【技术实现步骤摘要】
本技术属于生物力学仪器领域，特别涉及一种基于芯片化培养的电磁驱动细胞生物力学刺激装置。
技术介绍
1、研究表明骨骼肌、骨、软骨、平滑肌等多种组织的细胞都能在体外培养环境中响应力学刺激而发生取向。同时，力学刺激信号能有效影响调控多种组织的生理活动，如骨骼肌组织的成肌分化、骨组织的破骨与成骨过程等。组织工程是一种结合材料支架、细胞、及生长因子在体外进行人工组织构建的新兴研究。将工程化组织整合在微流控芯片当中构建的器官组织芯片，在对药物筛选及浓度测定、器官组织生理相关的研究中有重要的价值。但如何给予器官组织芯片中的工程化组织以合适的仿生刺激，诱导其成熟而具备与体内生理组织相近的结构与功能，目前仍是一个重大挑战。
2、目前，仿生生物力学刺激是当前研究最深入广泛的刺激方式，电机驱动方式和气压驱动方式是当前构建生物力学刺激装置的两种主流方法，代表性的商业化产品包括日本品牌sterx的电机驱动细胞力学刺激装置和美国品牌flexcell的气压驱动细胞力学刺激装置。但是上述这两类装置用于刺激芯片内的工程化组织存在以下困难：(1)当前的电机驱动或气压驱动装置都无法模拟类似的瞬时变化力，与体内组织在生理状态下的受力与发力特征有重大区别。(2)器官组织芯片需保持与外环境相对隔离独立，以保证微流控灌注的进行并无菌无污染，但是电机驱动装置需要传动杆等实体零件，将力学刺激传导至芯片内组织，不利于芯片保持相对隔离独立，有一定染菌风险。
3、目前最新还出现了通过电磁力学磁刺激的方法对细胞产生刺激，如申请号202122156216.5，但是
4、因此，针对现有技术不足，提供一种基于芯片化培养的电磁驱动细胞生物力学刺激装置以解决现有技术不足甚为必要。
技术实现思路
1、本技术的主要目的在于避免现有技术的不足之处而提供一种基于芯片化培养的电磁驱动细胞生物力学刺激装置。该基于芯片化培养的电磁驱动细胞生物力学刺激装置产生的电磁场垂直贯穿于培养芯片，从而大大提高了作用力；同时将培养液循环进入培养芯片，因此培养芯片无需使用较大的培养液存储空间。
2、本技术的上述目的通过以下技术措施实现：
3、提供一种基于芯片化培养的电磁驱动细胞生物力学刺激装置，设置有用于承载细胞的培养芯片、用于对培养芯片间歇产生磁场的电磁场发生模块和使培养液在所述培养芯片中循环并进行气体交换的培养液循环模块，所述培养芯片位于所述电磁场发生模块产生的电磁场中，所述培养液循环模块与所述培养芯片管路连接。
4、优选的，上述电磁场发生模块设置有两块电磁铁，一块所述电磁铁的n极与另一块所述电磁铁的s极相对，且在所述电磁铁之间设置有用于放置所述培养芯片的放置通道。
5、优选的，上述电磁铁产生的磁场线至少一部分垂直贯穿所述放置通道。
6、优选的，上述培养芯片设置有用于放置细胞的芯片本体、夹具组件、进液管和出液管，所述夹具组件可拆卸装配于所述芯片本体的外部，所述进液管和所述出液管分别贯穿于所述芯片本体，所述芯片本体放置于所述放置通道，所述进液管和所述出液管分别与所述培养液循环模块连接。
7、优选的，上述芯片本体设置有顶板、中空的芯片主体、用于承载细胞的弹性载片和磁性件，所述顶板可密封盖设于所述芯片主体的上方，所述弹性载片和所述磁性件均位于所述芯片主体的内部，且所述弹性载片的一侧固定于所述芯片主体的侧壁，所述磁性件固定于所述弹性载片的另一侧。
8、优选的，上述弹性载片位于放置通道的中心，且所述电磁铁产生的磁场线垂直贯穿于所述弹性载片。
9、优选的，上述芯片主体的内部设置有平台和两个缓冲腔，两个所述缓冲腔分别位于所述平台的两侧，一个所述缓冲腔与所述进液管连通，另一所述缓冲腔与所述出液管连通，所述弹性载片放置于所述平台。
10、优选的，上述夹具组件设置有上夹具和下夹具，所述上夹具设置于所述顶板的末端，所述芯片主体位于所述下夹具的容纳室内，所述上夹具与所述下夹具可拆卸装配。
11、优选的，上述培养液循环模块设置有泵体、用于存放培养液的气体交换仓和半透膜，所述半透膜设置于所述气体交换仓的内部，所述气体交换仓与所述泵体以管路连通，所述泵体的出液端与所述进液管连通，所述气体交换仓的入液端与所述出液管连通。
12、优选的，上述顶板为透明顶板，且将所述顶板与所述弹性载片之间的距离定义为d，存在0.5cm≤d≤1.0cm。
13、本技术的一种基于芯片化培养的电磁驱动细胞生物力学刺激装置，设置有用于承载细胞的培养芯片、用于对培养芯片间歇产生磁场的电磁场发生模块和使培养液在所述培养芯片中循环并进行气体交换的培养液循环模块，所述培养芯片位于所述电磁场发生模块产生的电磁场中，所述培养液循环模块与所述培养芯片管路连接。本技术与现有技术相比的有益效果是：(1)电磁场垂直贯穿于培养芯片，即使在培养芯片内部磁性件体积较小情况下仍能产生较大的生物力学刺激；(2)培养芯片内部无需使用较大的培养液存储空间，培养液是通过通培养液循环模块循环流入培养芯片中，因此可实现细胞的芯片化培养；(3)磁场对细胞施加生物力学，且磁场的分布不受培养芯片的阻隔，电磁场发生模块与培养芯片完全分离，降低了染菌概率；(4)电磁场发生模块能产生瞬时变化的拉伸或压缩负荷，更符合仿生学要求。
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1.一种基于芯片化培养的电磁驱动细胞生物力学刺激装置，其特征在于：设置有用于承载细胞的培养芯片、用于对培养芯片间歇产生磁场的电磁场发生模块和使培养液在所述培养芯片中循环并进行气体交换的培养液循环模块，所述培养芯片位于所述电磁场发生模块产生的电磁场中，所述培养液循环模块与所述培养芯片管路连接。
2.根据权利要求1所述的基于芯片化培养的电磁驱动细胞生物力学刺激装置，其特征在于：所述电磁场发生模块设置有两块电磁铁，一块所述电磁铁的N极与另一块所述电磁铁的S极相对，且在所述电磁铁之间设置有用于放置所述培养芯片的放置通道。
3.根据权利要求2所述的基于芯片化培养的电磁驱动细胞生物力学刺激装置，其特征在于：所述电磁铁产生的磁场线至少一部分垂直贯穿所述放置通道。
4.根据权利要求2所述的基于芯片化培养的电磁驱动细胞生物力学刺激装置，其特征在于：所述培养芯片设置有用于放置细胞的芯片本体、夹具组件、进液管和出液管，所述夹具组件可拆卸装配于所述芯片本体的外部，所述进液管和所述出液管分别贯穿于所述芯片本体，所述芯片本体放置于所述放置通道，所述进液管和所述出液管分别与
5.根据权利要求4所述的基于芯片化培养的电磁驱动细胞生物力学刺激装置，其特征在于：所述芯片本体设置有顶板、中空的芯片主体、用于承载细胞的弹性载片和磁性件，所述顶板可密封盖设于所述芯片主体的上方，所述弹性载片和所述磁性件均位于所述芯片主体的内部，且所述弹性载片的一侧固定于所述芯片主体的侧壁，所述磁性件固定于所述弹性载片的另一侧。
6.根据权利要求5所述的基于芯片化培养的电磁驱动细胞生物力学刺激装置，其特征在于：所述弹性载片位于放置通道的中心，且所述电磁铁产生的磁场线垂直贯穿于所述弹性载片。
7.根据权利要求5所述的基于芯片化培养的电磁驱动细胞生物力学刺激装置，其特征在于：所述芯片主体的内部设置有平台和两个缓冲腔，两个所述缓冲腔分别位于所述平台的两侧，一个所述缓冲腔与所述进液管连通，另一所述缓冲腔与所述出液管连通，所述弹性载片放置于所述平台。
8.根据权利要求5所述的基于芯片化培养的电磁驱动细胞生物力学刺激装置，其特征在于：所述夹具组件设置有上夹具和下夹具，所述上夹具设置于所述顶板的末端，所述芯片主体位于所述下夹具的容纳室内，所述上夹具与所述下夹具可拆卸装配。
9.根据权利要求4所述的基于芯片化培养的电磁驱动细胞生物力学刺激装置，其特征在于：所述培养液循环模块设置有泵体、用于存放培养液的气体交换仓和半透膜，所述半透膜设置于所述气体交换仓的内部，所述气体交换仓与所述泵体以管路连通，所述泵体的出液端与所述进液管连通，所述气体交换仓的入液端与所述出液管连通。
10.根据权利要求5所述的基于芯片化培养的电磁驱动细胞生物力学刺激装置，其特征在于：所述顶板为透明顶板，且将所述顶板与所述弹性载片之间的距离定义为d，存在0.5cm≤d≤1.0cm。
...【技术特征摘要】
1.一种基于芯片化培养的电磁驱动细胞生物力学刺激装置，其特征在于：设置有用于承载细胞的培养芯片、用于对培养芯片间歇产生磁场的电磁场发生模块和使培养液在所述培养芯片中循环并进行气体交换的培养液循环模块，所述培养芯片位于所述电磁场发生模块产生的电磁场中，所述培养液循环模块与所述培养芯片管路连接。
2.根据权利要求1所述的基于芯片化培养的电磁驱动细胞生物力学刺激装置，其特征在于：所述电磁场发生模块设置有两块电磁铁，一块所述电磁铁的n极与另一块所述电磁铁的s极相对，且在所述电磁铁之间设置有用于放置所述培养芯片的放置通道。
3.根据权利要求2所述的基于芯片化培养的电磁驱动细胞生物力学刺激装置，其特征在于：所述电磁铁产生的磁场线至少一部分垂直贯穿所述放置通道。
4.根据权利要求2所述的基于芯片化培养的电磁驱动细胞生物力学刺激装置，其特征在于：所述培养芯片设置有用于放置细胞的芯片本体、夹具组件、进液管和出液管，所述夹具组件可拆卸装配于所述芯片本体的外部，所述进液管和所述出液管分别贯穿于所述芯片本体，所述芯片本体放置于所述放置通道，所述进液管和所述出液管分别与所述培养液循环模块连接。
5.根据权利要求4所述的基于芯片化培养的电磁驱动细胞生物力学刺激装置，其特征在于：所述芯片本体设置有顶板、中空的芯片主体、用于承载细胞的弹性载片和磁性件，所述顶板可密封盖设于所述芯片主体的上方，所述弹性载片和所述磁性件均位于所述芯片主体的内...
【专利技术属性】
技术研发人员：吴耀彬，黄文华，余鎏，胡澜澜，李婷，曾冠杰，
申请(专利权)人：南方医科大学，
类型：新型
国别省市：
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