一种多细胞的力学模拟实验平台制造技术

本发明专利技术提供一种多细胞力学加载装置，所述的加载装置包括上端设有支具的活塞和一个一面开口的加载箱，所述的活塞的规格与加载箱内部规格一致，所述的加载箱底部设有传感器，外部设有信号采集仪。本发明专利技术还提供一种多细胞的力学模拟实验平台，所述的实验平台包括如上所述的多细胞力学加载装置、电脑系统和设有夹具的万能材料试验机，所述的多细胞力学加载装置固定于夹具上，所述的电脑系统与万能材料试验机连接。本发明专利技术优点在于：利用活塞的上下运动压缩空气以对细胞加载压力，能确保细胞受力均匀，提高测定结果的准确性；采用的是万能材料试验机控制活塞运动，可精确地模拟压力加载过程，且反应灵敏，能模拟复杂的压力变化过程；结构简单，操作简便。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及细胞生物力学
，具体地说，是一种多细胞的力学模拟实验平台。
技术介绍
细胞生物力学(mechanocytobiology)是当前生命科学发展的前沿,涉及细胞力学研究的多个方面，其中热点之一就是细胞因机械力作用所引起的损伤，以及有关力学作用对细胞生长、重整、力学信号转导和基因表达以至引起ATP合成等过程的影响。细胞生物力学的深入研究，不但对当前细胞与组织工程、分子生物力学和生物工程、各种软硬组织的生 物力学、生物力学模型和生物材料等的研究起了重要的促进作用，而且对于生命科学的进一步发展和突破，将发挥着难以估量的影响。常规的宏观力学加载方法和实验技术无法直接使用在细胞上，所以寻找合适的细胞加载方法和细胞变形及相关的生物学测量手段将是细胞生物力学所面临的首要问题。常用的细胞力学实验技术分为单细胞实验技术和多细胞实验技术，总体可分为四类①采用显微技术和微管吸吮方法直接对单个细胞进行加载，并通过实时记录系统加以记录，利用图像处理仪和计算机进行位移测量及变形数值分析，其典型代表就是微管吸吮实验技术；②采用其它介质，利用流变学原理间接地对细胞进行加载，如流动小室、悬浮技术、微孔滤筛方法等，主要是通过流体流动产生的剪切力或者压力对细胞加载；③利用对细胞粘附的基底材料进行加载，通过对基底材料加载后使基底材料的应变传递到细胞上，如四点弯曲梁的单向应变加载和膜材料的双向应变加载方法、气体加压加载技术以及三维加载技术等利用直接对细胞表面受体施加磁场扭曲力的方法，测量细胞骨架刚度的变化。上述常用的四类实验技术各自适用于所要研究的细胞类型且各有其优缺点，如不能反映细胞的生理状态、结构复杂、价格昂贵等。如中国期刊《中国组织工程研究与临床康复》，第13卷，第22期，刊出的文章“体外细胞压应力加载装置的研制与应用”，公开了一种体外细胞压应力加载装置，该装置的工作原理是将维持细胞体外生存和生长的培养品及其培养的细胞放入细胞培养腔中，高压储气室(钢瓶)内的高压气体经两级减压装置减压到一定压力后以稳定的压力进入细胞培养腔内，当细胞培养腔内的压力达到预定值时，关闭进气电磁阀，细胞培养腔内形成稳定的密闭环境。压应力加载部分原理为利用支线步进电机驱动汽缸加压，使细胞培养腔内形成一定频率、大小的周期性气压变化，从而使细胞培养腔里的细胞受到相应的压应力作用。实验完毕，打开排气电磁阀，气体经其排出。该装置可对加载压应力的大小、作用频率及作用持续时间等进行定量控制，但是该装置存在以下缺陷(1)细胞培养腔与气缸通过通气管连接，气体最终是通过通气管进入细胞培养腔后扩散，而该气体的扩散运动既有正前方的推进扩散，也有向四周的弥散，这就导致细胞培养腔内的细胞受力并不是均匀的，模拟实验结果存在误差；(2)需要多级减压装置、电磁阀等来控制气体频率和气压大小，部件运转反应时间长，灵敏度差，对于较为复杂的力学加载过程难以模拟，例如专利技术人丁季峰老中医的“ 袞法”操作动力学曲线显示4袞法垂直波振幅高，上升支陡峭，上升角大，波峰尖锐，下降支的回摆波振幅可高达主波(前摆波)的1/3 1/2，波峰尖锐，由于力学加载过程复杂且相邻过程之间的压力大小差距大，因而使用上述装置将难以精确模拟。综上所述，亟需一种能够精确模拟复杂的力学加载过程，压力加载均匀的装置，但是目前关于这类装置还未见报道。生物材料试验系统(MTS)，又称万能材料试验机、多轴生物力学试验及运动模拟系统，采用电子技术与机械传动相结合方式，对载荷、变形、位移的测量和控制有较高的精度和灵敏度，可进行等速加载、等速变形、等速位移的自动控制试验，并有低周载荷循环、变形循环、位移循环的功能，被广泛应用于人体组织的生物力学实验。它还可以根据要求输出可变压力，模拟推拿手法等复杂压力变化过程的动力学曲线，这为研制上述可精确模拟复杂的力学加载过程和压力加载均匀的装置提供了可能，从而为构建基于细胞生物力学的手法模拟实验平台提供了可能。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有技术中的不足，提供一种可精确模拟复杂的力学加载过程、压力加载均匀、结构简单、操作简便的多细胞力学加载装置。 本专利技术的另一的目的是，提供一种多细胞的力学模拟实验平台。为实现上述目的，本专利技术采取的技术方案是 一种多细胞力学加载装置，所述的加载装置包括上端设有支具的活塞和一个一面开口的加载箱，所述的活塞的规格与加载箱内部规格一致，所述的加载箱底部设有传感器，夕卜部设有信号采集仪。所述的活塞和加载箱均是圆柱形。所述的加载箱是由有机玻璃制成。 所述的传感器是无线传感器。所述的传感器是有线传感器，所述的传感器通过导线与信号采集仪连接。为实现上述第二个目的，本专利技术采取的技术方案是 一种多细胞的力学模拟实验平台，所述的实验平台包括如上任一所述的多细胞力学加载装置、电脑系统和设有夹具的万能材料试验机，所述的多细胞力学加载装置固定于夹具上，所述的电脑系统与万能材料试验机连接。本专利技术优点在于 1、本专利技术的多细胞力学加载装置利用活塞的上下运动压缩空气以对细胞加载压力，能确保细胞受力均匀，提高测定结果的准确度； 2、本专利技术的多细胞的力学模拟实验平台采用的是万能材料试验机控制活塞运动，可精确地模拟压力加载过程，且反应灵敏，能模拟复杂的压力变化过程； 3、本专利技术的多细胞的力学模拟实验平台结构简单，可控性好，操作简便。附图说明附图I是本专利技术的一种多细胞力学加载装置结构示意图。附图2是本专利技术的一种多细胞的力学模拟实验平台结构示意图。附图3是丁季峰中型 袞法动态曲线图。附图4是模拟子袞法曲线。附图5是模拟 袞法曲线运行轨迹。附图6是正弦曲线运行轨迹。具体实施方式 下面结合附图对本专利技术提供的具体实施方式作详细说明。附图中涉及的附图标记和组成部分如下所示 I.加载箱2.活塞 3.支具4.传感器 5.信号采集仪10.多细胞力学加载装置 20.万能材料试验机 30.电脑系统 6.夹具61.第一夹具 62.第二夹具 实施例I本专利技术的一种多细胞力学加载装置 请参照图1，图I是本专利技术的一种多细胞力学加载装置结构示意图。所述的多细胞力学加载装置设有一个加载箱1，所述的加载箱I由有机玻璃制成，呈圆柱形，外部直径13cm，内部直径10cm，高13cm，上端的一面是开口的。所述的多细胞力学加载装置还设有一个活塞2，所述的活塞2为圆柱形，直径与加载箱I的内径相同，厚度3cm。所述的活塞2的上端的中央设有支具3，所述的支具3也是一个圆柱体，由不锈钢材料制成。所述的加载箱I的底部设有通孔(图中未示出)，所述的通孔中紧密地嵌合着传感器4，所述的传感器4是无线传感器，顶面与加载箱I的底面是在一个水平面上的。所述的加载箱I的外部还设有信号采集仪5。所述的信号采集仪5与传感器4通过无线信号连接。实施例2本专利技术的一种多细胞的力学模拟实验平台 请参照图2，图2是本专利技术的一种多细胞的力学模拟实验平台结构示意图。所述的多细胞的力学模拟实验平台设有如实施例I所述的多细胞力学加载装置10、万能材料试验机20和电脑系统30。所述的万能材料试验机20为美国MTS公司生产，型号为MTS858，设有夹具6，所述的夹具6包括第一夹具61和第二夹具62。所述的多细胞力学加载装置10被固定于第一夹具61和第二夹具62之间，即本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多细胞力学加载装置，其特征在于，所述的加载装置包括上端设有支具的活塞和一个一面开口的加载箱，所述的活塞的规格与加载箱内部规格一致，所述的加载箱底部设有传感器，外部设有信号采集仪。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张宏，严隽陶，林清，张国辉，马恵升，赵谦，朱清广，齐瑞，王勇丽，屈庆，
申请(专利权)人：上海中医药大学附属岳阳中西医结合医院，
类型：发明
国别省市：