专利名称：静脉血流动力学实验装置的制作方法
技术领域：
本实用新型属于医学领域，具体涉及医学实验装置，特别涉及静脉血流动力学实
验装置。
背景技术：
本实用新型涉及静脉血流动力学实验装置，属于生物流体力学与临床医学交叉领 域，用于模拟体内静脉壁细胞受到的流体切应力和压力，研究体外培养的细胞同时受到流 体切应力和压力作用时的各种生理反应。本实用新型特别适用于对妊娠期脐静脉内皮细胞 的受力研究。 人体静脉壁细胞主要受到流体切应力和压力两种类型力的影B向。在这两种力的协 同作用下细胞发生各种生物反应。体外研究时，为了观察静脉壁细胞在受力条件下的生物 反应，需要有能同时施加流体切应力和压力的装置来达到实验目的。 传统的细胞力学实验装置均只能模拟流体切应力，忽略了压力对细胞的影响。 经典的流体切应力实验装置最早由JA Frangos等描述[参见JA Frangos etal， Shear stress induced stimulation of mammalian cell metabolism, Biotechnologyand Bioengineering， Vol :32,1988 :1053-1060]，他在文中描述了一种双层平行平板液体通 道，通过一定流量流体在通道中的流动对平板上培养的细胞施加流体切应力。该装置经过 不断改进，已经广泛用于细胞力学实验中，可研究细胞在力学剌激下自身形态以及分泌功
能的变化、细胞与细胞之间连接功能的变化、模拟血小板在血管内皮细胞表面的粘附过程等。 但在一些研究中，压力对细胞的作用无法忽视。如妊娠期高血压疾病患者的脐静 脉压力异常改变，将对脐静脉内皮细胞功能产生影响，可造成胎儿缺氧、宫内生长发育受 限、死胎等严重不良妊娠结局。 同时，现有的流体切应力实验装置操作复杂，对实验准确性具有一定不良影响，概 括如下 1.流体流经双层平行平板液体通道时，在入口 、出口处流动紊乱，流体对通道上下 壁面的切应力不稳定。实验时，液体通道中靠近入口及出口处的细胞获得的切应力与流体 流量无稳定的对应关系。所以，传统方法让细胞长满整个平板，通过流动的流体来施加切应 力，由于液体通道入口及出口处附近区域的紊乱流动使细胞实际所受切应力与理论施加力 存在较大误差，导致实验不准确。 2.双层平行平板液体通道为了达到生理切应力大小并且保证流体流速较小不影 响细胞贴壁，必须将通道高度控制在1毫米以内。在仪器加工过程中，如此高精度的加工成 本高、精度很难保证。现有的流体切应力实验装置均没有有效的误差控制方法。 3.双层平行平板液体通道在加工过程中双层平板需要具有一定的厚度，以方便两 侧液体出入口的加工。但是平板的厚度与透光度成反比，平板过厚使显微镜下观察细胞时 采光差，不方便镜下观察细胞、采集图像。
发明内容本实用新型的任务是提供静脉血流动力学实验装置。该装置可同时施加所需要的
流体切应力和压力，具有力学效果更好、使用更方便、实验结果更准确等特点，克服了现有 实验装置的诸多不足。实现本实用新型的技术方案是 本实用新型提供的这种静脉血流动力学实验装置由储液缸(1)、平行平板装置 (2)和蠕动泵(3)组成， 储液缸(1)为一密闭的空腔结构构成。密闭的空腔构成储液槽(4)，储液槽(4)侧 面下部设置有储液缸进液口 (5)和储液缸出液口 (6)，储液缸进液口 (5)和储液缸出液口 (6)可位于同一侧面，也可以位于不同的侧面上；在储液缸(1)的顶部设置有加气口 (7)和 气压表(9)，加气口 (7)上安装有气阀(8); 平行平板装置(2)由位于上部的盖板(10)、位于下部的底板(12)和位于盖板
(10) 和底板(12)之间的密封圈(11)组成，盖板(10)由盖板平板(13)和盖板平台(14)两 层平板构成，盖板平台(14)位于盖板平板(13)的底部中央区域，长度宽度均小于盖板平板 (13)，在盖板平板(13)的两长边的近边缘处各均匀分布有3至5个定位螺丝孔(22); 密封圈(11)由一与盖板平板(13)长度宽度均相同、厚度略大于盖板平台(14)的 硅胶垫构成，密封圈(11)的中央有一空心区域，该空心区域与盖板平台(14)的长度宽度相 同，并与盖板平台(14)的位置对应，密封圈(11)与盖板(10)重叠后盖板平台(14)恰好可 以从密封圈(11)的中央空心区域突出，在密封圈(11)的两长边的近边缘处各均匀分布有 3至5个定位螺丝孔(22)，与盖板(10)上的定位螺丝孔(22)位置相对应； 底板(12)由一长方体底板平板(16)构成，在底板平板(16)的一端的侧面近底部 处设置有一底板进液口 (17)，在底板平板(16)的另一端的侧面近底部处设置有底板出液 口 (18)，底板进液口 (17)和底板出液口 (18)分别位于底板平板(16)的两个窄侧面，通入 底板平板(16)内部； 在底板平板(16)上靠近底板进液口 (17)的一端有一由长方体槽构成的流入缓冲 槽(19)，该流入缓冲槽(19)向底板平板(16)的上部开口，流入缓冲槽(19)的底部平面在 底板平板(16)内部与底板进液口 (17)的底部位于同一高度，流入缓冲槽(19)的长边与底 板平板(16)的窄边平行，长度与盖板平台(14)的宽度相同； 在底板平板(16)上靠近底板出液口 (18)的一端有一流出缓冲槽(20)，该流出缓 冲槽(20)向底板平板(16)的上部开口，与流入缓冲槽(19)规格相同并相互对称，底板进 液口 (17)在底板平板(16)内部与流入缓冲槽(19)的底部相连通，底板出液口 (18)在底 板平板(16)内部与流出缓冲槽(20)的底部相连通； 在底板平板(16)上靠近流出缓冲槽(20) —端接近底板平板(16)中央处有一透 光区(21)，该透光区(21)由位于底板平板(16)底部的向上凹陷的长方体槽构成，在底板平 板(16)的两长边近边缘处各均匀分布有3至5个定位螺丝孔(22)，与盖板(10)和密封圈
(11) 上的定位螺丝孔(22)相对应; 盖板(10)、密封圈(11)、底板(12)三层自上而下对齐叠放，通过定位压紧螺丝 (23)经各定位螺丝孔(22)将三层结构固定在一起，盖板平台(14)的底部平面与底板平板(16)的上平面之间构成一长方体空腔，该长方体空腔为液体通道(15); 储液缸(1)的储液缸出液口 (6)与平行平板装置(2)的底板进液口 (17)相连通， 底板出液口 (18)与蠕动泵入口 (25)通过橡胶管(24)相连通，蠕动泵出口 (26)与储液缸 进液口 (5)通过橡胶管(24)相连通； 储液缸(1)、平行平板装置(2)可用玻璃、有机玻璃、塑料等材料制作，密封圈(11) 可用硅胶、橡胶等材料制作。 使用时将培养好的细胞传代至盖板平台(14)的下表面与透光区(21)相对应的区 域，待细胞生长稳定后将平行平板装置(2)的盖板(10)、密封圈(11)、底板(12)三层如上 所述组装好，并顺次连接好其他各部位组件。打开气阀(8)，通过储液缸进液口 (5)向储液 槽(4)中注入细胞培养液，开启蠕动泵(3)，使细胞培养液充满整个管道，并通过气阀(8)排 走各部位原有的空气。待细胞培养液循环稳定后将加气口 (7)连接0)2钢瓶以通入0)2，加 入(A的同时观测气压表(9)读数以控制气压值。流动的细胞培养液可对盖板平台(14)上 的细胞施加切应力，储液缸(1)中的气压可对盖板平台(14)上的细胞施加压力。 本实用新型的优点在于 1.本实用新型使用时，通过储液缸上部的加气口向密闭流动环路中充入具有一定 压力的C02气体，利用气压表控制储液缸内液体上表面的气压值。根据流体力学原理，该压 力通过液体传递到通道中培养的细胞。此设计不但可以获得稳定的压力，而且成本低廉，同 时又给生长的细胞提供了 C02。可为细胞同时施加压力和切应力是本实用新型优于传统的 切应力施加装置的主要优点之一。 2.本实用新型选择受力最稳定区域作为细胞培养区域，避免了传统装置中液体入 口和出口端附近细胞受力不稳定的弊端。 3.本实用新型的盖板采用了底部突出平台结构，并使用较厚的具有弹性的密封
圈，通过密封圈与平台的高度差获得液体通道所需的微米级高度，此种设计对液体通道的
高度可灵活调控，不但密封性好，而且液体通道的高度准确、成本低，避免了传统的实验装
置在获得液体通道所需的微米级高度时，加工精度无法保证且成本高昂的弊端。 4.本实用新型中底板下底面与细胞培养区域对应的区域设置了一个透光区。该设
计使得在实验过程中利用显微镜观察细胞时的透光度增加，大大提高观测效果。
图1为本实用新型静脉血流动力学实验装置整体结构图； 图2为图1的横向中轴垂直剖面图； 图3为盖板结构图； 图4为密封圈结构图； 图5为底板、储液缸连接示意图 图6为盖板横剖面图； 图7为盖板纵剖面图 图8为底板俯视图； 图9为底板仰视图； 图10为图8之A-A'剖面图;[0039]图11为图8之B-B'剖面图；图12为图8之C-C'剖面图；图13为图8之D-D'剖面图。图中数字标识所指部位名称是[0043]1-储液缸2-平行平板装置3_蠕动泵4_储液槽5-储液缸进液口6-储液缸出液口7_加气口8-气阀9-气压表10-盖板11-密封圈12-底板13-盖板平板14-盖板平台15-液体通道16-底板平板17-底板进液口18-底板出液口19-流入缓冲槽20-流出缓冲槽21-透光区22-定位螺丝孔23-定位压紧螺丝24-橡胶管25-蠕动泵入口26-蠕动泵出口
具体实施方式实施例1 图1为本实用新型实施例的结构图。 本实用新型提供的静脉血流动力学实验装置，由储液缸(1)、平行平板装置(2)和 蠕动泵(3)组成，储液缸(1)为一密闭的空腔结构，密闭的空腔构成储液槽(4)，储液槽(4) 侧面下部设置有储液缸进液口 (5)和储液缸出液口 (6)，在储液缸(1)的顶部设置有加气 口 (7)和气压表(9)，加气口 (7)上安装有气阀(8);平行平板装置(2)由位于上部的盖板 (10)、位于下部的底板(12)和位于盖板(10)和底板(12)之间的密封圈(11)组成，盖板
6(10)由盖板平板(13)和盖板平台(14)两层平板构成，盖板平台(14)位于盖板平板(13) 的底部中央区域，长度宽度均小于盖板平板(13)，在盖板平板(13)的两长边的近边缘处各 均匀分布有3至5个定位螺丝孔(22);密封圈(11)由一与盖板平板(13)长度宽度均相同、 厚度略大于盖板平台(14)的硅胶垫构成，密封圈(11)的中央有一空心区域，该空心区域与 盖板平台(14)的长度宽度相同，并与盖板平台(14)的位置对应，密封圈(11)与盖板(10) 重叠后盖板平台(14)恰好可以从密封圈(11)的中央空心区域突出，在密封圈(11)的两长 边的近边缘处各均匀分布有3至5个定位螺丝孔(22)，与盖板(10)上的定位螺丝孔(22) 位置相对应；底板(12)由一长方体底板平板(16)构成，在底板平板(16)的一端的侧面近 底部处设置有一底板进液口 (17)，在底板平板(16)的另一端的侧面近底部处设置有底板 出液口 (18)，底板进液口 (17)和底板出液口 (18)分别位于底板平板(16)的两个窄侧面， 通入底板平板(16)内部；在底板平板(16)上靠近底板进液口 (17)的一端有一由长方体 槽构成的流入缓冲槽(19)，该流入缓冲槽(19)向底板平板(16)的上部开口，流入缓冲槽 (19)的底部平面在底板平板(16)内部与底板进液口 (17)的底部位于同一高度，流入缓冲 槽(19)的长边与底板平板(16)的窄边平行，长度与盖板平台(14)的宽度相同；在底板平 板(16)上靠近底板出液口 (18)的一端有一流出缓冲槽(20)，该流出缓冲槽(20)向底板平 板(16)的上部开口，与流入缓冲槽(19)规格相同并相互对称，底板进液口 (17)在底板平 板(16)内部与流入缓冲槽(19)的底部相连通，底板出液口 (18)在底板平板(16)内部与流 出缓冲槽(20)的底部相连通；在底板平板(16)上靠近流出缓冲槽(20) —端接近底板平板 (16)中央处有一透光区(21)，该透光区(21)由位于底板平板(16)底部的向上凹陷的长方 体槽构成，在底板平板(16)的两长边近边缘处各均匀分布有3至5个定位螺丝孔(22)，与 盖板(10)和密封圈(11)上的定位螺丝孔(22)相对应；盖板(10)、密封圈(1D、底板(12) 三层自上而下对齐叠放，通过定位压紧螺丝(23)经各定位螺丝孔(22)将三层结构固定在 一起，盖板平台(14)的底部平面与底板平板(16)的上平面之间构成一长方体空腔，该长方 体空腔为液体通道(15);储液缸(1)的储液缸出液口 (6)与平行平板装置(2)的底板进液 口 (17)相连通，底板出液口 (18)与蠕动泵入口 (25)通过橡胶管(24)相连通，蠕动泵出口 (26)与储液缸进液口 (5)通过橡胶管(24)相连通。 实施例2 静脉血流动力学实验装置是由储液缸(1)、平行平板装置(2)、蠕动泵(3)通过橡 胶管(24)连接形成的密闭循环系统。储液缸(1)为70X40X80mm3的长方体空腔结构构 成。密闭的空腔构成储液槽(4)，储液槽(4)侧面下部设置有储液缸进液口 (5)和储液缸出 液口 (6)，储液缸进液口 (5)和储液缸出液口 (6)分别位于储液缸(1)的两侧面并左右对 称；在储液缸(1)的顶部中央区域设置有加气口 (7)和气压表(9)，加气口 (7)上安装有气 阀(8)。平行平板装置(2)由位于上部的盖板(10)、位于下部的底板(12)和位于盖板(10) 和底板(12)之间的密封圈(11)组成。盖板(10)由盖板平板(13)和盖板平台(14)两层 平板构成，盖板平板(13)为150X70X2mn^的长方体平板，盖板平台(14)为125X45X3mm3 的长方体平板。盖板平台(14)位于盖板平板(13)的底部中央区域，盖板平台(14)的边界 与相邻盖板平板(13)的边界的距离均为12. 5mm。盖板平板(13)的两长边侧各均匀对称分 布有5个定位螺丝孔(22)。盖板平板(13)与盖板平台(14)连接为一整体。密封圈(11) 为一 150X70X4mm3的长方体硅胶，中央区域有一 125X45X4mm3的长方体空心区域，四周
7边框的宽度均为12.5mm。密封圈(11)的两长边侧各均匀分布有5个定位螺丝孔(22)，与 盖板(10)上的定位螺丝孔(22)位置相对应。底板(12)为一长方体底板平板(16)构成， 底板平板(16)为一 150X70X14mm3的长方体平板。在底板平板(16)的侧面中央距底端 4mm高处分别有一底板进液口 (17)和底板出液口 (18)通入底板平板(16)内部各15mm， 底板进液口 (17)和底板出液口 (18)分别位于底板平板(16)的两个窄侧面。在底板平板 (16)上部靠近底板进液口 (17) —端有一45X10X10m^的长方体槽为入缓冲槽(19)，底 部与底板进液口 (17)的底部在同一平面并与其连通，开口向底板平板(16)的上表面。流 入缓冲槽(19)的长边与底板平板(16)的窄边平行。在靠近底板出液口 (18) —端有一流 出缓冲槽(20)，与流入缓冲槽(19)规格相同，左右对称。在底板平板(16)下部靠近流出缓 冲槽(20)端有一 35X35X 10mm3的长方体槽构成透光区(21)，距底板平板(16)近底板出 液口 (18)端距离为35mm，距底板平板(16)两长边界距离各17. 5mm。底板平板(16)的两 长边侧各均匀分布有5个定位螺丝孔(22)，与盖板(10)及密封圈(11)上的各定位螺丝孔 (22)位置相对应。盖板(10)、密封圈(11)、底板(12)三层自上而下对齐叠放，通过定位压 紧螺丝(23)经各定位螺丝孔(22)将三层结构固定在一起，盖板平台(14)下部与底板平板 (16)上部之间构成一长方体空腔，为液体通道(15)。 储液缸(1)的储液缸出液口 (6)与平行平板装置(2)的底板进液口 (17)相连通。 底板出液口 (18)与蠕动泵入口 (25)通过橡胶管(24)相连通，蠕动泵出口 (26)与储液缸 进液口 (5)通过橡胶管(24)相连通。储液缸(1)、平行平板装置(2)为医用有机玻璃制成， 密封圈(11)为医用硅胶制成。 实施例3 本实用新型提供的静脉血流动力学实验装置是由储液缸(1)、平行平板装置(2)、 蠕动泵(3)通过橡胶管(24)连接形成的密闭循环系统。使用时液体从储液槽(4)通过储 液缸出液口 (6)经底板进液口 (17)到达流入缓冲槽(19)，液体由流入缓冲槽(19)进入液 体通道(15)，经流出缓冲槽(20)通过底板出液口 (18)通过橡胶管(24)接入蠕动泵(3)， 液体经过蠕动泵(3)后通过橡胶管(24)经储液缸进液口 (5)重新回到储液槽(4)，完成一 轮循环。具体使用方法 1、培养细胞在盖板平台(14)的下表面与透光区(21)对应的区域培养细胞。首 先将盖板平台(14)的下表面与透光区对应的区域用1%明胶包被过夜，然后将原代培养的 人脐静脉内皮细胞传代至该区域，使细胞呈单层贴壁生长。 2、组合静脉血流动力学实验装置待盖板平台(14)上的细胞稳定后，将盖板 (10)、密封圈(11)、底板(12)三层自上而下对齐叠放，通过定位压紧螺丝(23)经各定位螺 丝孔(22)将三层结构固定在一起，形成液体通道(15)。液体通道(15)组装前先利用螺旋测 微器测定盖板(10)、底板(12)各定位螺孔部位的高度，组装后再用螺旋测微器测定各定位 螺丝孔(22)部位的高度，由此高度与盖板(10)、底板(12)高度的差值算得液体通道(15) 的高度。通过调节定位压紧螺丝(23)的松紧，获得所需的液体通道高度。 然后按照附图一所示，将组合好的装置与蠕动泵(3)通过橡胶管(24)连接成密闭 环路。 3、对培养细胞施加切应力和压力通过储液缸进液口 (5)向储液槽(4)中加入 30ml细胞培养液。开启蠕动泵(3)的电源，使细胞培养液从储液槽(4)通过储液缸出液口缓冲槽(19)进入液体通道(15)，经 流出缓冲槽(20)通过底板出液口 (18)通过橡胶管(24)接入蠕动泵(3)，经过蠕动泵(3) 通过橡胶管(24)将细胞培养液重新经储液缸进液口 (5)泵回到储液槽(4)，完成一轮循环。 实验时，在细胞培养液未充满整个循环系统前，保持气阀(8)为开启状态，使循环系统中原 有的空气经加气口 (7)排出。当整个循环系统已经充满细胞培养液后，将加气口 (7)与0)2 钢瓶连接，向密闭的储液缸中充入C02气体，加入C02的同时观测气压表(9)读数以控制气 压值。流动的细胞培养液可对盖板平台(14)上的细胞施加切应力，储液缸(1)中的气压可 对盖板平台(14)上的细胞施加压力。 4、显微镜下观察施加了切应力和压力后的细胞变化将静脉血流动力学实验装置 放于倒置相差显微镜的载物台上，显微镜镜头对准透光区(21)，打开光源，在显微镜下观察 施加了切应力和压力后盖板平台(14)上贴壁的人脐静脉内皮细胞的形态变化。通过对加 力后细胞形态的观察以及加力前后细胞培养液中蛋白浓度和活性的检测，分析切应力和压 力对人脐静脉内皮细胞的生长状态及分泌功能的影响。
权利要求静脉血流动力学实验装置，其特征在于，它由储液缸(1)、平行平板装置(2)和蠕动泵(3)组成，储液缸(1)为一密闭的空腔结构，密闭的空腔构成储液槽(4)，储液槽(4)侧面下部设置有储液缸进液口(5)和储液缸出液口(6)，在储液缸(1)的顶部设置有加气口(7)和气压表(9)，加气口(7)上安装有气阀(8)；平行平板装置(2)由位于上部的盖板(10)、位于下部的底板(12)和位于盖板(10)和底板(12)之间的密封圈(11)组成，盖板(10)由盖板平板(13)和盖板平台(14)两层平板构成，盖板平台(14)位于盖板平板(13)的底部中央区域，长度宽度均小于盖板平板(13)，在盖板平板(13)的两长边的近边缘处各均匀分布有3至5个定位螺丝孔(22)；密封圈(11)由一与盖板平板(13)长度宽度均相同、厚度略大于盖板平台(14)的硅胶垫构成，密封圈(11)的中央有一空心区域，该空心区域与盖板平台(14)的长度宽度相同，并与盖板平台(14)的位置对应，密封圈(11)与盖板(10)重叠后盖板平台(14)恰好可以从密封圈(11)的中央空心区域突出，在密封圈(11)的两长边的近边缘处各均匀分布有3至5个定位螺丝孔(22)，与盖板(10)上的定位螺丝孔(22)位置相对应；底板(12)由一长方体底板平板(16)构成，在底板平板(16)的一端的侧面近底部处设置有一底板进液口(17)，在底板平板(16)的另一端的侧面近底部处设置有底板出液口(18)，底板进液口(17)和底板出液口(18)分别位于底板平板(16)的两个窄侧面，通入底板平板(16)内部；在底板平板(16)上靠近底板进液口(17)的一端有一由长方体槽构成的流入缓冲槽(19)，该流入缓冲槽(19)向底板平板(16)的上部开口，流入缓冲槽(19)的底部平面在底板平板(16)内部与底板进液口(17)的底部位于同一高度，流入缓冲槽(19)的长边与底板平板(16)的窄边平行，长度与盖板平台(14)的宽度相同；在底板平板(16)上靠近底板出液口(18)的一端有一流出缓冲槽(20)，该流出缓冲槽(20)向底板平板(16)的上部开口，与流入缓冲槽(19)规格相同并相互对称，底板进液口(17)在底板平板(16)内部与流入缓冲槽(19)的底部相连通，底板出液口(18)在底板平板(16)内部与流出缓冲槽(20)的底部相连通；在底板平板(16)上靠近流出缓冲槽(20)一端接近底板平板(16)中央处有一透光区(21)，该透光区(21)由位于底板平板(16)底部的向上凹陷的长方体槽构成，在底板平板(16)的两长边近边缘处各均匀分布有3至5个定位螺丝孔(22)，与盖板(10)和密封圈(11)上的定位螺丝孔(22)相对应；盖板(10)、密封圈(11)、底板(12)三层自上而下对齐叠放，通过定位压紧螺丝(23)经各定位螺丝孔(22)将三层结构固定在一起，盖板平台(14)的底部平面与底板平板(16)的上平面之间构成一长方体空腔，该长方体空腔为液体通道(15)；储液缸(1)的储液缸出液口(6)与平行平板装置(2)的底板进液口(17)相连通，底板出液口(18)与蠕动泵入口(25)通过橡胶管(24)相连通，蠕动泵出口(26)与储液缸进液口(5)通过橡胶管(24)相连通。
专利摘要本实用新型提供的静脉血流动力学实验装置是由储液缸(1)、平行平板装置(2)、蠕动泵(3)通过橡胶管(24)连接形成的密闭循环系统，通过储液缸上部的加气口(7)向密闭流动环路中充入具有一定压力的CO2气体，该压力通过液体传递至流室中培养的细胞，为细胞施加压力，同时流动的流体为细胞施加切应力，具有较好的力学效果；透光区(21)的设置，使显微镜观察细胞时的透光度增加，大大提高了观测效果；液体通道(15)的高度具有很高的可调节性，且密封性好，细胞培养区受力稳定，使实验结果更准确。
文档编号C12M3/00GK201512538SQ20092022788
公开日2010年6月23日 申请日期2009年9月4日 优先权日2009年9月4日
发明者刘琼, 吴健康, 周福昌, 尹宗智, 肖娟, 艾继辉, 陈素华 申请人:华中科技大学同济医学院附属同济医院