[发明专利]一种同步光照的三维细胞力学加载装置

说明书

本发明属于生物学装置领域，涉及组织细胞培养装置，具体涉及一种同步光照的三维细胞力学加载装置。本方案通过改良力学微环境的营造模式、设计可调节激光/非相干光的光源阵列、搭建力学‑光学联合刺激的自动化运行、监测和反馈调控，使得力学‑光学联合刺激同步进行，使得光生物学效应研究过程中，光源阵列产生的激光或非相干光的波长和光源强度可控，使得力学加载模式更加多样化，能够实现更多条件下的控制，增加了模拟生理或病理状态下细胞受刺激的复杂微环境的真实性，提高了细胞三维力学研究地准确性；同时，本方案简化了实验操作，降低了实验难度，使得整体实验更加连贯和流畅。

技术领域

本发明属于生物学装置领域，涉及组织细胞培养装置，具体涉及一种同步光照的三维细胞力学加载装置。

背景技术

在生理或病理状态下，整个机体乃至器官、组织、细胞等都广泛处于各种理化条件下。例如，力学效应产生的应力场中，各类力学刺激对组织稳态和病理生理学产生重要的影响。近年来，光生物学研究受到人们的极大关注，它是研究光与生物相互关系的科学，它在分子、细胞及组织水平上具有广泛的作用，如改变DNA的合成表达、刺激细胞的增殖分化、创面及骨损伤修复、肿瘤治疗等等。

受限于离体细胞二维培养过程中，细胞组织架构、机械和生物化学信号以及细胞与细胞之间信息交流的丢失，从而无法反映组织生理上的复杂性，导致力学、光学或光-力联合在分子、细胞或组织水平的研究相对不够完善，而普通实验室的研究条件又难以满足在个体水平上构建疾病动物模型并进行相应研究。因此，迫切需要在体外构建一种模拟生理状态下的细胞培养体系，用于细胞水平的光-力联合作用。

为了模拟体内复杂微环境，现有的体外细胞三维培养装置通过水凝胶构建细胞的体外三维支架式培养体系，不仅可以更优地模拟体内细胞-细胞相互作用、细胞-细胞外基质(extracellular matrix,ECM)相互作用、组织特异性硬度、氧浓度、营养浓度和代谢废物浓度的梯度变化等，还可以基于水凝胶支架式三维培养体系中复杂的空间网络孔隙结构，当外部给予力学刺激时，力将随着孔隙结构的形变从各个方向作用于细胞，更好地还原细胞在生理状态下的受力情况。此外，水凝胶的透明和多孔结构，也有利于光的穿透，可实现光学刺激与力学刺激的联合作用。

然而，目前的体外细胞三维培养装置力学加载模式单一，难以实现多条件控制，且在光生物学效应研究过程中，光源阵列产生的激光或非相干光的波长固定、光源强度固定，力学微环境控制和光源阵列控制缺少一种联立、统筹的控制使得整体实验的繁琐、不连贯，导致整体的实验设计不仅效率较低，而且模拟生理或病理状态下细胞受刺激的复杂微生物环境难以真实地还原。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种同步光照的三维细胞力学加载装置，通过改良力学微环境的营造模式、设计可调节激光/非相干光的光源阵列、搭建力学-光学联合刺激的自动化控制，完善细胞力学微环境三维仿生培养。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种同步光照的三维细胞力学加载装置，包括相互电性连接的拉伸单元、控制单元和细胞加载单元；

所述控制单元包括用于提供动力的步进电机，所述步进电机电性连接有中央处理器；所述步进电机连接有滚珠丝杠副，所述滚珠丝杠副包括滚珠丝杠和套设在滚珠丝杠上的螺母；所述细胞加载单元包括拉伸平台；所述拉伸平台包括移动端和固定端，所述拉伸平台上设有细胞培养腔固定架，所述移动端固定在所述螺母上；所述细胞培养腔固定架包括位于所述移动端的移动端金属立柱和位于所述固定端的固定端金属立柱，以及固定在所述移动端金属立柱和所述固定端金属立柱之间的拉伸腔室；

所述移动端设有光电传感器，所述光电传感器与所述中央处理器电性连接，所述光电传感器采集所述移动端的移动数据发送给所述中央处理器；

还包括设置在所述细胞培养腔固定架上方的固定光源阵列，所述光源阵列垂直于所述细胞培养腔固定架设置。