[发明专利]一种力-化学耦合生物学实验装置及其控制方法

说明书

本发明涉及一种力‑化学耦合生物学实验装置及其控制方法，实验装置包括：微流动模块、蠕动泵、储液器、活塞室、微调气泵、活塞、盖板、上层容纳盒、卡合固定块、薄膜。通过微调气泵推动活塞室两侧活塞周期性运动，带动弹性气囊周期性舒张，进而为细胞流动提供周期性的流体剪切力和拉伸力，使实验装置内化学物质交换情况、细胞排列、受力情况均与生物体中真实状态高度吻合；本发明的实验装置为细胞学研究提供了有力的工具，使细胞在体外培养条件下生长，有利于医务工作者在体外模拟真实的体内环境，研究各种细胞的生物学功能和作用机理；同时能够解决现有的实验装置容易漏液、漏气的技术难题，提高了实验结果的准确性及工作效率。

技术领域

本发明涉及生物医药技术领域，具体涉及一种力-化学耦合生物学实验装置及其控制方法。

背景技术

细胞在生物体内处于一个充满力学激励的环境、生物力学激励参与了胚胎发育、骨组织平衡、正常心血管系统维持等正常生理过程，而异常的生物力学激励则可能引起动脉血管硬化、骨质疏松等疾病的发生。虽然力学激励功能异常是导致上述疾病的重要因素，但其作用机理尚不清楚，而传统研究方法的局限性阻碍了相关研究进展。

细胞生物学是是以细胞为研究对象的专门研究细胞结构、功能和各种生命规律的一门科学。细胞生物学是现代生命科学的前沿分支学科之一，主要是从细胞的不同结构层次来研究细胞的生命活动的基本规律。从生命结构层次看，细胞在体环境非常复杂，受到力学、化学等许多因素的单独或共同作用，为了更好地观察力化学耦合作用对血管内皮细胞、肿瘤细胞等的作用现象，并深入研究相关分子机制，现有技术中通常设计一套能保证实验组和对照组研究对象受相同力-化学条件刺激的生物实验装置，以解决上述问题，通过对培养的细胞进行周期性张力和化学刺激，有利于在体外模拟人体体内环境。然而，生物体的脉管系统如血管、输尿管、以及组织间隙如骨间隙等均存在的流体剪切力和拉伸力，研究各种细胞的生物学功能和作用机理，现有的力-化学耦合实验装置在进行细胞培养时，仅能提供单一的流体剪切力或机械拉伸力，而无法同时提供流体剪切力和机械拉伸力，且体外培养实验装置内经常出现漏液、漏气以及力学平衡性较差的问题，难以很好地模拟生物体的细胞在脉管内的真实流动情况，实验效率较低。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的缺陷和不足，提供一种结构简单，设计合理、使用方便的力-化学耦合生物学实验装置：

本发明所述的一种力-化学耦合生物学实验装置，包括：微流动模块、蠕动泵、储液器、活塞室、微调气泵、活塞、盖板、上层容纳盒、卡合固定块、薄膜。所述微流动模块的流体出口通过软管与所述蠕动泵的吸入口连接，所述蠕动泵的排出口通过液力软管与所述储液器的入口连接，所述储液器的出口通过液力软管与流体入口连接，所述微流动模块的第一气流接口与第二气流接口之间连接有气泵，所述气泵由活塞室、微调气泵、活塞组成，所述活塞室内两对活塞，所述微调气泵的气路与活塞室连通，通过所述微调气泵充入/吸收惰性气体，可以推动所述活塞在所述活塞室内移动。所述微流动模块的上部卡合有卡合固定块，所述卡合固定块内部固定有薄膜，所述卡合固定块的上部卡合有上层容纳盒，所述上层容纳盒与盖板呈嵌入式连接。

为了防止装置漏液、漏气，在所述微流动模块卡合固定块之间，以及卡合固定块与上层容纳盒之间均设置密封环。

所述微流动模块呈盒状，所述微流动模块的左、右两侧分别设置有流体出口和流体入口，所述微流动模块的前、后两侧分别设置有第一气流接口和第二气流接口；在细胞液流动方向上，所述流体入口与集液槽的入口连接，所述集液槽的出口通过多个并联的毛细管与所述下层流动腔的入口连接，所述下层流动腔的出口通过多个并联的毛细管与另一集液槽的入口连接，另一集液槽的出口与所述流体出口连接。

所述微流动模块可以采用透明材料制作。