[发明专利]模拟体内力-电微环境的动态细胞培养方法和培养装置

权利要求书

1.模拟体内力-电微环境的动态细胞培养方法，其特征是：在体外将细胞种植在柔性基材上进行培养，并在培养过程中对柔性基材施加循环动态载荷和循环动态电场，以实现模拟体内力-电微环境的动态细胞培养方法；

循环动态载荷和循环动态电场的施加频率为f，循环动态载荷的施加方向为D_F，具体为平行或垂直于柔性基材的方向，循环动态电场的施加方向为平行于柔性基材的方向；

循环动态载荷和循环动态电场的起始时间和频率保持一致；

各循环周期内，载荷先随时间逐渐增大，至达到最大值后维持一定时间，再随时间逐渐减小；

柔性基材的形变率与载荷同步变化，先由a线性增大至b，稳定一段时间后，再由b线性减小至a；

b＝b₁/b₀*100％，b₁为柔性基材沿D_F的最大位移，D_F为平行于柔性基材的方向时，b₀为柔性基材被夹持的两端之间的初始距离；D_F为垂直于柔性基材的方向时，b₀为柔性基材未受到循环动态载荷时的初始等效圆直径，等效圆为周长等于柔性基材边长的圆；

各循环周期内，电场的施加时间占总时间的百分比为D，电场强度为E；

所述动态细胞培养方法采用动态细胞培养装置进行，所述动态细胞培养装置包括细胞培养室、用于夹持柔性基材并对柔性基材施加载荷的夹头、用于对柔性基材施加载荷的压头、用于带动夹头沿平行于柔性基材的方向作往复运动的机构I、用于带动压头沿垂直于柔性基材的方向作往复运动的机构II以及用于对柔性基材施加方向平行于柔性基材的电场的电刺激装置，夹头和压头位于细胞培养室内；

电刺激装置主要由通过导线相互连接的信号发生器、数字万用表和金属电极组成，金属电极设置在夹头上，夹头由绝缘材料制成；

夹头的工作面上设有多道沟槽，金属电极设置在中间沟槽内。

2.根据权利要求1所述的模拟体内力-电微环境的动态细胞培养方法，其特征在于，所述体内力-电微环境为人心肌运动时心肌处细胞力-电微环境，f的取值范围为0.5～2Hz，D_F为垂直于柔性基材的方向，a为0％，b的取值范围为10％～20％，D的取值范围为0.1％～40.0％，E的取值范围为5～500mV/mm；

或者，所述体内力-电微环境为人成骨过程中成骨处细胞力-电微环境，f的取值范围为2～30Hz，D_F为垂直于柔性基材的方向，a为0％，b的取值范围为1％～15％，D的取值范围为5.0％～40.0％，E的取值范围为0.01～10mV/mm；

或者，所述体内力-电微环境为人神经细胞力-电微环境，f的取值范围为0.1～200Hz，D_F为平行于柔性基材的方向，a为0％，b的取值范围为1％～5％，D的取值范围为10％～90％，E的取值范围为0.5～100mV/mm；

或者，所述体内力-电微环境为人视网膜细胞力-电微环境，f的取值范围为0.05～1Hz，D_F为平行于柔性基材的方向，a为0％，b的取值范围为1％～3％，D的取值范围为10.0％～50.0％，E的取值范围为50～1000mV/mm；

或者，所述体内力-电微环境为人肌腱和韧带运动时肌腱和韧带处细胞力-电微环境，f的取值范围为0.5～2Hz，D_F为平行于柔性基材的方向，a为0％，b的取值范围为4％～10％，D的取值范围为40.0％～90.0％，E的取值范围为5～500mV/mm。

3.根据权利要求1或2所述的模拟体内力-电微环境的动态细胞培养方法，其特征在于，机构I主要由驱动电机、可调圆盘、导轨、滑块和拉伸杆组成，可调圆盘的一面与驱动电机的输出轴垂直连接，另一面与导轨连接，导轨与滑块滑动连接，滑块与拉伸杆的一端连接，拉伸杆的另一端与夹头连接，拉伸杆平行于柔性基材。

4.根据权利要求3所述的模拟体内力-电微环境的动态细胞培养方法，其特征在于，滑块与拉伸杆可拆卸连接。