专利名称：恒温多频超声细胞处理换能器的制作方法
技术领域：
本发明属于用压电效应或用电致伸缩的产生声频或超声频的机械振动的方法或 设备技术领域，具体涉及到一种抑制肿瘤细胞存活或生长的器械。
背景技术：
超声空化效应对生物细胞有着特殊的作用，由于超声空化会导致细胞膜的通透 性、完整性及流动性发生改变，其损伤程度与超声有一定的时效关系。目前普通的超声细胞 处理器为单个换能器的分离式结构，在处理过程中无法区分是超声对生物细胞的作用，还 是处理过程中超声产生的热对生物细胞作用从而导致生物细胞发生损伤，而且超声细胞处 理器中的超声换能器没有防护体，容易造成超声换能器的压电晶片击穿破碎，影响操作人 员的人身安全，而且每个超声换能器只有一个频率，当实验需要使用多个频率时，只能更换 多个不同频率的超声换能器，使用和管理都很不便。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于克服上述超声细胞处理器的缺陷，提供一种具有 多个超声换能频率、使用方便的恒温多频超声细胞处理换能器。解决上述技术问题所采用的技术方案是在壳体上端设置有隔板，隔板上设置有 超声换能器，超声换能器与隔板之间隔板的上表面设置有上封水层、下表面设置有下封水 减振层，上封水层的上表面设置有顶端装有上盖板的围板，壳体内侧壁上设置有温度控制 器，隔板上设置有下部位于隔板下壳体内的进水管和溢流管，溢流管通过导管与壳体外联 通，隔板上还设置有通过导线与温度控制器相连的温度传感器。上述的隔板上设置的超声 换能器至少有2个。本发明的隔板上设置的超声换能器排列在同一个圆周上或不同的圆周上。本发明的超声换能器为安装在托架上的围筒下端设置有聚焦型压电晶片，聚焦 压电晶片为向下弯曲的球冠体，聚焦压电晶片的曲率半径R为25 150mm，压电晶片的下表 面设置有减振层，减振层的下表面设置有固化层，压电晶片的下表面设置有正极引线和负 极引线，压电晶片的下表面正极引线与负极引线之间加工有正负电极隔离带。本发明的减振层为硅橡胶，减振层的厚度为0. 1 1mm。本发明的固化层为环氧树 脂，固化层的厚度为0. 1 0. 6mm。本发明的上封水层和下封水减振层采用硅橡胶或环氧树脂制成，上封水层和下封 水减振层10的厚度为0. 2 1. 6mm。本发明的硅橡胶为南大703硅橡胶或南大704硅橡胶或南大705硅橡胶。本发明 的环氧树脂为神力铃胶或E-001AB或环氧粘接剂AB胶。本发明的进水管的内径小于溢流管的内径，溢流管的顶端高度大于进水管的顶端尚度。本发明在超声换能器底部涂有减振层和固化层，可防止水和水蒸汽进入超声换能器表面，提高绝缘强度，同时防止超声换能器的压电晶片被击穿和破碎的情况发生，在超声 换能器与底盘的连接处采用上封水层和下封水减振层，使冷却水不流到底盘下面，降低了 振动向底盘的辐射。不同频率的超声换能器设置在同一细胞处理器上，扩大了频率的选择 范围，频率范围从0. 5MHz 3. 5MHz,实现了一个细胞处理器具有多个分离的超声换能器； 本发明用流动冷却水控制超声换能器升温产生的热对细胞的影响，可以根据实验所需要的 理想处理温度进行控制，往冷却水中加入冰，使温度降到0°左右，往冷却水中加入热水可 以使冷却保持在稳定的温度的范围内，实现超声对细胞处理。
图1为本发明实施例1的结构示意图。图2为图1的俯视图。图3为图1中超声换能器5的结构示意图。图4是本发明所发出的超声波对肿瘤细胞的杀伤和抑制效果曲线。
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明进一步详细说明，但本发明不限于这些实施例。实施例1在图1中，本实施例的恒温多频超声细胞处理换能器由壳体1、隔板2、围板3、上盖 板4、超声换能器5、进水管6、溢流管7、温度传感器8、上封水层9、下封水减振层10、温度控 制器11联接构成。参照图1和图2，在壳体1的顶部用胶粘接有隔板2，隔板2为有机玻璃板，壳体1 内侧壁上用螺纹紧固联接件固定联接安装有温度控制器11，在隔板2上用胶粘接安装有6 个等分圆周排列在同一圆周的超声换能器5，一个超声换能器5的几何中心线与相邻一个 超声换能器5的几何中心线之间的夹角为60°，超声换能器5也可排列在不同的圆周上，本 实施例的6个超声换能器5的频率不相同，频率从0. 5MHz 3. 5MHz内设定，扩大了频率的 选择范围以及本发明的使用范围。在超声换能器5与隔板2之间隔板2的上表面用胶粘接 有上封水层9、下表面用胶粘接有下封水减振层10，上封水层9和下封水减振层10的厚度 为1. 0mm,上封水层9和下封水减振层10采用南大705硅橡胶喷涂制成，上封水层9和下封 水减振层10也可采用南大704硅橡胶喷涂制成，上封水层9和下封水减振层10还可采用 南大703硅橡胶喷涂制成，南大703硅橡胶、南大704硅橡胶、南大705硅橡胶由溧阳市康 达化工有限公司生产，也可采用神力铃胶环氧树脂或E-001AB或强力环氧粘接剂AB喷涂制 成，神力铃胶环氧树脂由湖南神力实业有限公司生产，E-001AB由深圳市广信意胶业有限公 司生产，环氧粘接剂AB由博罗县强力复合材料有限公司生产。上封水层9和下封水减振层 10不仅有封水效果，并能起到减振作用。上封水层9的上表面用胶粘接有围板3，围板3的 几何形状为圆筒形，围板3的顶端用胶粘接有上盖板4，上盖板4使得围板3内构成一个密 闭的空间。在隔板2上通过螺纹联接安装有进水管6和溢流管7，进水管6的内径小于溢流 管7的内径，溢流管7的顶端高于进水管6的顶端，进水管6和溢流管7的下部位于隔板2 下壳体1内，进水管6和溢流管7的底端平齐，溢流管7通过导管与壳体1外联通，进水管 6与水泵相联通后，水进入到围板2内对超声换能器5进行散热，进入到围板3内的水液面
4高于溢流管7的上端时，水从溢流管7流出到壳体1外。隔板2上用螺纹紧固联接件固定 联接有温度传感器8，温度传感器8用导线与温度控制器11相连，温度传感器8将接收到的 围板3内水温信号转换成电信号输出到温度控制器11，温度控制器11按照事先设定的温度 数据通过电磁阀门控制水泵的打开或关闭来实现调整围板3内水的温度。如图3所示，本实施例的超声换能器5由正极引线5-1、负极引线5-2、托架5_3、 固化层5-4、减振层5-5、压电晶片5-6、围筒5-7、正负电极隔离带5_8联接构成。托架5_3 的形状为圆环形，在托架5-3上安装有围筒5-7，围筒5-7的几何形状为圆筒形，围筒5-7的 下端用胶粘接安装有聚焦型压电晶片5-6，压电晶片5-6的形状为向下弯曲的球冠体，压电 晶片5-6的曲率半径R为100mm，这种结构的聚焦型压电晶片，可以实现超声能量集中，增大 焦点单位面积的辐射能量。在压电晶片5-6的下表面喷涂有减振层5-5，本实施例的减振层 5-5采用南大705硅橡胶喷涂制成，也可采用南大704硅橡胶喷涂制成，还可采用南大703 硅橡胶喷涂制成，减振层5-5的厚度为0. 5mm，在减振层5_5的下表面喷涂有固化层5_4，固 化层5-4的厚度为0. 4mm。本实施例的固化层5_4采用神力铃胶环氧树脂喷涂制成，也可 采用E-001AB喷涂制成，还可采用强力环氧粘接剂AB喷涂制成。在压电晶片5-6的下表面 焊接连接有正极引线5-1和负极引线5-2，压电晶片5-6的下表面正极引线5-1与负极引 线5-2之间加工有正负电极隔离带5-8，正负电极隔离带5-8使得正极引线5-1与负极引线 5-2绝缘。压电晶片5-6下表面喷涂的减振层5-5和固化层5-4，可以减少超声能向背面辐 射，并提高辐射面的能量，而且能有效地防止压电晶片5-6破碎、电极间放电击穿或正极引 线5-1和负极引线5-2脱落等现象的发生。实施例2在超声换能器5与隔板2之间隔板2的上表面用胶粘接有上封水层9、下表面用胶 粘接有下封水减振层10，上封水层9和下封水减振层10的厚度为0. 2mm,上封水层9和下 封水减振层10采用南大705硅橡胶或南大704硅橡胶或南大703硅橡胶喷涂制成，也可采 用神力铃胶环氧树脂或E-001AB或环氧粘接剂AB胶喷涂制成。本实施例的超声换能器5为在托架5-3上安装有围筒5-7，围筒5_7的几何形状 为圆筒形，围筒5-7的下端用胶粘接安装有聚焦型压电晶片5-6，压电晶片5-6的形状为向 下弯曲的球冠体，压电晶片5-6的曲率半径R为25mm，在压电晶片5_6的下表面喷涂有减振 层5-5，减振层5-5采用南大705硅橡胶或南大704硅橡胶或南大703硅橡胶喷涂制成，减 振层5-5的厚度为0. 1mm，在减振层5_5的下表面喷涂有固化层5_4。固化层5_4采用神力 铃胶环氧树脂或E-001AB或环氧粘接剂AB，固化层5-4的厚度为0. lm。超声换能器5的其 它零部件以及零部件的联接关系与实施例1相同。其它零部件以及零部件的联接关系与实 施例1相同。实施例3在超声换能器5与隔板2之间隔板2的上表面用胶粘接有上封水层9、下表面用胶 粘接有下封水减振层10，上封水层9和下封水减振层10的厚度为1. 6mm,上封水层9和下 封水减振层10采用南大705硅橡胶或南大704硅橡胶或南大703硅橡胶喷涂制成，也可采 用神力铃胶环氧树脂或E-001AB或环氧粘接剂AB胶喷涂制成。本实施例的超声换能器5为在托架5-3上安装有围筒5-7，围筒5_7的几何形状 为圆筒形，围筒5-7的下端用胶粘接安装有聚焦型压电晶片5-6，压电晶片5-6的形状为向下弯曲的球冠体，压电晶片5-6的曲率半径R为150mm，在压电晶片5_6的下表面喷涂有减 振层5-5，减振层5-5采用南大705硅橡胶或南大704硅橡胶或南大703硅橡胶喷涂制成， 减振层5-5的厚度为1mm。在减振层5_5的下表面喷涂有固化层5_4，固化层5_4采用神力 铃胶环氧树脂或E-001AB或环氧粘接剂AB，固化层5-4的厚度为0. 6mm。超声换能器5的 其它零部件以及零部件的联接关系与实施例1相同。其它零部件以及零部件的联接关系与 实施例1相同。实施例4在以上的实施例1 3中，在隔板2上用胶粘接安装有2个等分圆周排列在同一 圆周的超声换能器5，一个超声换能器5的几何中心线与相邻一个超声换能器5的几何中心 线之间的夹角为180°，超声换能器5的其它零部件的几何形状以及零部件的连联接关系 与相应的实施例相同。其它零部件以及零部件的连联接关系与相应的实施例相同。为了验证本发明的有益效果，发明人采用本发明实施例1制备的恒温多频超声细 胞处理器对细胞进行了处理实验，实验情况如下
被试验仪器恒温多频超声细胞处理换能器。 实验设备超声发生器。 实验单位陕西师范大学生命科学院 1、本发明的不同超声强度对乳腺癌细胞存活率的影响 实验方法采用四唑盐比色法检测并计算乳腺癌细胞的存活率 准备细胞密度为2X105cellS/ml的离体培养的乳腺癌细胞，试验分为不用超声 处理对照组、2W/cm2超声实验组、3W/cm2超声实验组、4W/cm2超声实验组，细胞在37°，5% CO2孵箱中培养24小时，使细胞贴壁。用质量分数为0. 25%的胰酶消化各组细胞，收集于医用采血管中，500 yl/管。对 照组不进行任何处理，2W/Cm2、3W/Cm2、4W/Cm2的超声实验组分别用频率为1.074MHz的相应 强度的超声波处理细胞。收集各组细胞，调节细胞密度，以1 X 04细胞/孔的密度铺于96孔板，6小时后，各 孔加20ul噻唑蓝(5mg/ml)继续培养4小时。弃去含噻唑蓝的培养基，各孔加入150ul的二甲基亚砜，摇床上摇15分钟后，用酶 标仪检测，波长为570nm。按下式计算存活率存活率(％ )=(实验组-对照组)X 100%实验结果见表1。表1本发明的不同超声强度对乳腺癌细胞存活率的影响对照组2W/cm2超声实验组 4ff/cm2超声实验组10. 3130. 339
0. 14520. 4040. 387
0. 18530. 2970. 362 0. 175
3ff/cm2超声实验组
0. 252
0. 275
0. 235
6
40. 3560. 3350. 246 0. 15850.4110.3670.249 0. 13960. 4210. 3450. 312 0. 181平均值0.3670. 3558330.2615 0.163833存活率10096.9573171. 25341 44. 641242、用本发明发出的超声波激活二氢卟吩e6(Ce6)治疗小鼠H_22肿瘤实验方法H22荷瘤小鼠分成四组对照组、二氢卟吩e6治疗I组、超声波治疗II 组、超声波结合二氢卟吩e6治疗III组，每组5只小鼠。用超声波治疗前以50mg/kg的戊 巴比妥钠小鼠进行腹腔麻醉，将二氢卟吩e6以10mg/kg的剂量注射入治疗I组和治疗III 组小鼠尾部。实验小鼠肿瘤部位的体毛修剪、用脱毛膏脱毛、肥皂水清洗。以4°C除气水为 处理介质，肿瘤部分侵入水槽超声焦点处液面，用功率为4w/cm2、频率为1. 56MHz的超声波 治疗3分钟。治疗II组和治疗III组的小鼠，分别在二氢卟吩e6给药后4小时用本发明 以功率为4w/cm2、频率为1. 56MHz的超声波治疗3分钟。超声波治疗后小鼠在相同环境下饲养，每天测量肿瘤组织的长径(a)、短径(b)和 厚度(c)。肿瘤体积计算公式体积=(aXbXc)/2。实验和计算结果见表2和图4。在图4中曲线CT为对照组、曲线C为二氢卟吩e6 治疗I组、曲线u为超声波治疗II组、曲线UC为超声波结合二氢卟吩e6治疗组III组对 肿瘤细胞的杀伤和抑制效果曲线。表2本发明所发出的超声波对肿瘤细胞的杀伤和抑铜
对照组治疗I组治疗II组治疗III
128.83107.773577.‘7270786.56447
122.7461106.563695.1090876.37525
132.2583121.7131113.,522899.‘77228
158.6843165.6157112.,0186116,.2343
222.2762213.5952147.,9799119,.7004
246.466242.7298170.,8318140,.1772
276.6046216.9718193.,6614138,.6714
296.7185265.3993223.,2483151,.0523
337.0319300.0001212.,8037173,.9428
402.1103369.5947251.,9363195,.3942
380.7247337.8522276.,3748221,.0892
439.0842382.4295315.,2231225,.5753
416.5853424.6773344.,6919244,.6356
7
498.2107515.2697420.0659285.0075
617.9186558.7027428.9787327.4702
673.9645623.7841522.9317342.4719
797.7121679.9167514.5372376.5527
882.1899673.3418594.0855405.2863
由表2可见，实验小鼠肿的瘤大小随毫,时间的延迟在各组中呈现出差异性，
卟吩e6治疗I组对H22肿瘤的生长抑制作用与对照组比较差异性不明显；超声波治疗II 组与对照组比较肿瘤体积增长相对较慢，说明使用功率为4W/cm2、频率为1. 56MHz的超声波 对肿瘤细胞具有杀伤抑制作用。超声波结合二氢卟吩e6治疗III组中的肿瘤体积增长比 超声波治疗组更加缓慢，说明二氢卟吩e6在超声激活下对肿瘤细胞具有显著的杀伤和抑 制作用。
8
权利要求
一种恒温多频超声细胞处理换能器，在壳体(1)上端设置有隔板(2)，隔板(2)上设置有超声换能器(5)，超声换能器(5)与隔板(2)之间隔板(2)的上表面设置有上封水层(9)、下表面设置有下封水减振层(10)，上封水层(9)的上表面设置有顶端装有上盖板(4)的围板(3)，其特征在于壳体(1)内侧壁上设置有温度控制器(11)，隔板(2)上设置有下部位于隔板(2)下壳体(1)内的进水管(6)和溢流管(7)，溢流管(7)通过导管与壳体(1)外联通，隔板(2)上还设置有通过导线与温度控制器(11)相连的温度传感器(8)；所说的隔板(2)上设置的超声换能器(5)至少有2个。
2.按照权利要求1所述的恒温多频超声细胞处理换能器，其特征在于所说的隔板(2) 上设置的超声换能器(5)排列在同一个圆周上或不同的圆周上。
3.按照权利要求1或2所述的恒温多频超声细胞处理换能器，其特征在于所说的超 声换能器(5)为安装在托架(5-3)上的围筒(5-7)下端设置有聚焦型压电晶片(5-6)， 聚焦压电晶片(5-6)为向下弯曲的球冠体，聚焦压电晶片(5-6)的曲率半径(R)为25 150mm，压电晶片(5-6)的下表面设置有减振层(5_5)，减振层(5-5)的下表面设置有固化层 (5-4)，压电晶片(5-6)的下表面设置有正极引线(5-1)和负极引线(5-2)，压电晶片(5_6) 的下表面正极引线(5-1)与负极引线(5-2)之间加工有正负电极隔离带(5-8)。
4.按照权利要求3所述的恒温多频超声细胞处理换能器，其特征在于所说的减振层 (5-5)为硅橡胶，减振层(5-5)的厚度为0. 1 1mm ；所说的固化层(5_4)为环氧树脂，固化 层(5-4)的厚度为0. 1 0. 6mm。
5.按照权利要求1所述的恒温多频超声细胞处理换能器，其特征在于所说的上封水 层(9)和下封水减振层(10)采用硅橡胶或环氧树脂制成，上封水层(9)和下封水减振层(10)的厚度为0.2 1. 6mm。
6.按照权利要求4或5所述的恒温多频超声细胞处理换能器，其特征在于所说的硅 橡胶为南大703硅橡胶或南大704硅橡胶或南大705硅橡胶；所说的环氧树脂为神力铃胶 或E-001AB或环氧粘接剂AB胶。
7.按照权利要求1所述的恒温多频超声细胞处理换能器，其特征在于所说的进水管 (6)的内径小于溢流管(7)的内径，溢流管(7)的顶端高度大于进水管(6)的顶端高度。
全文摘要
一种恒温多频超声细胞处理换能器，在壳体上端设置有隔板，隔板上5至少设置有2个频率为0.5MHz～3.5MHz的超声换能器，超声换能器与隔板之间隔板的上表面设置有上封水层、下表面设置有下封水减振层，上封水层的上表面设置有顶端装有上盖板的围板，壳体内侧壁上设置有温度控制器，隔板上设置有下部位于隔板下壳体内的进水管和溢流管，溢流管通过导管与壳体外联通，隔板上还设置有通过导线与温度控制器相连的温度传感器。本发明经动物实验表明，功率为4W/cm2、频率为1.56MHz的超声波对肿瘤细胞具有杀伤抑制作用，二氢卟吩e6在超声激活下对肿瘤细胞具有显著的杀伤和抑制作用。
文档编号A61N7/00GK101972519SQ20101028142
公开日2011年2月16日 申请日期2010年9月14日 优先权日2010年9月14日
发明者任金莲, 刘全宏, 张明铎, 牛勇, 王攀, 王筱冰 申请人:陕西师范大学