)的，腔體入口流量是可調(diào)的。流動(dòng)腔的長(zhǎng)度取為4-6cm，兩平板寬度方向要保持平行，腔體入口高度和腔體出口高度差Δh＝0.01-0.3cm，以保證腔體入口和腔體出口傾斜度比較小。tgα＝(Δh)/L＜0.01在小雷諾數(shù)下，可以用平行平板流動(dòng)腔剪切公式。
所需培養(yǎng)的細(xì)胞放在下平板上，使在流動(dòng)腔內(nèi)的平板壁面上的培養(yǎng)細(xì)胞受的剪應(yīng)力從流動(dòng)腔體入口到腔體出口是變化的，剪應(yīng)力的大小與流動(dòng)腔的當(dāng)?shù)馗叨鹊钠椒椒种怀杀壤?，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。
本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)在于由于該體外細(xì)胞培養(yǎng)裝置中的非平行平板流動(dòng)腔由上下兩塊平板之間具有間距，并且從腔體入口到腔體出口方向間距為傾斜的腔體，所培養(yǎng)的細(xì)胞放在下平板上，剪應(yīng)力從流動(dòng)腔體入口到腔體出口是變化的，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，大大地節(jié)約時(shí)間，提高了工作效率。


圖1是平行平板流動(dòng)腔裝置示意圖圖2是平行平板流動(dòng)腔結(jié)構(gòu)示意圖圖3是本實(shí)用新型的擴(kuò)散型非平行平板流動(dòng)腔裝置示意圖圖4是本實(shí)用新型的擴(kuò)散型非平行平板流動(dòng)腔結(jié)構(gòu)示意圖圖5是本實(shí)用新型的收縮型非平行平板流動(dòng)腔裝置示意圖圖6是本實(shí)用新型的收縮型非平行平板流動(dòng)腔結(jié)構(gòu)示意圖具體實(shí)施方式
實(shí)施例1.
以血管內(nèi)皮細(xì)胞在正常生理范圍承受的剪應(yīng)力5--36dynes/cm2為例進(jìn)行說(shuō)明。
按圖6制作一本實(shí)用新型的收縮型非平行平板流動(dòng)腔，由所設(shè)計(jì)腔體入口3處的剪應(yīng)力τ＝5dyne/cm2，腔體入口高度h＝0.05cm，計(jì)算得流量Q＝0.625cm3/sec(37.5cm3/min)。在腔體入口3處的平均速度V＝Q/(bh)＝4.17cm/sec。。用上、下兩塊平板1、2分別固定在非平行平板流動(dòng)腔裝置內(nèi)，非平行平板流動(dòng)腔的長(zhǎng)度為4cm，兩塊平板1、2之間的端口為腔體入口3腔體出口4，腔體入口3的高度為h＝0.05cm，從腔體入口3到腔體出口4處高度為0.019cm。
實(shí)施例2.
按圖4制作一本實(shí)用新型的擴(kuò)散型非平行平板流動(dòng)腔。用上、下兩塊平板1、2分別固定在非平行平板流動(dòng)腔裝置內(nèi)，兩塊平板1、2之間的端口為腔體入口3腔體出口4，腔體入口3的高度為h＝0.02cm，從腔體入口到腔體出口4處高度為0.05cm；流動(dòng)腔的長(zhǎng)度1取為5cm。上下平板安裝時(shí)，寬度方向要保持平行，流動(dòng)腔的寬度為3cm，計(jì)算證明寬度方向的平行度稍有誤差，并不影響流動(dòng)的速度梯度，因而也就不影響流動(dòng)剪應(yīng)力的大小。
對(duì)于擴(kuò)散流動(dòng)腔由腔體入口處的剪應(yīng)力τ＝36dynes/cm2，讓腔體入口高度h＝0.02cm，計(jì)算得流量Q＝0.72cm3/sec(43.2cm3/min)。在腔體入口處的平均速度V＝Q/(bh)＝12cm/sec。如果以這里的平均速度計(jì)算雷諾數(shù)Re＝(ρVh)/μ＝24，其中營(yíng)養(yǎng)液的密度ρ為1(g/cm3)數(shù)量級(jí)。如果讓腔體出口高度取為0.05cm，那么在腔體出口處的剪應(yīng)力τ＝5.76dynes/cm2。在其他條件相同的情況下，還可以做一另外的實(shí)施例腔體出口處高度改為h＝0.54cm，則在擴(kuò)散流動(dòng)腔內(nèi)壁面剪應(yīng)力由36dyne/cm2逐漸連續(xù)變?yōu)?dyne/cm2就可以在一次實(shí)驗(yàn)中完成。同樣也可以把這種擴(kuò)散流動(dòng)腔體入口高度和腔體出口高度交換一下變?yōu)槭湛s流動(dòng)腔。
從這里看到收縮流動(dòng)腔和擴(kuò)散流動(dòng)腔中的雷諾數(shù)為21和24(這里說(shuō)明一下，雷諾數(shù)計(jì)算時(shí)不管用腔體入口高度和腔體入口速度、或腔體出口高度和腔體出口速度、或從腔體入口到腔體出口沿程任一點(diǎn)的高度和該點(diǎn)的速度都是相同的)；在一般的實(shí)驗(yàn)中，流動(dòng)腔的長(zhǎng)度l取為4-6cm，本實(shí)施例取l＝5cm，若入腔體口高度和腔體出口高度差Δh，那么收縮流動(dòng)腔和擴(kuò)散流動(dòng)腔的收縮角或擴(kuò)散角α是非常小的因?yàn)閠gα＝(Δh)/l＝(0.05-0.02)/5＝0.006。這樣收縮流動(dòng)腔和擴(kuò)散流動(dòng)腔非常近乎平行平板流動(dòng)腔就十分自然了。
制作非平行平板流動(dòng)腔時(shí)，固定腔體入口和腔體出口高度，例如取固定腔體入口高度0.02和固定腔體出口高度0.05cm。這樣流動(dòng)腔比較容易安裝。調(diào)整不同的流量來(lái)過(guò)到控制剪應(yīng)力區(qū)間對(duì)流動(dòng)腔內(nèi)培養(yǎng)細(xì)胞的作用。
權(quán)利要求1.一種體外細(xì)胞培養(yǎng)裝置中的非平行平板流動(dòng)腔，包括上下兩塊平板，該兩塊平板固定在體外細(xì)胞培養(yǎng)裝置內(nèi)，平板之間具有間距，其特征在于兩平板之間的端口為腔體入口和腔體出口，從一兩端口到另一端口方向?yàn)閮A斜的腔體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的體外細(xì)胞培養(yǎng)裝置中的非平行平板流動(dòng)腔，其特征在于所述的傾斜的腔體是從兩塊平板腔體入口到腔體出口方向?yàn)閮A斜的腔體，該腔體入口高度大于腔體出口高度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的體外細(xì)胞培養(yǎng)裝置中的非平行平板流動(dòng)腔，其特征在于所述的傾斜的腔體是從兩塊平板腔體出口到腔體入口方向?yàn)閮A斜的腔體，該腔體入口高度小于腔體出口高度。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的體外細(xì)胞培養(yǎng)裝置中的非平行平板流動(dòng)腔，其特征在于較佳的流動(dòng)腔的長(zhǎng)度為4-6cm，兩平板寬度為3cm，兩平板寬度方向保持平行。
5.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的體外細(xì)胞培養(yǎng)裝置中的非平行平板流動(dòng)腔，其特征在于腔體入口高度和腔體出口高度差Δh＝0.01-0.3cm。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種體外細(xì)胞培養(yǎng)裝置中的非平行平板流動(dòng)腔。該非平行平板流動(dòng)腔包括上下兩塊平板,該兩塊平板固定在體外細(xì)胞培養(yǎng)裝置內(nèi),平板之間具有間距,兩平板之間的端口為腔體入口和腔體出口,從兩塊平板腔體入口到腔體出口方向?yàn)閮A斜的腔體。由于該體外細(xì)胞培養(yǎng)裝置中的非平行平板流動(dòng)腔由上下兩塊平板之間具有間距,并且從腔體入口到腔體出口方向間距為傾斜的腔體,所培養(yǎng)的細(xì)胞放在下平板上,剪應(yīng)力從流動(dòng)腔體入口到腔體出口是變化的,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,大大地節(jié)約時(shí)間,提高了工作效率。
文檔編號(hào)C12M3/00GK2486559SQ012316
公開(kāi)日2002年4月17日 申請(qǐng)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(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院力學(xué)研究所