专利名称：体外单个细胞离心力机械牵张装置的制作方法
技术领域：
本实用新型属于细胞生物学研究设备，特别涉及一种体外单个细胞离心力机械牵张装置。
背景技术：
目前体外细胞机械刺激装置的研究历史及现状，早期对培养细胞的机械刺激装置多是非定量性质的。这一领域的先驱人是Ghcksmann，早在1939年，通过种植鸡胚细胞在肋间肌上，当肌肉随时间逐渐降解时，肋间隙逐渐变窄，细胞被相应压缩，产生压缩应力。此后，这种作用于细胞的压缩应力被广泛用于骨骼细胞方面的研究，装置得到不断的改进。Radan等人，发明的流体静力作用方式，实现了压缩应力的定量化，成为这一领域的标志性进展(Thomas D.Brown Techniques for mechanical stimulation of cells in vitroareview.J Biomechanics；333-14，2000)。目前，根据作用力效果的不同，装置主要可分为3类流体作用静力压缩装置(Brown，T.D.，Pedersen，D.R，Bottlang，M.，Banes，A.J.Fluid-structure interaction as a determinant of nutrientmediumreactive stress in mechanically stimulated cultures.Transaction of 43rdAnnual Meeting Orthopaedic Research Society；p.175，1997)；流体剪切力作用系统(Chun，T.H.，Itoh，H.，Ogawa，Y，Tamura，N.，Takaya，K.，Igaki，T.，Yamashita，J.，Doi，K.，Inoue，M.，Masatsugu，K.，Korenaga，R.，Ando，J.，Nakao，K.，.Shear stressaugments expression of C-type natriuretic peptide and adrenomedullin.Hypertension；291296-1302，1997)；弹性膜牵张装置。各装置均有其各自的用途，如流体静力压缩装置用于研究压缩性应力的作用，流体剪切力主要用于血液对血管壁的切应力方面的研究，如血流冲击对内皮细胞的损伤作用。对于模拟心脏负荷特征而言，弹性膜牵张最符合心肌张力增加时，心肌细胞收到的牵拉力，故在机械刺激与心肌肥大的研究中有相当重要的作用。弹性膜牵张装置，根据其采用的外力方式不同分为三类纵向牵张系统，非平面圆形牵张和平面圆形牵张。这类系统的作用原理具有共同的特点被研究细胞被种植在弹性膜片上(多采用硅胶膜，其生物相容性较好)，在膜上涂有细胞粘附底物，如胶原蛋白、纤维粘连蛋白、弹性蛋白等细胞外基质蛋白，使细胞在膜表面的粘附更为紧密，待其生长到一定程度后，将应力作用于弹性膜使弹性膜变形拉长或面积扩大，由于细胞贴壁生长，因而应力亦通过弹性膜传给细胞，同时通过改变细胞之间的距离，促进细胞增殖，进行相应研究。三种膜牵张装置第一种应用广泛和较为成熟的膜牵张装置为BanesAJ(BanesA.J，Gilbert D，Taylor.A new vacuum-operated stress-providing instrument thatapplies static or variable duration cyclic tension or compression to cells in vitro.Cell Sci；19135-42，1980)于1985年设计的负压控制牵引力的细胞培养装置，属于非平面圆形牵张。该装置包括一个41.5×23.82×3.0cm的真空平台(内含6个小盘，每个小盘底部有一孔与真空泵相通)，6张弹性橡胶垫片盖于与真空泵相连的孔上，6个Petri培养皿，负压形成装置及二氧化碳孵箱、时间监控装置等。当真空表上指针达12时，弹性膜底部即可向下移位1.5mm，而致培养皿底部内表面产生0.13％的压力；真空消除后，因大气压作用、培养皿底部恢复到原位，机械应力的作用则被消除。该装置1990年由Banes自己改装并生产出定型商品，以后经过多次改进，现已形成由计算机控制的更为精确的装置，市场有售(Flexer cell strain Unit 2000；Flexcell.Corp)，因该装置功能较多，所提供的数据更精确，且由于真空装置操作简单，所提供的实验条件相对比较理想，细胞生长安全，所以得到了广泛应用。第二种弹性膜牵张装置——纵向牵张系统通过两个相反的作用力提供了单轴方向的张力。这种装置的优点在于，能够提供定量的、易于控制的单方向牵张，对于研究肌细胞沿作用力方向受到的牵张，达到了更好的模拟效果(Bynum，D.K.，Tsuzaki，M.，Yang，X.Inhibiting intercellular communication blocks wound-inducedmitogenesis in flexor tendons.Transactionof 45th Annual Meeting OrthopaedicResearch Society，p.44，1999)；第三种平面牵张和非平面牵张或弧形牵张的作用基本相似，在牵张方向上有所不同，后者的牵张方向呈一种无极性的，而前者提供了相同大小的两个方向的牵张力(Brown，T.D.，Bottlang，M.，Pedersen，D.R.，Banes，A.J.Loadingparadigms intentional and unintentional for cell culturemechanostimulus.American Journal ofthe Medical Sciences；316，162-168，1998)。上述各牵张装置存在不同的缺陷1.对培养的细胞的牵张作用力不能达到完全均匀。真空控制装置所造成的弹性膜牵张变形外周部分为24％，而中心为1％，平均为10％。而其它弹性膜牵张装置亦存在未被�？课欢棺饔昧Σ痪娜钡悖�2.弹性膜对细胞的生物性状存在显著的影响。利用机械力直接牵张装置多为自行设计，其弹性膜多为硅胶膜，亦有利用主动脉作原料制成的弹性蛋白膜，然而因硅胶膜生物相容性好，弹性好，同时亦为半透明、便宜等优点，所以如今仍为首选。但是研究发现不同细胞对相同的包被基质反应不一，同一细胞对不同包被基质反应亦可能有差别；3.选择不同的膜外包被基质将对培养细胞产生不同的影响。EllenC[48]采用三种不同包被基质纤维连结蛋白，层粘连蛋白、弹性蛋白培养肺成纤维细胞，发现层粘连蛋白、弹性蛋白和纤维连结蛋白对细胞表达胶原mRNA水平的影响存在显著的差异。一般来讲，牵张模型的建立应满足以下要求(1)易于建立；(2)实验用弹性膜具有生物相容性，生长中的细胞易于贴壁，膜最好为透明或为半透明以便实验过程中用倒置显微镜观察细胞的生长状态。基质亦需具高度的弹性，力作用取消后应能回复；(3)力的大小应能计算，特别是能够测定弹性膜延长率和面积扩大率。
发明内容
本实用新型的目的在于提供一种结构简单，采用普通细胞培养板，方便实用，而且同一般的细胞培养所采用的介质一样，不存在生长介质不同对细胞生物性状的影响的体外单个细胞离心力机械牵张装置。
为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案是包括试管架和设置在试管架一端的电动机，试管架的另一端还固定有计数器，在计数器的轴顶端水平固定有由电动机带动的圆盘，圆盘的上端设置有培养板。
本实用新型的另一特点在于电动机的主动轮与圆盘保持在同一水平线上，并通过皮带相连；电动机还与控制电动机的旋转速度调速器电连接。
由于本实用新型将贴有细胞的培养板置于一匀速水平旋转的圆盘上，当圆盘以一定的速度旋转时，在贴壁细胞产生一向外的离心力，细胞被牵张，可通过电机调速器准确控制圆盘的转速从而控制对细胞的牵张力大�。韵赴乃鹕私闲。韵赴翁挠跋焐跷�。
以下结合附图
对本实用新型的结构原理和工作原理作进一步详细说明。
附图是本实用新型的整体结构示意图。
具体实施方式
参见附图，本实用新型包括一金属试管架1，计数器3固定在金属试管架1的一端，塑料圆盘4水平固定在计数器3的轴顶端，使圆盘4旋转时带动计数器3计数，显示转数，在圆盘4上还设置有培养板5。电动机2固定在试管架1的另一端，电动机2的主动轮同塑料圆盘4保持地同一水平线上，并用皮带7相连，使电动机2带动圆盘4转动并通过计数器3计数，电机调速器6将电动机2与电源相接，并控制电动机2旋转速度。
本实用新型将贴有细胞的培养板5置于一匀速水平旋转的圆盘4上，当圆盘4以一定的速度旋转时，在贴壁细胞产生一向外的离心力，细胞被牵张。力的作用大小与旋转的速度呈正相关关系，通过控制转速可相应控制对细胞的牵张力大小。即根据物理公式F离＝m·R·v2＝m·R·(2π/60×转速)2=4π2m/360·R·转速2。每个细胞距轴心的距离是恒定的，故F离∝转速2。
应用本实用新型牵张培养的乳鼠心肌细胞，并比较传统的膜牵张装置和本实用新型离心力牵张装置，实验结果显示在离心力持续牵张心肌细胞12h、24h，培养液中的LDH活性与未牵张组无显著性差异。而传统的膜牵张持续24h后，LDH活性显著升高，提示存在严重的细胞损伤。相比之下，两种模型均可刺激心肌细胞的肥大反应。心肌细胞3H-亮氨酸掺入逐渐增多，12h和24h时点与对照组比较差异均有显著性。两种牵张刺激均可引起心肌细胞分泌Ang II增加，在12h，离心力牵张组和膜牵张组均比同期未牵张组分别升高128％和159％(P＜0.05)，24h为139％和172％(P＜0.01)。
权利要求1.体外单个细胞离心力机械牵张装置，包括试管架[1]和设置在试管架[1]一端的电动机[2]，其特征在于试管架[1]的另一端还固定有计数器[3]，在计数器[3]的轴顶端水平固定有由电动机[2]带动的圆盘[4]，圆盘[4]的上端设置有培养板[5]。
2.根据权利要求1所述的体外单个细胞离心力机械牵张装置，其特征在于所说的电动机[2]的主动轮与圆盘[4]保持在同一水平线上，并通过皮带[7]相连。
3.根据权利要求1所述的体外单个细胞离心力机械牵张装置，其特征在于所说的电动机[2]还与控制电动机[2]的旋转速度调速器[6]电连接。
专利摘要体外单个细胞离心力机械牵张装置，包括试管架和设置在试管架一端的电动机，试管架的另一端还固定有计数器，在计数器的轴顶端水平固定有通过电动机带动的圆盘，圆盘的上端设置有培养板。本实用新型将贴有细胞的培养板置于一匀速水平旋转的圆盘上，当圆盘以一定的速度旋转时，在贴壁细胞产生一向外的离心力，细胞被牵张，可通过电机调速器准确控制圆盘的转速从而控制对细胞的牵张力大�。韵赴乃鹕私闲。韵赴翁挠跋焐跷�。
文档编号G01N33/49GK2736772SQ200420042229
公开日2005年10月26日 申请日期2004年7月23日 优先权日2004年7月23日
发明者马爱群, 席雨涛 申请人:西安交通大学
专业数控铣床产品供应商
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