一種用於貼壁細胞超重力環境的加載裝置的製作方法
2023-06-09 02:20:01 2
專利名稱：一種用於貼壁細胞超重力環境的加載裝置的製作方法
技術領域：
本發明屬於生物力學領域，涉及ー種細胞力學加載裝置，具體地說，涉及ー種地表環境下為體外培養的貼壁細胞超重力環境的加載裝置。
背景技術：
超重力場被人們所應用已有相當長的歷史。從70年代末，科林拉姆蕭教授領導的科學小組為了應徵美國太空署關於微重力條件下太空實驗項目所提出了超重力理論，這ー理論表明微重力條件下，由於「g」趨近於零，兩相接觸過程的浮力因子Λ (pg)也趨近於零，兩相不會產生對流現象。而分子間力，如表面張力，將會起主導作用，液體團聚，相間傳遞失去兩相充分接觸的前提條件，從而導致相間質量傳遞效果很差，分離無法進行；反之，「g」越大，△ (Pg)也越大，流體相對滑動速度也越大。巨大的剪切應カ克服了表面張力，可使液體產生巨大的相際接觸界面，從而極大地強化傳質過程。發明專利CN1438067A中公開了ー種具有新型轉子結構的旋轉床超重力裝置，這種應用於化學工程生產領域的超重力裝置，是為了精餾分離而設計，其作用對象為待分離物質，通過更高超重力水平達到更好的傳質效果。該發明專利中指的超重力機無需考慮被超重物質的承受能力，同時轉子角度固定，被超重物體在超重過程中受到轉子給的切向上的力；同吋，由於其很高的超重力水平，可以忽略地表Ig的正常重力幹擾。這種超重力裝置不能應用於細胞生物學的科學實驗中，因為其超高的超重力水平，細胞無法承受而死亡；這種超重力裝置在結構上也沒有配備搭載細胞的設備。現有公開文獻「人用離心機的發展現狀及趨勢」(《載人航天信息》2001年第4期42 47頁)一文，提出了一種人用超重力設備，用於需要在超重力環境下工作的人員訓練的超重力機，其特點是超重力機水平旋轉，轉子搭載有吊籃，可為動態吊籃或者靜態吊籃，超重力水平低，水平旋轉是由於超重力水平不高，需要考慮地表Ig重力的矢量疊加問題，以此保證超重力水平的穩定性。這種超重力裝置體積大，佔地面積大，明顯不適用於細胞生物學實驗，亦不能實現一臺超重力裝置同時進行兩個超重力水平的對比使用。
發明內容
為了避免現有技術存在的不足，克服其結構複雜，體積較大，超重力裝置不能同時實現兩個超重力水平的對比實驗。本發明提出ー種用於貼壁細胞超重力環境的加載裝置，目的在於研究不同超重力場下對貼壁細胞的作用，合理優化加載裝置的結構，可同時為兩個不同位置提供不同的超重力場環境進行對比實驗；具有結構簡單，操作方便，可靠穩定的特點，能很好的為超重力場下的細胞試驗提供平臺。本發明解決其技術問題所採用的技術方案是包括轉臂、轉軸、電機、底座、防護 罩、單片計算機，所述底座為其它各部件提供支撐；固定在底座中心部位上的電機的輸出軸通過聯軸器與轉軸連接，轉軸和連接器配合連接，轉臂固定在連接器上；單片計算機為控制單元連接在底座上；防護罩將底座和固定在底座中心部位上的電機、轉軸、轉臂及吊籃罩在防護罩內。
所述連接器為「梅花」形多弧面的柱狀體，沿各弧面中心部位豎直方向有燕尾形卡槽，卡槽上寬下窄，每ー個弧面對應連接一個轉臂，轉臂沿連接器周向對稱形式分布；連接器中心位置設置有與轉軸配合連接的螺紋孔。旋轉固定於轉軸上，旋轉固定方向與轉軸轉動方向一致，保證在旋轉過程中轉子不會鬆動。所述轉臂包括主轉臂、副轉臂，位置感應裝置，滑動調節固定螺釘，吊籃固定螺栓、燕尾形榫，所述主轉臂為筒形長方體，一端為內凹弧面，弧面中心豎直方向設置有燕尾形榫，與連接器上弧面中心部位的燕尾形卡槽固定連接，主轉臂中間部分鏤空為長方形的主吊籃區，吊籃固定螺栓橫向安裝在主吊籃區兩側；吊籃繞吊籃固定螺栓自由擺動；主吊籃與轉軸之間的距離固定，在轉速不變時，主吊籃的超重力水平是不變的。主吊籃處可以實現2g 5g的超重力水平。所述副轉臂亦為筒形長方體，副轉臂的一端嵌套在主轉臂的另一端筒體上，位置感應裝置安裝在副轉臂筒體內側，副轉臂沿主轉臂筒體兩側滑軌可伸縮滑動，主轉臂與副轉臂相連部位設置有滑動調節固定螺釘，在滑動調節副轉臂位置後旋緊滑動調節固定螺釘；副轉臂的另一端呈「凹」字形，凹空部位為搭載細胞的副吊籃區，吊籃固定螺栓橫向安裝在副吊籃區兩側，副吊籃繞吊籃固定螺栓自由擺動；副轉臂可伸長或者縮短，調節副吊籃到轉軸之間的距離，以調節副吊籃處的超重力水平。所述位置感應裝置安裝在副轉臂筒體內側，其本質是ー個滑動變阻器，副轉臂滑動的同時改變電流的大小，電流大小可以定位副轉臂滑動的位置。所述副轉臂最大伸縮長度為主轉臂長度的一倍，最小伸縮長度為主轉臂長度的1/5。所以副吊籃處可以實現2. 4g IOg的超重力水平。所述轉臂沿連接器周向對稱分布不少於2個。單片計算機為控制單元，通過輸入主吊籃處的重力水平值^^&)，單片計算機計算出轉子以需定的轉速n(r/min)旋轉；計算方法為先通過矢量疊加原理算出水平方向上
P
的超重力N水平N水平，N _ [77i—.再通過公式M =—i = 1.119xlO_5n2R主計算出轉
N水平-主-1;N水平 g
速n (r/min)，同吋，單片計算機通過比例的方法計算輸出副吊籃處的重力水平Nffl (g)，單片計算機首先得到副轉臂伸縮的位置R ，再通Mn副=#主ザ，計算出副吊籃處的重力水平
κ主
Nbj (g)，其中ω為角速度，R主為主吊籃到轉軸的長度，g為重力加速度，R副為副吊籃到轉軸的距離。有益效果本發明用於貼壁細胞超重力環境的加載裝置，目的在於研究不同超重力場下對貼壁細胞的作用，合理優化加載裝置的結構形式，可同時為兩個不同位置提供不同的超重力場環境進行對比實驗；並且由於其體積小的特點，可將除了單片計算機以外的設備放入細胞培養箱中，保證其體外培養的貼壁細胞PH及溫度的恆定；為體外培養的貼壁細胞提供穩定的超重力加載裝置。加載裝置具有結構簡單，易於操作，可靠穩定的特點，能很好的為超重力場下的細胞試驗提供平臺。提高其實驗效率和可靠性。
下面結合附圖和實施方式對本發明ー種用於貼壁細胞超重力環境的加載裝置作進ー步詳細描述。圖I為本發明貼壁細胞超重力環境的加載裝置的主轉臂、副轉臂示意圖。圖2為本發明貼壁細胞超重力加載裝置的轉臂、連接器示意圖。圖3為本發明貼壁細胞超重力加載裝置示意圖。圖中I.副轉臂2.主轉臂3.燕尾形榫4.主吊籃區5.位置感應裝置6.副吊籃區7.連接器8.轉軸9.防護罩10.轉臂11.滑動調節固定螺釘12.吊籃固定螺栓13.電機14.底座15.單片計算機16.連接線
具體實施例方式本實施例是ー種用於貼壁細胞超重力環境的加載裝置，可為體外培養的細胞提供2g IOg的超重力水平。參閱圖I、圖2、圖3，本發明是ー種為體外培養的貼壁細胞提供穩定的超重力加載裝置。包括副轉臂I、主轉臂2、燕尾形榫3、主吊籃區4、位置感應裝置5、副吊籃區6、連接器7、轉軸8、防護罩9、轉臂10、滑動調節固定螺釘11、吊籃固定螺栓12、電機13、底座14、單片計算機15、連接線16組成。底座14為其它各部件提供支撐；固定在底座14中心部位上的電機13的輸出軸通過聯軸器與轉軸8連接；轉軸8和連接器7配合連接；轉臂10固定在連接器7上，單片計算機15為控制單元通過連接線16連接在底座14上，控制電機13的轉速；底座14為圓盤狀，直徑略小於防護罩9的直徑，防護罩將底座和固定在底座中心部位上的電機、轉軸、轉臂及搭載細胞的吊籃罩在防護罩內；連接器7為「梅花」形多弧面的柱狀體，沿各弧面中心部位豎直方向有燕尾形卡槽，燕尾形卡槽上寬下部略窄；連接器7中心設有螺孔與轉軸8連接。轉臂10包括主轉臂2、副轉臂1，位置感應裝置5，滑動調節固定螺釘11，吊籃固定螺栓12、燕尾形榫3，主轉臂2為筒形長方體，一端為內凹弧面，弧面中心豎直方向設置有燕尾形榫3，與連接器7上弧面中心部位的燕尾形卡槽固定連接，主轉臂2中間部分鏤空為長方形的主吊籃區4，吊籃固定螺栓12橫向安裝在主吊籃區4兩側，吊籃繞吊籃固定螺栓12自由擺動，但不能左右移動；副轉臂I亦為筒形長方體，副轉臂I的一端嵌套在主轉臂2的另一端筒體上，位置感應裝置5安裝在副轉臂I筒體內側，副轉臂I沿主轉臂2筒體兩側滑軌可伸縮滑動，調節距離；主轉臂2與副轉臂I相連部位設置有滑動調節固定螺釘11，在滑動調節副轉臂I位置後旋緊滑動調節固定螺釘11 ;副轉臂I的另一端呈「凹」字形，凹空部位為搭載細胞的副吊籃區6，吊籃固定螺栓12橫向安裝在副吊籃區6兩側，副吊籃繞吊籃固定螺栓12在副吊籃區6內自由擺動，但不能左右移動。位置感應裝置5安裝在副轉臂I筒體內側，其本質是ー個滑動變阻器，副轉臂I滑動的同時改變電流的大小，電流大小可以定位副轉臂I滑動的位置，從而確定副吊籃區6處的超重力水平。 副轉臂I最大伸縮長度為主轉臂2長度的一倍，最小伸縮長度為主轉臂2長度的1/5。所以副吊籃處可以實現2. 4g IOg的超重力水平。轉臂10沿連接器7周向對稱分布不少於2個，保證旋轉時轉臂10水平。轉軸8為本發明裝置的傳動設備，電機13通電後勻速轉動通過聯軸器帶動轉軸8轉動，轉臂10隨之水平旋轉，實現超重力。操作過程首先將單片計算機15與固定安裝在底座14中心部位上的電機13通過連接線16連接，固定在底 座14中心部位上的電機13的輸出軸通過聯軸器與轉軸8連接；轉軸8和連接器7通過螺紋配合連接；轉臂10上的燕尾形榫3與連接器7上弧面中心部位的燕尾形槽配合固定連接；先搭載主轉臂2上的吊籃，通過吊籃固定螺栓12將吊籃搭載在主轉臂2的主吊籃區4內。隨後調節副轉臂I到需要的位置，通過滑動調節固定螺釘11固定副轉臂I ;再吊籃通過吊籃固定螺栓12搭載在副吊籃區6內。吊籃用於搭載體外培養的貼壁細胞，細胞在培養皿中，放入吊籃即可。搭載細胞後，罩上防護罩9即可實驗。吊籃處的超重力水平連續可調。最後，在單片計算機15上輸入主吊籃區4位置處的超重力值N± (g)，同時單片計算機15輸出工作時的轉軸8的轉速n(r/min)和副吊籃區6位置處的超重力值 ')· (g),即完成操作。計算過程為先通過矢量疊加原理算出水平方向上的超重力水平N水平，N水平=·^Nl-I ;再
通過公式N水平=& = L119xl0-5n2R±#算出轉速n (r/min)；最後通過比例，Nffl = A^xM來計算出副吊籃處的重力水平Nge (g)，其中w為角速度，R主為主
吊籃到轉軸的長度，Rffl是副吊籃到轉軸的距離，g為重力加速度。本發明ー種用於貼壁細胞超重力環境的加載裝置的超重力水平在IOg範圍內，通過鋼化塑料材質的防護罩9可將除單片計算機15以外的裝置罩住，保障安全。
權利要求
1.ー種用於貼壁細胞超重力環境的加載裝置，其特徵在於包括轉臂、轉軸、電機、底座、防護罩、單片計算機， 所述底座為其它各部件提供支撐； 固定在底座中心部位上的電機的輸出軸通過聯軸器與轉軸連接，轉軸和連接器配合連接，轉臂固定在連接器上；單片計算機為控制單元連接在底座上；防護罩將底座上固定的電機、轉軸、轉臂及吊籃罩在防護罩內； 所述連接器為「梅花」形多弧面的柱狀體，沿各弧面中心部位豎直方向有燕尾形卡槽，卡槽上寬下窄，連接器中心設有螺孔； 所述轉臂包括主轉臂、副轉臂，位置感應裝置，滑動調節固定螺釘，吊籃固定螺栓、燕尾形榫，所述主轉臂為筒形長方體，一端為內凹弧面，弧面中心豎直方向設置有燕尾形榫，與連接器上弧面中心部位的燕尾形卡槽固定連接，主轉臂中間部分鏤空為長方形的主吊籃區，吊籃固定螺栓橫向安裝在主吊籃區兩側；所述副轉臂亦為筒形長方體，副轉臂的一端嵌套在主轉臂的另一端筒體上，位置感應裝置安裝在副轉臂筒體內側，副轉臂沿主轉臂筒體兩側滑軌可伸縮滑動，主轉臂與副轉臂相連部位設置有滑動調節固定螺釘，在滑動調節副轉臂位置後旋緊滑動調節固定螺釘；副轉臂的另一端呈「凹」字形，凹空部位為搭載細胞的副吊籃區，吊籃固定螺栓橫向安裝在副吊籃區兩側。
2.根據權利要求I所述的用於貼壁細胞超重力環境的加載裝置，其特徵在於所述副轉臂最大伸縮長度為主轉臂長度的一倍，最小伸縮長度為主轉臂長度的1/5。
3.根據權利要求I所述的用於貼壁細胞超重力環境的加載裝置，其特徵在於所述轉臂沿連接器周向對稱分布不少於2個。
全文摘要
本發明公開了一種用於貼壁細胞超重力環境的加載裝置，包括轉臂、轉軸、電機、底座、防護罩、單片計算機組成，固定在底座中心部位上的電機的輸出軸通過聯軸器與轉軸連接，轉軸和連接器配合連接，轉臂固定在連接器上；單片計算機為控制單元連接在底座上；將底座、電機、轉軸、轉臂及吊籃罩在防護罩內。本發明結構簡單，易於操作，能很好的為超重力場下的細胞試驗提供平臺；可同時為兩個不同位置提供不同的超重力場環境進行對比實驗；並且由於其體積小的特點，可將除了單片計算機以外的設備放入細胞培養箱中，保證其體外培養的貼壁細胞pH及溫度的恆定；為體外培養的貼壁細胞提供可靠穩定的超重力加載裝置。
文檔編號C12M1/00GK102643740SQ201210118100
公開日2012年8月22日 申請日期2012年4月19日 優先權日2012年4月19日
發明者商澎, 李亞楠, 李京寶, 楊憲園, 王亮, 王蒙, 騫愛榮 申請人:西北工業大學