三维回转可更换培养液细胞微重力装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术涉及三维回转可更换培养液细胞微重力装置，它包括：细胞培养液单元、细胞培养液置换单元和控制单元；细胞培养液单元通过控制单元控制驱动第一电机绕轴转动；细胞培养液置换单元通过控制单元控制第二电机绕轴与第一电机同轴同频同位相转动；当第二电机绕轴与第一电机同轴同频同位相转动时，使细胞置换液出管和细胞置换液入管同时对准细胞置换液排入口和细胞置换液排出口，在液压单元驱动下，使细胞置换液出管和细胞置换液入管同时插入细胞置换液排入口和细胞置换液排出口，然后，细胞培养液置换单元脱离细胞培养液单元。它是一种能够自动更换培养液，保证细胞在进行长时程回转实验时拥有足够养分、免受代谢产物干扰的细胞模拟微重力回转系统。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本技术涉及三维回转可更换培养液细胞微重力装置，它包括：细胞培养液单元、细胞培养液置换单元和控制单元；细胞培养液单元通过控制单元控制驱动第一电机绕轴转动；细胞培养液置换单元通过控制单元控制第二电机绕轴与第一电机同轴同频同位相转动；当第二电机绕轴与第一电机同轴同频同位相转动时，使细胞置换液出管和细胞置换液入管同时对准细胞置换液排入口和细胞置换液排出口，在液压单元驱动下，使细胞置换液出管和细胞置换液入管同时插入细胞置换液排入口和细胞置换液排出口，然后，细胞培养液置换单元脱离细胞培养液单元。它是一种能够自动更换培养液，保证细胞在进行长时程回转实验时拥有足够养分、免受代谢产物干扰的细胞模拟微重力回转系统。【专利说明】三维回转可更换培养液细胞微重力装置
本技术涉及一种生物医学实验设备，特别是三维回转可更换培养液细胞微重 力装置。
技术介绍
近年来随着航天科技的快速发展，人类向深空探索的脚步日益向前迈进。与此同 时，围绕空间环境中(特别是失重/微重力环境)生命有机体的各种生物学效应和生理进程， 从细胞水平、分子生物学水平展开更深入研究的需求也在不断增加。但现实问题是，宇宙 飞船、航天飞机以及空间站技术条件受限，细胞生物样品搭载成本高昂，还通常需要航天员 在中途人为操作配合，才能取得较为理想的实验数据，所以实施起来难度大，可行性不高。 所以，仅依赖在真实太空环境中开展细胞生物学实验，研究失重/微重力的影响是不切实 际的，我们需要寻找和开发出能够在地面模拟失重/微重力环境培养细胞的方式和仪器设 备。 基于这样的需求，回转器（Clinostat)这种古老而简单的实验仪器重新受到人们 的重视。传统意义上的回转器绕自身水平轴旋转，并配有可装载被试样品的平台（盘状或圆 筒状)。世界上第一台回转器是由德国植物学家冯?萨克斯于1879年技术的（Von Sachs FGJR. Ueber Ausschliessung der geotropischen und heliotroposchen Kriimmungen warend desWachsthums. WiirzburgerArbeiten, 2: 209-225，1879)，最初主要用于研究植物根莖 的"向地性"现象。后来为了能更好的满足地基模拟失重/微重力实验的需求，回转器的结 构、功能及制作工艺也发生着一系列演变：从早期的手动、齿轮驱动到电动，从单轴到双轴， 从二维到三维，从恒速到变速，从无在线监测到可显微观察等等，种类繁多、样式各异。在回 转器上，虽然生物样本仍处于重力场中，受到恒定的重力矢量作用。但由于回转器的转动， 它所搭载的生物样本的运动方向不断发生改变，始终来不及对一定方向上的重力做出响应 (每种生物对重力都有一个最小感受时间或称响应时间阈值)。重力矢量表现为平均化，矢 量和接近于"零"，即所谓"零重力"，从而表现出模拟失重/微重力的生物学效应。 三维回转器结构上设计有两个相互独立的转臂，分别驱动内框和外框转动。工 作过程中内外框的转速、转动方向均是随机变化的，放置在内框的生物样本来不及响应重 力，生长过程出现类似空间微重力环境的效果。实际运用当中，三维回转器上生物样本重 力矢量平均化的过程较单轴二维回转器更加随机，所以认为这种仪器的模拟失重效果更 佳。一般三维回转器的等效重力加速度可达10_ 5?10_3G。20世纪90年代初，日本大阪市 立大学保尊隆享教授率先使用三维回转器模拟微重力效应（HosonT，KamisakaS，Masuda Y，Yamashita Μ. Changes in plant growth processes under microgravity conditions simulated byathree-dimentional clinostat. BotMag，105: 53-70，1992)。1997年经欧 洲航天局改良的三维回转器，又称"随机定位仪（Random Positioning Machine，RPM)"，在荷 兰空间实验室正式投入使用（Mesland DA. Novel ground-based facilities for research intheeffectsofweight. ESAMicrogravity News，9:5-10，1996)，随后逐渐被多国实验 室应用于模拟失重的细胞生物学效应研究。在我国2007年8月公开的编号为CN101021517 的"双轴驱动框架式回转器"专利申请中也记载了与RPM功能相似的装置。 三维回转器操作简单、性能稳定，重力矢量平均化过程更均匀，并且可以大批量培 养贴壁或悬浮细胞。但这种回转器的回转舱不能在实验过程中更换细胞培养基，限制了它 在模拟失重研究中的应用范围。在正常培养状态下，细胞从培养液中获取蛋白质、氨基酸、 葡萄糖、生长因子等营养物质，同时也会不断的将细胞本身的代谢产物释放到培养液中，使 培养液的成分和pH值等发生改变。所以，为了维持细胞良好的生长状态，一般需要2~3d为 其更换新鲜培养基。而利用现有的三维回转器模拟微重力环境培养细胞，装载细胞样本的 回转舱需要是一个密闭的、充满培养液的完整体。回转过程中为了能始终保持微重力状态， 防止外界空气溢入，避免气泡剪切力对细胞构成影响，不能在实验过程中更换舱内培养液。 长时间处于这种状况，就会导致培养容器内的静水压和细胞生长的营养状态发生改变。检 索文献不难发现，细胞水平回转模拟失重实验的观察点通常仅选定在24h、48h、72h，这些培 养时间相对较短的时程。若要研究更长时程微重力状态对生物体机能的影响，就会受培养 液不能更换的制约，细胞不但得不到必须的养分，还很容易被代谢产物以及长时间缺氧所 影响，而这些不利因素的综合作用势必干扰实验结果的判读。但是，截止目前国内外尚未见 到能有效解决该问题的方法被公开报道。
技术实现思路
本技术的目的是提供一种在回转器持续回转、保持微重力状态下，能够自动 更换细胞培养液，保证长时程回转模拟失重时细胞拥有足够养分、免受代谢产物干扰的三 维回转可更换培养液细胞微重力装置。 本技术的目的通过以下方式实现，三维回转可更换培养液细胞微重力装置， 其特征是：至少包括：细胞培养液单元、细胞培养液置换单元、带轴旋转的整体支撑架和控 制单元；控制单元首先记录细胞置换液排出口或细胞置换液排入口的初始位置，控制单元 控制细胞培养液单元中的第一电机以某一频率f转动在模拟微重力工作状态下，通过输出 步长记录细胞置换液排出口或细胞置换液排入口的工作实时位置；控制单元通过控制带轴 旋转的整体驱动电机使细胞培养液单元和细胞培养液置换单元绕轴旋转，使细胞培养液置 换单元形成三维转动。 控制单元通过无线控制液压系统工作，通过第一油压泵吸入第一贮油腔的油向液 压缸下腔注油，通过缸体上移使细胞置换液出管插入细胞置换液排出口，使细胞置换液入 管插入细胞置换液排入口；由细胞置换液油压泵将细胞置换液从细胞置换液腔置入细胞培 养液单元，并将时间较长的细胞培养液置出到置出细胞置换液腔，直至更换完使用时间较 长的细胞培养液，然后，本文档来自技高网...

【技术保护点】
三维回转可更换培养液细胞微重力装置，其特征是：至少包括：细胞培养液单元、细胞培养液置换单元、带轴旋转的整体支撑架和控制单元（24）；控制单元（24）首先记录细胞置换液排出口（20）或细胞置换液排入口（22）的初始位置，控制单元（24）控制细胞培养液单元中的第一电机以某一频率f转动在模拟微重力工作状态下，通过输出步长记录细胞置换液排出口（20）或细胞置换液排入口（22）的工作实时位置；控制单元（24）通过控制带轴旋转的整体驱动电机使细胞培养液单元和细胞培养液置换单元绕轴旋转，使细胞培养液置换单元形成三维转动。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：石菲，孙喜庆，张舒，曹新生，杨长斌，王永春，孙静，高原，
申请(专利权)人：中国人民解放军第四军医大学，
类型：新型
国别省市：陕西;61