CN201908092U - 周期性细胞压缩牵张装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型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。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种周期性细胞压缩牵张装置。
背景技术
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年由周征等人发明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。
实用新型内容
本实用新型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，本实用新型所提供的技术方案是：
本实用新型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。
本实用新型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)。
本实用新型的优点：本实用新型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：
下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细说明。
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为细胞在本实用新型的弹性薄膜上进行牵张和受到牵张力的示意图；
图3B为细胞在本实用新型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为本实用新型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，本实用新型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(5)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(12)外部套设固定环(13)，所述细胞培养皿(11)与透明弹性薄膜(12)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，0-1mm，……，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匀受力。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％＝1000microstrain)
二、顶杆位移与细胞受力关系
任意取3片弹性膜片，使用电子万能实验仪(Instron 3367，USA)对其测试，3片弹性膜片在弹性形变范围内的应力-应变曲线均呈斜率一致的直线。
再根据上述顶杆位移与膜片形变关系即可换算出顶杆位移与细胞受力关系，如表2。
表2顶杆位移与细胞受力关系
实施例2
为了模拟正畸临床中，受力牙齿一侧牙槽骨内细胞被牵张，另一侧牙槽骨内细胞被压缩，本实验中采用SC100微电脑控制细胞周期性加力装置对培养皿中的成骨细胞进行压缩或者牵张，具体加力方式如下：
a)对照组：未加力细胞
b)实验组1：细胞受持续压缩力800microstrain一小时，力值加大1600microstrain一小时，3400microstrain，5200microstrain一小时，7000microstrain一小时。
c)实验组2：细胞受持续牵张力800microstrain一小时，力值加大1600microstrain一小时，3400microstrain，5200microstrain一小时，7000microstrain一小时。
根据细胞加力方式编制SC100微电脑指令如下：
实验组1：下述程序指令顶杆瞬时上升1mm。
00 lspeed 800
01 aspeed 5000
02 hspeed 164
03 p-move-82
04 c-done
05 end
实验组2：下述程序指令顶杆瞬时下降1mm。
00 lspeed 800
01 aspeed 5000
02 hspeed 164
03 p-move 82
04 c-done
05 end
细胞受持续增大的压缩力和牵张力5h后，通过激光共聚焦显微镜下观察发现，不同实验组细胞形态及骨架改变存在明显差异，表明成骨细胞接收机械信号后，可以辨别不同机械信号的差异。在受牵张组，细胞形态较受力前纤长，细胞内微丝形态更为清楚明显，排列呈被牵直状态；细胞受持续增大的压缩力5h后，细胞形态较受力前皱缩，细胞内微丝模糊，排列紊乱不清。成骨细胞在相同实验条件下受到牵张和压缩力后，细胞骨架的改建存在着明显差异。
显然，本实用新型的上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无法对所有的实施方式予以穷举。凡是属于本实用新型的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型的保护范围之列。
Claims (10)
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。
2.根据权利要求1所述的周期性细胞压缩牵张装置，其特征在于，所述细胞培养皿(1)包括去除底面的细胞培养皿体(11)、透明弹性薄膜(12)和固定环(13)，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(12)外部套设固定环(13)。
3.根据权利要求1或2所述的周期性细胞压缩牵张装置，其特征在于，所述细胞培养皿体(11)与透明弹性薄膜(12)结合处设有垫环(14)。
4.根据权利要求3所述的周期性细胞压缩牵张装置，其特征在于，所述透明弹性薄膜为橡胶薄膜。
5.根据权利要求3所述的周期性细胞压缩牵张装置，其特征在于，所述透明弹性薄膜的厚度为0.2mm～0.5mm。
6.根据权利要求3所述的周期性细胞压缩牵张装置，其特征在于，所述支撑架(2)的上层板(21)的下方设有下层板(22)，所述直线步进电机(4)固定于该下层板(22)上。
7.根据权利要求1或2任一权利要求所述的周期性细胞压缩牵张装置，其特征在于，该装置还包括与直线步进电机(4)相连的控制器(5)。
8.根据权利要求7所述的周期性细胞压缩牵张装置，其特征在于，所述控制器为微电脑运动控制器。
9.根据权利要求3所述的周期性细胞压缩牵张装置，其特征在于，该装置还包括与直线步进电机(4)相连的控制器(5)。
10.根据权利要求9所述的周期性细胞压缩牵张装置，其特征在于，所述控制器为微电脑运动控制器。
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Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110438004A (zh) * | 2019-09-04 | 2019-11-12 | 北京航空航天大学 | 一种同时施加静态牵张力和流动剪切力的平板流动腔 |
| CN110577895A (zh) * | 2019-10-14 | 2019-12-17 | 东华大学 | 一种模拟体内动态环境的动态细胞培养方法及培养装置 |
| CN111117883A (zh) * | 2019-03-28 | 2020-05-08 | 北京茵维德生物科技有限公司 | 生物智能细胞动态培养*** |
| CN111545258A (zh) * | 2020-04-26 | 2020-08-18 | 复旦大学 | 一种可提供压缩形变的微流控芯片及其制备方法与应用 |
| CN111718835A (zh) * | 2020-06-12 | 2020-09-29 | 西安工业大学 | 一种细胞组织力学模拟装置 |
| JP2021052659A (ja) * | 2019-09-30 | 2021-04-08 | テルモ株式会社 | 凸部を有するシート状細胞培養物の処理のための容器 |
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Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111117883A (zh) * | 2019-03-28 | 2020-05-08 | 北京茵维德生物科技有限公司 | 生物智能细胞动态培养*** |
| CN111117883B (zh) * | 2019-03-28 | 2020-12-25 | 北京茵维德生物科技有限公司 | 生物智能细胞动态培养*** |
| CN110438004A (zh) * | 2019-09-04 | 2019-11-12 | 北京航空航天大学 | 一种同时施加静态牵张力和流动剪切力的平板流动腔 |
| JP2021052659A (ja) * | 2019-09-30 | 2021-04-08 | テルモ株式会社 | 凸部を有するシート状細胞培養物の処理のための容器 |
| JP7330044B2 (ja) | 2019-09-30 | 2023-08-21 | テルモ株式会社 | 凸部を有するシート状細胞培養物の処理のための容器 |
| CN110577895A (zh) * | 2019-10-14 | 2019-12-17 | 东华大学 | 一种模拟体内动态环境的动态细胞培养方法及培养装置 |
| CN111545258A (zh) * | 2020-04-26 | 2020-08-18 | 复旦大学 | 一种可提供压缩形变的微流控芯片及其制备方法与应用 |
| CN111718835A (zh) * | 2020-06-12 | 2020-09-29 | 西安工业大学 | 一种细胞组织力学模拟装置 |
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