CN103421690B - 细胞间歇缺氧实验装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种细胞间歇缺氧实验装置。包括密闭箱体构成的细胞培养箱和细胞培养皿、湿温度控制装置、氧气气源、二氧化碳气源、氮气气源及其主控制器，上述气源分别经过相应输气管道与细胞培养箱连接，所述输气管道中均设有控制阀门，所述主控制器控制所述控制阀门周期性调节细胞培养箱中氧气含量在高低两个状态之间变化。本装置由于具有温湿度控制装置，使得箱体内环境适合细胞生长，并通过主控制器控制所述控制阀门周期性调节细胞培养箱中氧气含量在高低两个状态之间变化形成周期缺氧环境，可以创建间歇缺氧的环境，进行间断缺氧细胞的研究。
Description
技术领域
本发明涉及一种细胞培养实验装置，更确切地说是一种细胞间歇缺氧实验装置。
背景技术
睡眠呼吸暂停综合征（sleep apnea syndrome，SAS），尤其是阻塞性睡眠呼吸暂停低通气综合征（obstructive sleep apnea-hyponea syndrome, OSAHS），是一种发病率较高的慢性睡眠呼吸疾患，严重影响人们的身心健康。SAS系指每晚7h睡眠，呼吸暂停反复发作在30次以上或睡眠呼吸紊乱时间指数（respiratory impair time index，RIT，即平均每小时睡眠呼吸暂停次数+低通气次数）≥5次。由此导致反复发生的低氧血症及高碳酸血症，对机体可产生多方面的影响：如嗜睡、头晕乏力、精神行为异常、晨起头痛等。随病情进展，可出现肺动脉高压、肺心病、呼吸衰竭、高血压、心率失常等严重并发症。
虽然国内外对SAS开展了一些相关的研究，其临床表现及其对脏器的影响已基本清楚。但到目前为止，SAS的发病机制仍不明了，主要是因为缺乏一种与SAS发病过程较为接近的动物模型。所以，复制与SAS自然病理生理状态相近的动物模型，对研究SAS的发病机制，制定预防和治疗措施，都具有重要的意义。由于目前对该病的病因、发病机制仍然不清楚，在人体上进行研究有一定的局限性，所以相关的动物模型的研究显得尤为重要，为此，本申请人通过多年研究开发了多种间断缺氧动物饲养舱，并以温州医学院的名义分别申报了发明专利：1. SPF级间断缺氧大鼠饲养舱，专利号:200610052684.5，授权日:2008.7.25.；2. 环线轨道式间断缺氧大小鼠饲养舱，专利号：200910099827.1，授权日：2011.05.04.；3. 直线轨道式间断缺氧大小鼠饲养舱，专利号：200910099828.6，授权日：2010.12.08.；4. 低氧动物饲养舱故障应急保护装置，专利申请号: 201210059548.4 申请日: 2012. 3.8。通过多年的对动物的动物模型的试验，对SAS的发病机制的研究也取得了一定的进展。然而因为包括人类在内的生物是由细胞组成的，细胞是生物体结构和功能的基本单位，生物体是通过细胞的活动来反映其功能的。细胞是一个相对独立的单位，既有他自己的生命，又对于其他细胞共同组成的整体的生命起作用，生物的发生疾病是因为其细胞机能失常。但目前国内外对SAS的研究通常都是建立在间歇低氧的动物模型上，尚未进一步进行间断缺氧细胞的研究。有些实验研究是无法采用动物模型来做，有些是用细胞实验更可靠，更加细致，此外还有一些细胞实验是动物的补充。由于细胞间歇缺氧实验，气体频繁流动和交换，气体流动时会带走实验舱内的水份和热量，此时保持实验舱内湿度、温度的恒定极为重要，以保障细胞能正常存活和生长。而现有的间断缺氧动物饲养舱由于不具有恒温、恒湿的环境，现有的二气、三气细胞培养箱无法进行频繁交换和湿度控制，因此均并不具备进行间断缺氧细胞的研究，急需研发一种细胞间歇缺氧实验装置。
发明内容
本发明的目的在于为了克服现有技术的不足，而提供一种能进行间断缺氧细胞研究的细胞间歇缺氧实验装置。
为实现上述目的，本发明公开了一种细胞间歇缺氧实验装置，包括细胞培养箱和细胞培养皿，其特征在于:所述实验装置还设有湿度控制装置、温度控制装置、氧气气源、二氧化碳气源、氮气气源及主控制器，所述氧气气源、二氧化碳气源、氮气气源分别经过相应输气管道与细胞培养箱连接，所述输气管道中均设有控制阀门，所述主控制器控制所述湿度控制装置、温度控制装置使细胞培养箱内处于恒温、恒湿状态，并控制阀门使细胞培养箱内氧气含量在高低两个状态之间周期性变化。
本装置由于具有温湿度控制装置，使得在气体频繁流动和交换的情况下，得以保障箱体内保持有适合细胞生长的温度、湿度环境，并通过主控制器控制所述控制阀门周期性调节细胞培养箱中氧气含量在高低两个状态之间变化形成周期缺氧环境，同时控制阀门保持二氧化碳浓度恒定，创建间歇缺氧的环境，进行间断缺氧细胞的研究。
作为本发明的进一步设置，本细胞间歇缺氧实验装置还有一套对照组细胞实验装置，包括对照组培养皿和用于测量对照培养皿中培养基的溶解氧浓度的溶解氧测定仪，所述溶解氧测定仪检测照培养皿中的溶解氧，所述溶解氧测定仪输出与主控制器连接，主控制器控制对照组的氧气浓度保持在21%，二氧化碳浓度保持在5%。
通过设置对照培养皿和溶解氧测定仪，随时通过检测对照培养皿培养基中的溶解氧，并将检测结果送至主控制器中与设定值对照，如偏离预定设定值，则控制相应的控制阀门稳定箱体内空气的含氧量，同时测量不会对细胞培养皿中的细胞生长造成干扰。
作为本发明的进一步设置，所述主控制器控制箱体内二氧化碳气体含量恒定为5%，氧气含量在30%和低于1%之间变化。保持二氧化碳气体含量恒定，单独调节氧气达到调节细胞培养箱中氧气含量，这种调节方式比较简单有效；氧气含量在30%和低于1%之间，这是为了使得细胞培养液中溶解氧浓度变化的更快，更加接近于细胞在人体中发生间歇缺氧的状态。
作为本发明的进一步设置，所述湿度控制装置包括设置在所述箱体内腔下部的蓄水盘，所述蓄水盘下方设有加热器，所述蓄水盘上方与细胞培养皿之间设有隔板将所述蓄水盘和细胞培养皿所在空间隔离，所述隔板上设有透气窗，对应透气窗的位置可滑动设有用于调节透气窗透气面积的闸板，并设有闸板驱动机构，所述主控制器通过控制闸板驱动机构驱动闸板滑动。上述结构的湿度控制装置具有结构简单、控制方便、有效的优点。
下面将结合附图和具体实施例对本发明作进一步的说明。
附图说明
附图1为本发明具体实施例外观结构框图；
附图2为附图1 A-A剖视图；
附图3为本发明具体实施例结构分解示意图；
附图4为本发明具体实施例另一结构分解示意图。
具体实施方式
如图1、2所示，细胞间歇缺氧实验装置包括一个由密闭箱体构成的细胞培养箱1，细胞培养箱1中设置有细胞培养皿8和温湿度控制装置，在细胞培养箱1外部设有氧气气源、二氧化碳气源、氮气气源及其主控制器2，氧气气源、二氧化碳气源和氮气气源可以采用医用高纯度气体钢瓶，所述氧气气源、二氧化碳气源、氮气气源分别经过相应输气管道3与细胞培养箱1连接，输气管道3可以选用食品级高压气管，所述每条输气管道3中均设有控制阀门（图中未显示），控制阀门以选用电磁阀为宜，方便控制。所述主控制器2以单片机为核心及***元件组成的自动控制***构成，所述主控制器2通过控制所述控制阀门的开启和关闭，达到控制各种气体的流量，进而达到周期性调节细胞培养箱1中氧气含量在高低两个状态之间变化的目的。如图3、4所示，湿度控制装置包括设置在所述细胞培养箱1内腔下部的蓄水盘4，所述蓄水盘4下方设有加热器5，加热器5可以选用PTC加热器件。所述蓄水盘4上方与细胞培养皿8之间设有隔板6将所述蓄水盘4和细胞培养皿8所在空间隔离，所述隔板6上设有透气窗601，对应透气窗601的位置可滑动设有用于调节透气窗601透气面积的闸板7，并设有闸板7驱动机构。其中，隔板6可以是上下两层的夹层结构，闸板7可滑动地设置在夹层中，透气窗601可以根据需要设置多个，透气窗601形状不限，但以规则形状为宜，方便加工。本具体实施例中为矩形，左右各设置一个，有利于内部湿度快速均匀调节，两个透气窗601均设有一个闸板7，所述两个闸板7相对的一侧各相向延伸出一段齿条701，齿条701方向与滑动方向相平行，所述两齿条701之间设有驱动齿轮9与齿条701啮合，驱动齿轮9固定在微型电机10的转轴上构成闸板7驱动机构，所述主控制器2与微型电机10连接控制微型电机10的转速与转向，所述主控制器2通过控制闸板7驱动机构驱动闸板7滑动和停止以及滑动的方向，调节透气窗601透气面积的闸板7，控制从蓄水盘4中蒸发的水蒸气的进入量，达到调节和稳定培养室中的湿度的目的。所述主控制器2控制细胞培养箱1内二氧化碳含量恒定在以5%为宜，氧气含量在30%和低于1%之间变化，每个周期的时长以10~20分钟为宜。为了稳定两个状态下的含氧量，本具体实施例中，在细胞培养箱1中除了设有细胞培养皿8，还设有另外一套对照组细胞实验装置，对照组细胞实验装置与实验组细胞实验装置的差别仅在于对照组的氧气浓度是一直保持在21%。对照组实验装置设有对照培养皿11和用于测量对照培养皿11中培养基的溶解氧浓度的溶解氧测定仪。细胞培养皿8和对照培养皿11优选96孔板，所述溶解氧测定仪检的氧传感器12与对照培养皿11中培养基接触，以检测出对照培养皿11中的溶解氧浓度，所述溶解氧测定仪输出与主控制器2连接，随时通过检测对照培养皿11培养基中的溶解氧浓度掌握细胞培养皿8中的溶解氧浓度，并将检测结果送至主控制器2中与主控制器2中两个状态下的含氧量的设定值对照，如偏离预定设定值，则控制相应的控制阀门稳定箱体内空气的含氧量，含氧量的设定值可以储存在单片机***的内存中，数值的比较及控制过程和方式可以通过单片机内部的控制算法程序实现，此处不再赘述。本发明通过检测对照组和实验组细胞培养皿8培养基中的溶解氧浓度来掌握细胞培养皿8中的溶解氧浓度，可以减少测量时对细胞培养皿8中的细胞生长造成的干扰，提高实验的准确性。更重要的是控制气体流动时实验舱中的湿度，以保障细胞正常生长的环境。
Claims (3)
1.一种细胞间歇缺氧实验装置，包括细胞培养箱和细胞培养皿，其特征在于:所述实验装置还设有湿度控制装置、温度控制装置、氧气气源、二氧化碳气源、氮气气源及主控制器，所述氧气气源、二氧化碳气源、氮气气源分别经过相应输气管道与细胞培养箱连接，所述输气管道中均设有控制阀门，所述主控制器控制所述湿度控制装置、温度控制装置使细胞培养箱内处于恒温、恒湿状态，并控制阀门使细胞培养箱内氧气含量在高低两个状态之间周期性变化；所述湿度控制装置包括设置在所述箱体内腔下部的蓄水盘，所述蓄水盘下方设有加热器，所述蓄水盘上方与实验培养皿之间设有隔板将所述蓄水盘和细胞培养皿所在空间隔离，所述隔板上设有透气窗，对应透气窗的位置可滑动设有用于调节透气窗透气面积的闸板，并设有闸板驱动机构，所述主控制器通过控制闸板驱动机构驱动闸板滑动。
2.根据权利要求1所述的细胞间歇缺氧实验装置，其特征在于:还有一套对照组细胞实验装置，包括对照组培养皿和用于测量对照培养皿中培养基的溶解氧浓度的溶解氧测定仪，所述溶解氧测定仪检测照培养皿中的溶解氧，所述溶解氧测定仪输出与主控制器连接，主控制器控制对照组的氧气浓度保持在21%，二氧化碳浓度保持在5%。
3.根据权利要求1所述的细胞间歇缺氧实验装置，其特征在于: 所述主控制器控制箱体内二氧化碳含量为5%，氧气含量在30%和低于1%之间变化。
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