一种可实现径向拉压和面外弯曲的软体细胞培养皿制造技术

本发明专利技术公开了一种可实现径向拉压和面外弯曲的软体细胞培养皿，该培养皿包括由径向拉压驱动器和弯曲驱动器组成的驱动单元以及用于对驱动单元进行气压驱动控制的控制单元。细胞放置在径向拉压驱动器的上表面，该驱动器在正压作用下对细胞施加径向拉力。若对径向拉压驱动器预充气，再对其抽气，则可对细胞施加径向压力。径向拉压驱动器底部、环状薄膜以及圆柱状底座组成弯曲驱动器。在负压作用下，径向拉压驱动器和环状薄膜产生弯曲变形，随着细胞向下生长，培养皿一直保持包覆细胞的状态。该培养皿具有结构简单、能够同时对细胞实施径向压缩(拉伸)和包覆、径向压缩(拉伸)和包覆程度连续可调等优势，可以广泛地应用于生物力学以及医学领域。及医学领域。及医学领域。

【技术实现步骤摘要】
一种可实现径向拉压和面外弯曲的软体细胞培养皿


[0001]本专利技术涉及生物力学工程
，具体涉及一种径向压缩(拉伸)和面外弯曲的软体细胞培养皿。

技术介绍

[0002]细胞生存环境处于复杂的力学状态中，通过对细胞进行拉伸或压缩能够刺激细胞的生长，并模拟细胞的生存环境。另外，力学刺激对细胞的生理、病理状态和功能执行有着重要的影响。在生物力学领域中，研究不同组织和细胞在不同荷载作用下的生长和损伤机理称为国际上该领域的研究热点之一。
[0003]根据细胞拉伸与压缩技术，可以利用驱动装置将细胞产生定向位移，使细胞随着培养皿共同发生变形。目前细胞培养皿根据拉伸与压缩方向可以分为单轴应变培养皿、双轴应变培养皿与径向应变培养皿。单轴应变培养皿在拉伸或压缩方向能产生需要的应变，但使垂直方向上会相应收缩或伸长，该类型装置主要以步进电机作为驱动器。双轴应变培养皿则是在单轴应变基装置的基础上增加一个正交驱动器，两个应变方向相互垂直。径向应变培养皿则对细胞施加径向压力，细胞产生径向位移。现有的细胞培养皿还没法同时实现径向压缩(拉伸)和面外弯曲。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是设计一种对细胞进行径向压缩(拉伸)，同时具有包覆细胞功能的培养皿。该培养皿具有对细胞施加径向压(拉)力的功能，同时还可以包覆细胞，能够模拟细胞在特定力学环境中的生存状态。
[0005]本专利技术所采用的技术方案如下：
[0006]一种可实现径向拉压和面外弯曲的软体细胞培养皿，所述培养皿包括驱动单元和控制单元。所述驱动单元由径向拉压驱动器、弯曲驱动器组成。所述控制单元用于对径向拉压驱动器和弯曲驱动器进行气压驱动控制；细胞位于径向拉压驱动器的上表面；所述径向拉压驱动器设于弯曲驱动器上部；对所述径向拉压驱动器进行抽气或充气，从而对细胞施加径向压力；对所述弯曲驱动器进行抽气，带动径向拉压驱动器发生弯曲变形，随着细胞向下生长，培养皿一直保持包覆细胞的状态。
[0007]上述技术方案中，进一步地，所述径向拉压驱动器为中空的圆形板结构，所述圆形板结构的上、下面和侧面都是薄壳，构成密闭内腔；所述密闭内腔内均匀布置有圆柱状短柱，所述圆柱状短柱的两端固定于所述圆形板结构的上、下面上；对所述径向拉压驱动器充气时，所述圆柱状短柱可以约束径向拉压驱动器上、下面的弯曲变形，从而保证径向拉压驱动器的变形模式为沿径向拉伸和收缩；所述径向拉压驱动器的侧面设有一个气孔，通过所述气孔对密闭内腔进行充气和抽气。
[0008]进一步地，所述径向拉压驱动器是在模具中浇筑形成，根据径向拉压驱动器形状设计得到模具1和模具2，所述径向拉压驱动器的制备方法为：首先，向模具1和模具2中倒入
调配好的硅胶，并放入真空干燥箱中静止40min，去除气泡的同时进行凝结。将模具1和模具2中凝固的硅胶取出，按照圆心同轴对齐并相互粘结在一起形成径向拉压驱动器。在该径向拉压驱动器侧面气孔处插入气管并用硅胶密封空隙。
[0009]进一步地，所述的径向拉压驱动器、环状薄膜以及圆柱状底座构成弯曲驱动器。所述弯曲驱动器为具有密闭内腔的圆柱状结构；所述圆柱状结构的下部为圆柱状底座，所述圆柱状底座的底面和侧面为刚性薄壳，所述圆柱状底座的上表面布置有环状薄膜和所述径向拉压驱动器，所述的径向拉压驱动器粘结在所述环状薄膜内侧；所述的环状薄膜通过螺栓和压板固定于圆柱状底座上，用于提高密闭内腔的密封性；所述弯曲驱动器上设有气孔，当对所述弯曲驱动器的气孔进行抽气时，环状薄膜和径向拉压驱动器发生弯曲变形，随着细胞向下生长，培养皿一直保持包覆细胞的状态。在对细胞施加径向拉压力的同时，通过控制单元对所述弯曲驱动器抽气，径向拉压驱动器可发生弯曲变形，随着细胞向下生长，培养皿一直保持包覆细胞的状态。所述的环状薄膜内侧粘结在径向拉压驱动器厚度方向的中心处，所述的环状薄膜粘贴在圆柱状底座的上表面上，所述的压板放置于环状薄膜的上端，并用螺栓固定于圆柱状底座上。环状薄膜的材质为硅橡胶，由激光切割而成。制备径向拉压驱动器所需的模具为尼龙材料经3D打印加工而成。
[0010]进一步地，如果需要对细胞进行径向压缩，则需要预先对径向拉压驱动器进行充气，当径向变形达到设计值时，停止充气(此时内部气压为P1)，并将细胞放置于径向拉压驱动器的上表面。通过控制单元对径向拉压驱动器抽气可以实现对细胞施加径向压力，再对径向拉压驱动器充气(使其内部气压为P1)，则细胞恢复到初始状态。不断重复以上两个过程，即可对细胞施加周期性的径向压力。如果需要对细胞进行径向拉伸，则需要直接将所述的环状薄膜内侧粘结在径向拉压驱动器厚度方向的中心处，并将细胞放置于径向拉压驱动器的上表面，其余装配步骤与上面相同。通过控制单元对径向拉压驱动器充气可以实现对细胞施加径向拉力，再对径向拉压驱动器抽气，则细胞恢复到初始状态。不断重复以上两个过程，即可实现对细胞施加周期性的径向拉力。如果在对径向拉压驱动器进行抽气或充气的同时对弯曲驱动器进行抽气，可以实现包覆细胞的功能；通过精确控制径向拉压驱动器和弯曲驱动器的气压，可实现径向压缩/拉伸和包覆程度的连续可调。
[0011]进一步地，所述控制单元由电源、电磁阀、精密调压阀、单片机、线管系统、真空泵、气压泵组成；所述控制单元用于控制对径向拉压驱动器以及弯曲驱动器抽气或充气；所述线管系统包括气管、电源线以及信号线；所述单片机通过信号线与电磁阀连接，利用高低电平切换电磁阀的通路；所述真空泵与气压泵通过气管与精密调压阀连接；精密调压阀用于控制正压或者负压大小；所述电磁阀通过气管与驱动单元和精密调压阀相连接，电磁阀控制气流通路，对径向拉压驱动器以及弯曲驱动器进行充气或抽气。
[0012]本专利技术的有益效果是：
[0013]本专利技术的一种可实现径向拉压和面外弯曲的软体细胞培养皿可以通过气压驱动的方式对细胞施加周期性的径向拉压力，同时还具有包覆细胞的功能。该培养皿具有结构简单、能够同时对细胞实施径向压缩(拉伸)和包覆、径向压缩(拉伸)和包覆程度连续可调等优势，可以广泛地应用于生物力学以及医学领域。
附图说明
[0014]图1是本专利技术中径向压缩(拉伸)和面外弯曲的软体细胞培养皿的结构示意图；
[0015]图2(1)是径向拉压驱动器的结构示意图，图2(2)是径向拉压驱动器沿厚度方向的横截面示意图；
[0016]图3是圆柱状底座的结构示意图；
[0017]图4是环状薄膜的结构示意图；
[0018]图5是压板的结构示意图；
[0019]图6是螺栓的结构示意图；
[0020]图7是模具1的结构示意图；
[0021]图8是模具2的结构示意图；
[0022]图9控制单元的示意图；
[0023]其中，1：径向拉压驱动器；2：圆柱状底座；3：环状薄膜；4：压板；5：螺栓；6：模具1；7：模具2。
具体实施方式
[0024]下面结合附图对本专利技术的方案做进一步的说明解释。
[0025]图1所示为本专利技术的可实现径向拉压和面外弯曲的软体细胞培本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种可实现径向拉压和面外弯曲的软体细胞培养皿，其特征在于：包括驱动单元和控制单元；所述驱动单元包括径向拉压驱动器和弯曲驱动器；所述控制单元用于对径向拉压驱动器和弯曲驱动器进行气压驱动控制；细胞位于径向拉压驱动器的上表面；所述径向拉压驱动器设于弯曲驱动器上部；对所述径向拉压驱动器进行抽气或充气，从而对细胞施加径向压力；对所述弯曲驱动器进行抽气，带动径向拉压驱动器发生弯曲变形，随着细胞向下生长，培养皿一直保持包覆细胞的状态。2.根据权利要求1所述的可实现径向拉压和面外弯曲的软体细胞培养皿，其特征在于，所述径向拉压驱动器为中空的圆形板结构，所述圆形板结构的上、下面和侧面都是薄壳，构成密闭内腔；所述密闭内腔内均匀布置有圆柱状短柱，所述圆柱状短柱的两端固定于所述圆形板结构的上、下面上；对所述径向拉压驱动器充气时，所述圆柱状短柱可以约束径向拉压驱动器上、下面的弯曲变形，从而保证径向拉压驱动器的变形模式为沿径向拉伸和收缩；所述径向拉压驱动器的侧面设有一个气孔，通过所述气孔对密闭内腔进行充气和抽气。3.根据权利要求1所述的可实现径向拉压和面外弯曲的软体细胞培养皿，其特征在于，所述弯曲驱动器为具有密闭内腔的圆柱状结构；所述圆柱状结构的下部为圆柱状底座，所述圆柱状底座的底面和侧面为刚性薄壳，所述圆柱状底座的上表面布置有环状薄膜和所述径向拉压驱动器，所述的径向拉压驱动器粘结在所述环状薄膜内侧；所述的环状薄膜通过螺...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙向伟，徐彦，张超，胡景译，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：