CN113862149A - 摆振一体式细胞力学加载装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种摆振一体式细胞力学加载装置，该装置集摆动和振动一体，能够为细胞培养皿提供准确的加载数据。该加载装置包括：振支撑底座、箱体、振动驱动机构、载皿机构和旋转驱动机构；支撑底座用于支撑箱体和旋转驱动机构；载皿机构用于放置细胞培养皿，载皿机构设置在箱体内部；振动驱动机构用于驱动载皿机构在箱体内部沿垂直于箱体底面的方向上下振动；旋转驱动机构直接与箱体相连，用于驱动箱体左右摆动。

Description

摆振一体式细胞力学加载装置
技术领域
本发明涉及一种加载装置，具体涉及一种细胞力学加载装置，属于细胞力学培养技术领域。
背景技术
影响胚胎发育的运动和刺激源包括输卵管流体流动产生的剪切应力、蠕动输卵管壁运动产生的压缩、胚胎和纤毛之间的浮力和动摩擦力。体内机械力学刺激被认为可以诱导细胞间的交流，通过加速胚胎周围的液体发挥有益的作用，并消化胚胎排出的代谢物。小鼠胚胎培养过程中的微振动刺激对发育率有积极影响。模拟体内机械力的微振动胚胎培养方法将是提高体外受精治疗质量的有效途径。
目前已有的方法是倾斜机和微型振动器来模拟体内的力学刺激。倾斜机是将细胞培养皿放置在转动轴上，转动轴连接电机，通过电机带动培养皿进行一定角度、频率的周期性摆动，从而达到模拟细胞流体剪切力的作用。微型振动器是通过传动振动弹簧来进行振动，从而模拟胚胎细胞受到的振荡力。
上述现有的干细胞培养装置主要有以下几个缺点：
(1)不能同时满足振动和摆动的要求；且由于要求振动的方向时刻要与旋转的时候垂直，振动和摆动采用独立结构装配，会带来误差，影响加载数据的准确性。
(2)整个装置要放入细胞培养箱中进行工作，传统的振动仪尺寸普遍较大，且价格昂贵。
(3)独立的旋转结构与振动结构装配的时候会有能量损耗和摩擦误差的问题，导致加载数据不准确。
发明内容
本发明的目的是：针对现有技术的不足，提供一种摆振一体式细胞力学加载装置，该装置集摆动和振动一体，能够为细胞培养皿提供准确的加载数据。
本发明的技术方案是：一种摆振一体式细胞力学加载装置，包括：支撑底座、箱体、振动驱动机构、载皿机构和旋转驱动机构；
所述支撑底座用于支撑箱体和旋转驱动机构；
所述载皿机构位于所述箱体内部，用于放置细胞培养皿；
所述振动驱动机构用于驱动所述载皿机构在所述箱体内部沿垂直于所述箱体底面的方向上下振动；
所述旋转驱动机构直接与所述箱体相连，用于驱动所述箱体及所述载皿机构整体左右摆动。
作为本发明的一种优选方式，所述振动驱动机构包括：旋转电机B、连接杆和转盘；
所述旋转电机B固定在所述箱体内部，所述旋转电机B的动力输出端与所述转盘相连，所述转盘通过连接杆与所述载皿机构相连；
所述转盘上连接杆的连接孔为偏心孔，当所述旋转电机B带动所述转盘绕其自身轴线转动时，所述转盘通过连接杆带动所述载皿机构在所述箱体内上下移动以实现振动。
作为本发明的一种优选方式，所述箱体内侧面上设置有滑轨；所述载皿机构通过滚轮与所述滑轨滑动配合，当所述载皿机构在所述箱体内上下振动时，所述滑轮在箱体内侧的滑轨上滑动。
作为本发明的一种优选方式，所述载皿机构包括：细胞培养皿载板和细胞培养皿；
所述细胞培养皿载板上放置一个以上细胞培养皿；
所述细胞培养皿用于放置培养细胞；
所述振动驱动机构驱动所述细胞培养皿载板在所述箱体内上下振动。
作为本发明的一种优选方式，每个所述细胞培养皿上盖装细胞培养皿盖板；所述细胞培养皿盖板固定在所述细胞培养皿载板上。
作为本发明的一种优选方式，所述细胞培养皿载板上每个培养皿槽的外圆周分布有两个以上培养皿挡板，所述培养皿挡板对细胞培养皿定位后，通过顶销将所述细胞培养皿盖板与培养皿挡板固接。
作为本发明的一种优选方式，所述旋转驱动机构包括：旋转电机A；所述箱体的两相对侧中，一侧与所述旋转电机A的动力输出端相连，另一端通过轴承支撑在所述箱体上，通过所述旋转电机A的往复转动带动所述箱体整体往复摆动。
作为本发明的一种优选方式，所述细胞培养皿载板上设置两个以上分段式培养皿槽，每个培养皿槽上方放置一个细胞培养皿。
作为本发明的一种优选方式，所述培养皿槽为通槽。
作为本发明的一种优选方式，通过调整所述转盘上连接杆的连接孔到所述转盘圆心的距离，调节所述载皿机构的振幅。
有益效果：
(1)该加载装置将振动和摆动功能一体化，减少独立结构装配所带来的误差，通过转盘带动培养皿载板上下滑达到振动功能，振动时细胞培养皿载板的滑动方向始终垂直于箱体底面，保证了培养皿在旋转(即摆动)过程中受到的振动方向始终与旋转方向垂直。
(2)功能可调：该加载装置可以使细胞培养皿具有三种模式的载荷加载：旋转、振动以及旋转加振动。
(3)具备可调性：目前市面上存在的振动装置，小尺寸的不能控制振幅，大尺寸的体积太大，本发明仅需调节连接杆与转盘连接处到转盘圆心距离，即可调节细胞培养皿载板的振幅，且振动幅值可测，通过转盘与连接杆的位置距离能够精确测出振动的幅值大小。
(4)成本低：采用转盘带动细胞培养皿载板往复滑动的形式代替了复杂的振幅可调振动结构，大大节约了成本。
附图说明
图1为本发明细胞力学加载装置***示意图；
图2为本发明细胞力学加载装置组装示意图。
图中：1-支撑底座；2-旋转电机A；3-箱体；4-顶销；5-细胞培养皿载板；6-细胞培养皿盖板；7-细胞培养皿；8-滚轮；9-连接杆；10-转盘。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明做进一步的详细说明。
基于胚胎细胞所处的力学环境，本实施例提供一种摆振一体式细胞力学加载装置，用于研究胚胎干细胞受力学调节的发育质量，该装置集摆动和振动一体，且振幅精准可测。
如图1和图2所示，该细胞力学加载装置包括：支撑底座1、箱体3、振动驱动机构、载皿机构和旋转驱动机构。
其中载皿机构包括：细胞培养皿载板5、细胞培养皿盖板6和细胞培养皿7；箱体3为顶部开口的长方体，箱体3四个内侧面上均设置有滑轨；细胞培养皿载板5四条侧边上均设置有与滑轨滑动配合的滚轮8，由此通过滚轮8与滑轨的滑动配合为细胞培养皿载板5在箱体3内的上下滑动起导向作用，同时减少摩擦；细胞培养皿载板5在箱体3内的上下滑动即实现了垂直与箱体3底面方向的振动。
细胞培养皿载板5用于放置细胞培养皿7，细胞培养皿载板5上设置有四个分段式的培养皿槽(即培养皿槽各自独立设置，四个培养皿槽在细胞培养皿载板5上呈矩形分布)；培养皿槽上方放置细胞培养皿7(即细胞培养皿7的直径大于培养皿槽的直径)。培养皿槽采取四节段式，利于给细胞培养皿7通风；培养皿槽为通槽，即培养皿槽的表面被挖空，目的是能够从箱体3内部观察细胞培养情况。细胞培养皿载板5四条侧边的中部连接滚轮8。
细胞培养皿7用于放置培养细胞；为防止细胞培养皿7在振动过程中脱离细胞培养皿载板5，在每个细胞培养皿7上盖装有细胞培养皿盖板6，细胞培养皿盖板6通过顶销4固定在细胞培养皿载板5上。具体的：在细胞培养皿载板5上每个培养皿槽的外圆周均匀间隔分布有四个培养皿挡板，每个培养皿挡板上设置有螺纹孔，通过培养皿挡板对细胞培养皿7定位后，通过顶销4将盖装在细胞培养皿7上细胞培养皿盖板6与培养皿挡板固接。
旋转驱动机构用于带动箱体3往复性的旋转(即带动箱体左右摆动)。旋转驱动机构采用旋转电机A2；箱体3的前后两侧分别与旋转电机A2和支撑底座1的连接，由此通过旋转电机A2的往复转动带动箱体3整体往复转动。具体为：在箱体3前板中间位置设置有用于和连接套相连的六边形的长槽，连接套一端通过六边形插销与箱体3相连，另一端与旋转电机A2的动力输出端相连，箱体3后板通过轴承支撑在支撑底座1上；由此当旋转电机A2转动时，能够带动箱体3整体绕旋转电机A2的轴线转动，即实现箱体3的左右摆动，进而实现箱体3内载皿机构的左右摆动。
支撑底座1用于支撑旋转电机A2和箱体3；支撑底座1一侧为凹槽状，用于放置旋转电机A；另一侧用于支撑箱体3。
振动驱动机构包括：旋转电机B、连接杆9和转盘10；其中旋转电机B固定在箱体3内部，旋转电机B的动力输出端与转盘10相连，转盘10通过连接杆9与细胞培养皿载板5相连。连接杆9与转盘10的连接处为转盘10的非圆心处，即转盘10上连接杆9的连接孔为偏心孔。由此当旋转电机B带动转盘10转动时，转盘10能够通过连接杆9带动细胞培养皿载板5上下滑动以达到振动的效果。细胞培养皿载板5滑动位移大小为转盘10与连接杆9连接处到转盘10圆心距离的两倍。细胞培养皿载板5上下滑动时，细胞培养皿载板5上滑轮8在箱体内侧的滑轨上滑动，能够达到减少滑动摩擦力的效果。
该加载装置可以使细胞培养皿7具有三种模式的载荷加载：(1)单旋转；(2)单振动；(3)旋转加振动；采用该加载装置对细胞培养皿7进行加载的具体步骤为：
首先将细胞培养皿7放置在可旋转载皿装置5的培养皿槽内；然后在细胞培养皿7上盖装细胞培养皿盖板6，并通过顶销4固定细胞培养皿盖板6。
单旋转加载模式：启动旋转电机A2，旋转电机A2带动箱体3转动，实现载皿机构和旋转驱动机构的整体左右摆动。
单振动加载模式：启动旋转电机B，转盘10转动，进而通过连接杆9带动细胞培养皿载板5沿箱体3上的滑轨上下滑动以实现对细胞培养皿7的振动加载。
旋转加振动加载模式：同时启动旋转电机A2和旋转电机B。
通过连接杆9在转盘10上的连接位，即调整连接杆9与转盘10连接处到转盘10圆心距离，即可调节细胞培养皿载板5的振幅。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (10)

1.摆振一体式细胞力学加载装置，其特征在于，包括：支撑底座(1)、箱体(3)、振动驱动机构、载皿机构和旋转驱动机构；
所述支撑底座(1)用于支撑箱体(3)和旋转驱动机构；
所述载皿机构位于所述箱体(3)内部，用于放置细胞培养皿(7)；
所述振动驱动机构用于驱动所述载皿机构在所述箱体(3)内部沿垂直于所述箱体(3)底面的方向上下振动；
所述旋转驱动机构直接与所述箱体(3)相连，用于驱动所述箱体(3)及所述载皿机构整体左右摆动。
2.如权利要求1所述的摆振一体式细胞力学加载装置，其特征在于，所述振动驱动机构包括：旋转电机B、连接杆(9)和转盘(10)；
所述旋转电机B固定在所述箱体(3)内部，所述旋转电机B的动力输出端与所述转盘(10)相连，所述转盘(10)通过连接杆(9)与所述载皿机构相连；
所述转盘(10)上连接杆(9)的连接孔为偏心孔，当所述旋转电机B带动所述转盘(10)绕其自身轴线转动时，所述转盘(10)通过连接杆(9)带动所述载皿机构在所述箱体(3)内上下移动以实现振动。
3.如权利要求1或2所述的摆振一体式细胞力学加载装置，其特征在于，所述箱体(3)内侧面上设置有滑轨；所述载皿机构通过滚轮(8)与所述滑轨滑动配合，当所述载皿机构在所述箱体(3)内上下振动时，所述滑轮(8)在箱体(3)内侧的滑轨上滑动。
4.如权利要求1或2所述的摆振一体式细胞力学加载装置，其特征在于，所述载皿机构包括：细胞培养皿载板(5)和细胞培养皿(7)；
所述细胞培养皿载板(5)上放置一个以上细胞培养皿(7)；
所述细胞培养皿(7)用于放置培养细胞；
所述振动驱动机构驱动所述细胞培养皿载板(5)在所述箱体(3)内上下振动。
5.如权利要求4所述的摆振一体式细胞力学加载装置，其特征在于，每个所述细胞培养皿(7)上盖装细胞培养皿盖板(6)；所述细胞培养皿盖板(6)固定在所述细胞培养皿载板(5)上。
6.如权利要求5所述的摆振一体式细胞力学加载装置，其特征在于，所述细胞培养皿载板(5)上每个培养皿槽的外圆周分布有两个以上培养皿挡板，所述培养皿挡板对细胞培养皿(7)定位后，通过顶销(4)将所述细胞培养皿盖板(6)与培养皿挡板固接。
7.如权利要求1或2所述的摆振一体式细胞力学加载装置，其特征在于，所述旋转驱动机构包括：旋转电机A(2)；所述箱体(3)的两相对侧中，一侧与所述旋转电机A(2)的动力输出端相连，另一端通过轴承支撑在所述箱体(3)上，通过所述旋转电机A(2)的往复转动带动所述箱体(3)整体往复摆动。
8.如权利要求4所述的摆振一体式细胞力学加载装置，其特征在于，所述细胞培养皿载板(5)上设置两个以上分段式培养皿槽，每个培养皿槽上方放置一个细胞培养皿(7)。
9.如权利要求8所述的摆振一体式细胞力学加载装置，其特征在于，所述培养皿槽为通槽。
10.如权利要求2所述的摆振一体式细胞力学加载装置，其特征在于，通过调整所述转盘(10)上连接杆(9)的连接孔到所述转盘(10)圆心的距离，调节所述载皿机构的振幅。
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