本实用新型专利技术公开了一种周期性细胞压缩牵张装置，该装置包括细胞培养皿(1)、支撑架(2)、顶杆(3)和直线步进电机(4)；所述细胞培养皿(1)固定于支撑架(2)的上层板(21)上，该上层板(21)中央设有圆孔(211)，所述直线步进电机(4)固定于上层板(21)的下方，并与顶杆(3)连接，该顶杆(3)的上端为穹顶形结构，其位于支撑架上层板圆孔(211)的正下方，并与细胞培养皿(1)的底部相对应。该装置能在相同条件下对细胞施加压缩应力或者牵张应力，并可控制施加应力大小和频率。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）
【技术实现步骤摘要】
本技术涉及一种周期性细胞压缩牵张装置。
技术介绍
长久以来，机械刺激对细胞生物学行为的影响一直是国内外细胞生物学研究的重 要方向，学者们应用各种体外细胞加力方式模拟体内细胞受力微环境，试图研究机械刺激 引起的细胞内各种分子相互作用机制，以阐明骨组织受到机械力后通过代谢改变进行改建 的机制。在口腔正畸学中，牙齿移动的原理即为机械力引起牙槽骨组织改建。压力侧牙槽 骨吸收，张力侧牙槽骨沉积，从而使错位的牙齿发生移动。迄今为止，纯粹基于正畸临床“压 缩”与“牵张”这两个相对应概念，并且在相同条件下对细胞进行加载的研究十分少见。仅 在2001年由周征等人专利技术了四点弯曲细胞力学加载仪对细胞进行压缩或者牵张。首先使 细胞贴壁生长于一定厚度的长方形硬塑料培养片，将培养片作为简支梁，承受垂直向的均 布载荷。当培养片受到自上而下的载荷时，培养片上表面细胞受单向压缩力；受到自下而上 的载荷时，培养片上表面细胞受到单向的牵张力，如附图1。这种加力方式由于培养片材质 为硬塑料，其最大张力强度小，对细胞施加的机械应力力值受到了一定限制。另外，单向的 牵张，会使得细胞在与牵张相垂直的方向受到压缩力，同理单向的压缩，会使得细胞在与压 缩相垂直的方向受到牵张力，如附图2(箭头向外代表牵张力，箭头向内代表压缩力)。因 此，难以清楚分辨细胞受到机械加载力的整体性质为压缩应力还是牵张应力。由于缺少能 在相同条件下对细胞进行压缩和牵张的细胞加力仪器，迄今少见对细胞受压缩和受牵张后 分子生物学反应差异的对比研究。
技术实现思路
本技术所要解决的技术问题是提供一种压缩牵张装置，该装置能在相同条件 下对细胞施加压缩应力或者牵张应力，精确控制施加应力大小和频率。从而建立细胞受牵 张力和压缩力后的生物学比较模型，达到模拟口腔正畸临床中，牙槽骨一侧细胞受压，一侧 细胞受牵张的现象。为解决上述技术问题，本技术所提供的技术方案是本技术提供一种周期性细胞压缩牵张装置，该装置包括细胞培养皿、支撑架、 顶杆和直线步进电机；所述细胞培养皿固定于支撑架的上层板上，该上层板中央设有圆孔， 所述直线步进电机固定于上层板的下方，并与顶杆连接，该顶杆的上端为穹顶形结构，其位 于支撑架上层板圆孔的正下方，并与细胞培养皿的底部相对应。所述细胞培养皿包括去除底面的细胞培养皿体、透明弹性薄膜和固定环，该去除 底面的细胞培养皿底部外包裹透明弹性薄膜，在该透明弹性薄膜外部套设固定环。进一步地，所述细胞培养皿体与透明弹性薄膜结合处设有垫环，该垫环用于消除 皿底边缘处的应力集中区域，又称为消除应力集中环。进一步地，所述透明弹性薄膜的厚度为0. 2mm 0. 5mm，可以选用橡胶薄膜，例如3硅橡胶薄膜。细胞可附着在此弹性薄膜上生长。进一步地，所述支撑架的上层板的下方设有下层板，所述直线步进电机固定于该 下层板上。进一步地，该装置还包括与直线步进电机相连的控制器，所述控制器可以为微电 脑运动控制器。本技术所述的周期性细胞压缩牵张装置主要工作原理为弹性均质薄膜在其 弹性形变范围内受力后，所产生的应力与形变呈线性关系。弹性薄膜皿底发生形变，即可对 细胞进行牵张或者压缩使细胞在皿底薄膜呈放松状态时贴壁生长，当细胞完全附着于皿 底薄膜上，顶杆上升，顶杆上端穹顶形结构顶起皿底薄膜，则皿底薄膜受到牵张，此时细胞 受到牵张力，如附图3A(箭头方向代表受力方向)；顶杆先上升，顶杆上端穹顶形结构顶起 皿底薄膜，皿底薄膜呈牵张状态，使细胞在皿底薄膜上贴壁生长，当细胞完全附着于薄膜上 时，顶杆下降，则皿底薄膜由牵张状态放松，此时细胞受到压缩力，如附图3B(箭头方向代 表受力方向)。本技术的优点本技术能在相同条件下对细胞进行应力加载大小和频率 可控的多向压缩或者牵张。从而建立细胞受牵张力和压缩力后的生物学比较模型，达到模 拟口腔正畸临床中，牙槽骨一侧细胞受压，一侧细胞受牵张的现象。附图说明以下结合附图和具体实施方式对本技术作进一步详细说明。图1为现有技术中细胞在长方形硬塑料培养片上进行压缩和牵张的示意图；图2为现有技术中细胞在长方形硬塑料培养片上受到压缩力和牵张力的示意图；图3A为细胞在本技术的弹性薄膜上进行牵张和受到牵张力的示意图；图;3B为细胞在本技术的弹性薄膜上进行压缩和受到压缩力的示意图；图4为细胞培养皿的结构示意图；图5为本技术周期性细胞压缩牵张装置的结构示意图。具体实施方式实施例1如图4和5所示，本技术所述的周期性细胞压缩牵张装置，该装置包括细胞培 养皿1、支撑架2、顶杆3和直线步进电机4 ；所述细胞培养皿1固定于支撑架2的上层板21 上，该上层板21中央设有圆孔211，所述直线步进电机4固定于支撑架2的下层板22上，并 与顶杆3连接，该顶杆3的上端为穹顶形结构，其位于支撑架上层板圆孔211的正下方，并 与细胞培养皿1的底部相对应，该直线步进电机(4)与控制器( 相连。所述细胞培养皿1是由去除底面的细胞培养皿体11、透明弹性薄膜12、固定环13 和垫环14组成，该去除底面的细胞培养皿体11底部外包裹透明弹性薄膜12，在该透明弹性 薄膜(1 外部套设固定环(13)，所述细胞培养皿(11)与透明弹性薄膜(1 结合处设有垫 环(14)。所述透明弹性薄膜为硅橡胶薄膜，其厚度为0. 2mm 0. 5mm。所述直线步进电机(Haydon Kerk Motion Solutions, USA)带动顶杆完成对薄膜的加力操作。直线步进电机步长为0. 012192mm，行程为0_12mm，控制器可以自行调节行程 长短，运动规则为(0-0. 5mm, O-Imm,……，0_8. 5mm，0_9mm)，在这些范围内，任意选择一个区 间都能来回循环运动。电机推力为8N以上，一分钟可上下循环60次。可持续工作20小时 以上。所述控制器采用SC100可编程控制器，通过程序设置，完成对步进电机工作状态 的自动精确控制。一、顶杆位移与薄膜形变关系在皿底薄膜弹性形变范围内，顶杆上下移动时膜片形变为均质变化，此时附着于 膜上的细胞为均勻受力。顶杆位移与膜片形变关系可使用Solidworks三维软件(Dassault Systemes, France)绘图计算得出，表1。表1顶杆位移与膜片形变关系表(长度变化0. 1 % = IOOOmicrostrain)高度 (mm)弧长(mm)变化长度与原长 比细胞所在界面形变范围0.500.550.011.00020.02%strain150.041.00080.08%strain1.550.091.00180.18%strain250.171.00340.34%strain2.550.261.00520.52%strain350.381.00760.76%strain3.550.521.01041.04%strain450.681.01361.36%strain4.550.871.01741.74%strain551.081.02162.16%strain5.551.321.02642.64%strain651.591.03183.18%strain6.551.881.03763.76%strain752.21.0444.4%strain本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种周期性细胞压缩牵张装置，其特征在于，该装置包括细胞培养皿（１）、支撑架（２）、顶杆（３）和直线步进电机（４）；所述细胞培养皿（１）固定于支撑架（２）的上层板（２１）上，该上层板（２１）中央设有圆孔（２１１），所述直线步进电机（４）固定于上层板（２１）的下方，并与顶杆（３）连接，该顶杆（３）的上端为穹顶形结构，其位于支撑架上层板圆孔（２１１）的正下方，并与细胞培养皿（１）的底部相对应。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：曾祥龙，钟喆，张正朴，
申请(专利权)人：北京大学口腔医院，
类型：实用新型
国别省市：11
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