一種多功能細胞模擬艙的制作方法
【專利摘要】本實用新型提供了一種多功能細胞模擬艙，其特征在于：本裝置包括實驗艙體、PLC及上位機組系統(tǒng)、氮氣輸注裝置、氧氣輸注裝置、二氧化碳輸注裝置、氣體濃度濕度檢測裝置、氣體濕化裝置、氣體滅菌過濾裝置、單向閥、混合風機；氮氣、氧氣、二氧化碳氣體輸注裝置連向實驗艙內，根據(jù)預先設定好的環(huán)境模型需求，則可以通過氮氣輸注裝置、氧氣輸注裝置、二氧化碳輸注裝置向實驗艙艙體內輸入一定比例的氣體，然后通過氣體濃度濕度檢測裝置實時監(jiān)測實驗艙艙體內氣體的各項數(shù)值，再通過上位機組的預設程序控制，從而控制氮氣、氧氣及二氧化碳輸注裝置的開關。
【專利說明】一種多功能細胞模擬艙

【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種多功能細胞模擬艙，用于模擬間歇性低氧、持續(xù)高氧、特殊氣體暴露的細胞模型。

【背景技術】
[0002]阻塞性睡眠呼吸暫停低通氣綜合征(Obstructive sleep apnea hypopneasyndrome, OSAHS)是常見的睡眠障礙性疾病，主要為睡眠過程中反復的上呼吸道塌陷或阻塞引起的通氣不足或睡眠紊亂。OSAHS特征性低氧特點為間歇性低氧，但其具體病理生理機制尚未闡明。體外細胞實驗因具有影響因素單一，人為可操控性大，個體間差異小等優(yōu)點在人類疾病研宄中應用廣泛。但由于氧氣和氮氣為惰性氣體，難以有效彌散到細胞培養(yǎng)基中，建立有效地間歇性低氧細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)基交替暴露細胞模型:通過直接改變培養(yǎng)基中氧濃度水平，細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，通過蠕動泵控制流經(jīng)兩種不同氧濃度培養(yǎng)基時間建立不同間歇低氧模型，該類模型設計復雜，推廣困難。氣源采用混合氣體，不易獲得；細胞表面培養(yǎng)基反復流動，液體剪切力對細胞生理功能影響較大，明顯增加了試驗干擾。②低氧氣體直接暴露細胞模型，該類模型為目前常用模型。設計一個大小適中的恒溫培養(yǎng)箱，電腦控制系統(tǒng)通過控制氧氣、氮氣、二氧化碳或混合氣體進出，調整培養(yǎng)箱中氧濃度和二氧化碳水平，通過改變艙內氧氣濃度和頻率模擬出不同間歇低氧/復氧模式。大多培養(yǎng)箱密閉性強，艙內氣體變化緩慢；氣體流量大，明顯增加了實驗的干擾。
[0003]目前許多證據(jù)顯示，機體短時間缺血還不足以造成機體損傷，但缺血一段時間后突然恢復血供時才出現(xiàn)損傷，即缺血再灌注損傷。如心肌梗死、腦卒中、外科手術、創(chuàng)傷性休克、血栓經(jīng)搶救后均會出現(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)細胞凋亡、壞死，引起機體功能障礙。建立有效的缺血-再灌注細胞模型十分必要，目前國外有研宄根據(jù)細胞耗氧特點建立簡易的缺血再灌注模型，但該類模型造模時間長、造模過程中干預條件難以控制等，應用有限。
[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，同時可引起神經(jīng)保護和神經(jīng)毒性的特點備受關注，吸入麻醉藥神經(jīng)毒性的病理生理機制成為研宄熱點。研宄表明:吸入性麻醉藥異氟烷能明顯降低小鼠自主活動次數(shù)，小鼠學習記憶能力下降，海馬神經(jīng)元凋亡增加。異氟烷可通過激活γ氨基丁酸(GABA)促發(fā)的胞質Ca2+釋放而引起海馬神經(jīng)元神經(jīng)毒性。多項證據(jù)表明，吸入麻醉藥通過線粒體電信號傳導、糖酵解相關通路影響胞質Ca2+釋放、ROS產(chǎn)生及ATP合成等介導神經(jīng)保護或神經(jīng)毒性作用。目前吸入性麻醉藥細胞方面的研宄多采用箱子模型，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% CO2,21% O2,74%隊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)學的發(fā)展和新生兒監(jiān)護中心的建立，氧療和機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)學的難點與熱點問題。制備高氧肺損傷和高氧視網(wǎng)膜病變的細胞模型已成為研宄其發(fā)病機制與防治措施的關鍵因素之一。以往報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，試驗之前將一定濃度的高氧氣體灌注一段時間，保持艙內高氧狀態(tài)來實現(xiàn)高氧損傷模型。該類模型設計簡陋，艙內氧濃度不穩(wěn)定，不能實現(xiàn)氧濃度實時檢測，且不能排除試驗氣體本身對試驗的影響等。


【發(fā)明內容】

[0006]本發(fā)明要解決的技術問題是克服上述不足，提供一種多功能細胞模擬艙，其操作簡便、控制精確，可實現(xiàn)間歇性低氧、持續(xù)高氧、特殊氣體暴露等多種實驗模式，以滿足實驗要求。
[0007]本發(fā)明主體包括實驗艙和空氣模擬對照艙，含有溫控裝置和濕化器，可保證艙內溫度維持在37°C，濕度在45%?70%之間。全程由電腦和編程控制器(PLC)等上位機組軟件控制，可編程和存儲不同的設定程序，PLC系統(tǒng)根據(jù)設定的程序按照預定試驗方案分別控制氧氣電磁閥、氮氣電磁閥、二氧化碳電磁閥的開關，將氮氣、氧氣、二氧化碳按一定比例輸注到相對密閉的模擬艙內，經(jīng)氧氣和二氧化碳氣體濃度濕度檢測裝置測量實驗艙內氣體濃度，把信號反饋給電腦控制系統(tǒng)，整個過程自動控制、自動監(jiān)測，操作簡單，控制精確。電腦控制系統(tǒng)中程序設計具有人性化的特點，科研人員根據(jù)實驗需要隨時更改實驗條件，可同時設置多個程序，模擬多種模式。
[0008]空氣模擬對照艙設有空氣管道，控制系統(tǒng)設定其空氣電動閥的開/關與實驗艙內氮氣和氧氣電動閥開/關同步，空氣模擬對照艙內空氣輸注與實驗艙氧氣和氮氣輸注同步，這樣完全做到空氣模擬對照，消除因氣體開放的沖力對細胞的影響。
[0009]本發(fā)明氣源采用工業(yè)壓縮氮氣、氧氣、二氧化碳，來源簡便易得；實驗艙和空氣模擬對照艙內各氣體均有單獨氣體管道，使艙內氣體的濃度變化迅速；各氣體管道均設有氣體滅菌過濾裝置，達到滅菌、凈化氣體作用；此外，艙內設有混合風機，將灌注到艙體內的氣體迅速充分混合，可使氣體濃度迅速達到預設的濃度，彌補艙內氣體濃度不易快速改變的不足。
[0010]本發(fā)明實驗艙和空氣模擬對照艙底部設有單向閥，可將艙內多余氣體迅速排出艙夕卜，而外界氣體無法進入艙內，保持艙內常壓狀態(tài)，消除了壓力對試驗影響。
[0011]實驗艙內設有特殊氣體管道，可通過流量控制系統(tǒng)調節(jié)麻醉藥物等特殊氣體的濃度，混合風機將氣體充分混合，排除氣體混合不均等問題對試驗本身的干擾；另外，麻醉氣體等特殊氣體與氧氣、氮氣、二氧化碳等氣源系統(tǒng)分開，簡化實驗干預條件，降低實驗難度。
[0012]本發(fā)明實驗艙內設有溶解氧電極，可實時監(jiān)測細胞培養(yǎng)基中溶解氧分壓變化，保證低氧或高氧干預時氧濃度變化更符合人類疾病特點。另外，實驗艙和空氣模擬對照艙上方設有加樣孔，便于在不改變艙內氣體環(huán)境情況下對細胞進行干預或抽取細胞培養(yǎng)基進行血氣分析或酸堿度檢測。
[0013]本發(fā)明之多功能細胞模擬艙包括實驗艙體(27)、PLC及上位機組系統(tǒng)(34)、氮氣輸注裝置、氧氣輸注裝置、二氧化碳輸注裝置、氣體濃度濕度檢測裝置、氣體濕化裝置、滅菌過濾裝置、單向閥(28)、混合風機(30);氮氣、氧氣、二氧化碳氣體輸注裝置連向實驗艙內，氣體濃度濕度檢測裝置檢測端位于實驗艙內，氣體濃度濕度檢測裝置信息輸出端連向PLC信息輸入端及上位機組系統(tǒng)，PLC輸出端分別與氮氣輸注裝置、氧氣輸注裝置、二氧化碳輸注裝置、氣體濕化裝置、混合風機連接，所述單向閥和混合風機均位于實驗艙內。
[0014]上述氣體濃度濕度檢測裝置包括氧氣濃度分析儀(33)、二氧化碳濃度分析儀(8)和數(shù)字濕度測控儀(31);氧氣濃度分析儀(33)、二氧化碳濃度分析儀(8)和數(shù)字濕度測控儀(31)各自的檢測端均位于實驗艙內，其信息輸出端連向PLC信息輸入端及上位機組系統(tǒng)。所述氮氣輸注裝置依次由氮氣瓶組(19)、氮氣匯集裝置(20)、氮氣減壓器(21)、氮氣換熱器(22)、氮氣電磁閥(23)、氮氣流量調節(jié)閥(24)、氮氣滅菌過濾裝置(25)、進氣消音裝置(9)組成，所述氧氣輸注裝置依次由氧氣瓶組(I)、氧氣匯集裝置(2)、氧氣減壓器(3)、氧氣換熱器(4)、氧氣電磁閥(5)、氧氣流量調節(jié)閥(6)、氧氣滅菌過濾裝置(7)、進氣消音裝置
(9)組成，所述二氧化碳輸注裝置依次由二氧化碳瓶組(18)、二氧化碳減壓器(17)、二氧化碳電磁閥(16)、二氧化碳換熱器(15)、二氧化碳流量調節(jié)閥(11)、二氧化碳滅菌過濾裝置
(10)、進氣消音裝置(9)組成。
[0015]上述氮氣減壓器(21)和氮氣電磁閥(23)之間連出一個氮氣換熱器(22)，所述氧氣減壓器(3)和氧氣電磁閥(5)之間連出一個氧氣換熱器(4)，所述二氧化碳減壓器(17)和二氧化碳電磁閥(16)之間連出一個二氧化碳換熱器(15)，所述氮氣換熱器(22)、氧氣換熱器(4)和二氧化碳換熱器(15)都依次通過氣體流量調節(jié)閥和氣體濕化裝置連向實驗艙體。所述氮氣流量調節(jié)閥(24)和進氣消音裝置(9)之間連出一個氮氣滅菌過濾裝置(25)，所述氧氣流量調節(jié)閥(6)和進氣消音裝置(9)之間連出一個氧氣滅菌過濾裝置(7)，所述二氧化碳流量調節(jié)閥(11)和進氣消音裝置(9)之間連出一個二氧化碳滅菌過濾裝置(10)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1為多功能細胞模擬艙示意圖
[0017]圖2為多功能細胞模擬艙圖紙

【具體實施方式】
[0018]1.間歇性低氧模型
[0019]原始狀態(tài)為常壓常氧，開啟試驗程序，氮氣瓶組(19)內的高壓氮氣經(jīng)過氮氣匯集裝置(20)匯總后并作初步壓力調節(jié)，輸入到氮氣減壓器(21)，氮氣壓力再一次調節(jié)到
0.3KPa，經(jīng)過氮氣換熱器(22)，程序控制氮氣電磁閥(23)開啟，氮氣流經(jīng)氮氣流量調節(jié)閥
(24)、氮氣滅菌過濾裝置(25)進入氣體濕化裝置(12)，濕化的氣體經(jīng)過進氣消音裝置(9)進入實驗艙艙體(27)，同時開啟混合風機(30)，將灌充到實驗艙內的氣體快速充分混合，當艙內氧濃度降至要求濃度時氮氣電磁閥關閉，停止向實驗艙艙體(27)灌注氮氣。灌注氮氣期間，單向閥(28)自動開啟將實驗艙內多余氣體排出艙外，保持艙內常壓，同時電腦控制系統(tǒng)開啟氮氣霧化電磁閥(26)，將氮氣通過氣體濕化裝置(12)霧化，以保證實驗艙內進氮氣期間濕度在45%?70%之間，停止供氮氣后單向閥(28)自動關閉，保證艙外氣體不會回流到艙內，影響設備性能以及試驗結果，同時氮氣霧化電磁閥(26)也關閉。當經(jīng)歷試驗要求的低氧時間后氧氣電磁閥(5)開啟，將氧氣瓶組(I)內高壓氧氣經(jīng)過氧氣匯集裝置(2)匯總后并作初步壓力調節(jié)，輸入到氧氣減壓器(3)，壓力再一次調節(jié)到0.3KPa后，經(jīng)過氧氣換熱器(4)、氧氣電磁閥(5)、氧氣流量調節(jié)閥￠)、氧氣滅菌過濾裝置(7)進入氣體濕化裝置(12)，濕化的氣體經(jīng)過進氣消音裝置(9)進入實驗艙艙體(27)，同時開啟混合風機
(30)，將灌充到實驗艙內的氣體快速充分混合，氧濃度升高到21%左右，氧氣電磁閥(5)關閉，停止向實驗艙艙體(27)灌注氧氣。灌注氧氣期間單向閥(28)自動開啟將實驗艙內多余氣體排出艙外，保持艙內常壓，同時電腦控制系統(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，以保證進氧氣期間實驗艙內濕度在45%?70%之間，停止供氧氣后單向閥(27)自動關閉，保證艙外氣體不會回流到艙內，影響設備性能以及試驗結果，同時氧氣霧化電磁閥(32)也關閉，完成操作所需復氧時間后開始循環(huán)整個過程。整個過程二氧化碳瓶組(18)內的高壓二氧化碳經(jīng)過二氧化碳減壓器(17)，二氧化碳壓力再一次調節(jié)到0.3KPa，程序控制二氧化碳電磁閥(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) 二氧化碳流量調節(jié)閥(11)、二氧化碳滅菌過濾裝置(10)進入氣體濕化裝置(12)，濕化的氣體經(jīng)過進氣消音裝置(9)進入實驗艙艙體(27)，同時開啟混合風機(30)，將灌充到實驗艙內的氣體快速充分混合，二氧化碳濃度升高到4%?6%，關閉二氧化碳電磁閥(10)，二氧化碳濃度如有變化，程序自動控制二氧化碳電磁閥(10)調整。
[0020]期間，氧氣濃度分析儀(33)、二氧化碳濃度分析儀(8)時刻監(jiān)控艙內氧濃度、二氧化碳濃度，把信號反饋給電腦控制系統(tǒng)，并保存在電腦中。
[0021]2.持續(xù)尚氧豐旲型
[0022]原始狀態(tài)為常壓常氧，程序控制氧氣電磁閥(5)開啟，將氧氣瓶組⑴內高壓氧氣經(jīng)過氧氣匯集裝置(2)匯總后并作初步壓力調節(jié)，輸入到氧氣減壓器(3)，壓力再一次調節(jié)到0.3KPa后，經(jīng)過氧氣換熱器(4)、氧氣電磁閥(5)、氧氣流量調節(jié)閥￠)、氧氣滅菌過濾裝置(7)進入氣體濕化裝置(12)，濕化的氣體經(jīng)過進氣消音裝置(9)進入實驗艙艙體(27)，同時開啟混合風機(30)，將灌充到實驗艙內的氣體快速充分混合，氧濃度達70%后將流量降至lL/min，使?jié)舛染徛仙?5%，氧氣電磁閥(5)關閉，再調低流量至0.5L/min左右通過電腦控制系統(tǒng)控制氧氣電磁閥(5)維持氧濃度穩(wěn)定在(75±2)%范圍內，灌注氧氣期間單向閥(28)自動開啟將實驗艙內多余氣體排出艙外，保持艙內常壓，同時電腦控制系統(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，以保證進氧氣期間實驗艙內濕度在45%?70%，停止供氧氣后單向閥(27)自動關閉，保證艙外氣體不會回流到艙內，影響設備性能以及試驗結果，同時氧氣霧化電磁閥(32)也關閉，整個過程二氧化碳瓶組(18)內的高壓二氧化碳經(jīng)過二氧化碳減壓器(17)，二氧化碳壓力再一次調節(jié)到0.3KPa，程序控制二氧化碳電磁閥(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)二氧化碳流量調節(jié)閥(11)、二氧化碳滅菌過濾裝置(10)進入氣體濕化裝置(12)，濕化的氣體經(jīng)過進氣消音裝置(9)進入實驗艙艙體(27)，同時開啟混合風機(30)，將灌充到實驗艙內的氣體快速充分混合，二氧化碳濃度升高到4%?6%，關閉二氧化碳電磁閥(10)，二氧化碳濃度如有變化，程序自動控制二氧化碳電磁閥(16)調整。
[0023]期間，氧氣濃度分析儀(33)時刻監(jiān)控艙內氧濃度，把信號反饋給電腦控制系統(tǒng)，并保存在電腦中。二氧化碳濃度分析儀(8)時刻監(jiān)控艙內二氧化碳濃度，把信號反饋給電腦控制系統(tǒng)，并保存在電腦中。
[0024]3.特殊氣體模型
[0025]原始狀態(tài)為常壓常氧，接通所需氣體管路至特殊氣體進氣總成(13)，所需氣體進入實驗艙艙體(27)，同時開啟混合風機(30)，將灌充到實驗艙內的氣體快速充分混合，灌注氣體期間單向閥(28)自動開啟將實驗艙內多余氣體排出艙外，保持艙內常壓。氣體經(jīng)過氣體取樣閥(29)進入特殊氣體檢測裝置。
【權利要求】
1.多功能細胞模擬艙，其特征在于:本裝置包括實驗艙體(27)、PLC及上位機組系統(tǒng)(34)、氮氣輸注裝置、氧氣輸注裝置、二氧化碳輸注裝置、氣體濃度濕度檢測裝置、氣體濕化裝置、滅菌過濾裝置、單向閥(28)、混合風機(30);氮氣、氧氣、二氧化碳氣體輸注裝置連向實驗艙內，氣體濃度濕度檢測裝置檢測端位于實驗艙內，氣體濃度濕度檢測裝置信息輸出端連向PLC信息輸入端及上位機組系統(tǒng)，PLC輸出端分別與氮氣輸注裝置、氧氣輸注裝置、二氧化碳輸注裝置、氣體濕化裝置、混合風機連接，所述單向閥和混合風機均位于實驗艙內。
2.根據(jù)權利要求1所述的多功能細胞模擬艙，其特征在于:所述氮氣輸注裝置依次由氮氣瓶組(19)、氮氣匯集裝置(20)、氮氣減壓器(21)、氮氣換熱器(22)、氮氣電磁閥(23)、氮氣流量調節(jié)閥(24)、氮氣滅菌過濾裝置(25)、進氣消音裝置(9)組成，所述氧氣輸注裝置依次由氧氣瓶組(1)、氧氣匯集裝置(2)、氧氣減壓器(3)、氧氣換熱器(4)、氧氣電磁閥(5)、氧氣流量調節(jié)閥出)、氧氣滅菌過濾裝置(7)、進氣消音裝置(9)組成，所述二氧化碳輸注裝置依次由二氧化碳瓶組(18)、二氧化碳減壓器(17)、二氧化碳電磁閥(16)、二氧化碳換熱器(15)、二氧化碳流量調節(jié)閥(11)、二氧化碳滅菌過濾裝置(10)、進氣消音裝置(9)組成。
3.根據(jù)權利要求2所述的多功能細胞模擬艙，其特征在于:所述氮氣減壓器(21)和氮氣電磁閥(23)之間連出一個氮氣換熱器(22)，所述氧氣減壓器(3)和氧氣電磁閥(5)之間連出一個氧氣換熱器(4)，所述二氧化碳減壓器(17)和二氧化碳電磁閥(16)之間連出一個二氧化碳換熱器(15)，所述氮氣換熱器(22)、氧氣換熱器(4)和二氧化碳換熱器(15)都依次通過氣體流量調節(jié)閥和氣體濕化裝置連向實驗艙體。
4.根據(jù)權利要求2所述的多功能細胞模擬艙，其特征在于:所述氮氣流量調節(jié)閥(24)和進氣消音裝置(9)之間連出一個氮氣滅菌過濾裝置(25)，所述氧氣流量調節(jié)閥(6)和進氣消音裝置(9)之間連出一個氧氣滅菌過濾裝置(7)，所述二氧化碳流量調節(jié)閥(11)和進氣消音裝置(9)之間連出一個二氧化碳滅菌過濾裝置(10)。
5.根據(jù)權利要求1所述的多功能細胞模擬艙，其特征在于:所述氣體濃度濕度檢測裝置包括氧氣濃度分析儀(33)、二氧化碳濃度分析儀(8)和數(shù)字濕度測控儀(31);氧氣濃度分析儀(33)、二氧化碳濃度分析儀(8)和數(shù)字濕度測控儀(31)各自的檢測端均位于實驗艙內，其信息輸出端連向PLC信息輸入端及上位機組系統(tǒng)。
【文檔編號】C12M1/38GK204174213SQ201420426794
【公開日】2015年2月25日 申請日期:2014年7月28日 優(yōu)先權日:2014年7月28日
【發(fā)明者】蔡曉紅, 王華銳, 李秀翠, 王紅霞, 林函, 曹紅超, 梅紅芳, 曹淑彥 申請人:溫州醫(yī)科大學附屬第二醫(yī)院