一种非均匀高梯度离体细胞磁场力学加载装置.pdf

一种非均匀高梯度离体细胞磁场力学加载装置，涉及生物医学实验装置，包括磁场力学加载组件，加载磁极；导磁横杆，第一和第二导磁套筒，第一和第二磁极固定杆构成U型磁场力学加载组件；加载磁极由平端磁极和一组可更换尖端磁极套件组成；平端磁极插入第一磁极固定杆；可更换尖端磁极套件包括一组具有不同倾斜度α的圆柱形单向尖端磁极，旋转尖端磁极的角度或者更换不同倾斜度α的磁极，可获得不同梯度、强度及方向的非均匀磁场；可更换尖端磁极套件插入第二磁极固定杆，与平端磁极相对，形成非均匀高梯度磁场力学加载区。可对多种类型细胞进行磁场力学加载，适应不同容量的离体细胞，对离体细胞细胞骨架产生不同梯度和不同强度及方向的剪切应力。

权利要求书
1.  一种非均匀高梯度离体细胞磁场力学加载装置，包括磁场力学加载组件，加载磁极，用于产生磁场的可控脉冲电源和连接到可控脉冲电源的电磁线圈，以及用于检测磁场强度的高斯计，其特征在于：
所述的磁场力学加载组件包括导磁横杆，第一导磁套筒，第二导磁套筒，第一磁极固定杆，第二磁极固定杆；所述的第一导磁套筒通过第一磁极固定杆连接到导磁横杆的一端，所述的第二导磁套筒通过第二磁极固定杆连接到导磁横杆的另一端；在第一导磁套筒、第二导磁套筒和/或导磁横杆上配置所述的电磁线圈，构成U型磁场力学加载组件；
所述的加载磁极由平端磁极和一组可更换尖端磁极套件组成；所述的平端磁极插入第一磁极固定杆的连接孔内；
所述的可更换尖端磁极套件包括一组具有不同倾斜度的圆柱形单向尖端磁极，旋转尖端磁极的角度或者更换不同倾斜度的磁极，可获得不同梯度、强度及方向的非均匀磁场；
所述的可更换尖端磁极套件插入第二磁极固定杆的连接孔内，与所述的平端磁极相对，形成非均匀高梯度磁场力学加载区。

2.  根据权利要求1所述的非均匀高梯度离体细胞磁场力学加载装置，其特征在于所述的平端磁极和可更换尖端磁极套件，可分别在第一磁极固定杆和第二磁极固定杆的连接孔内抽动，从而调整两磁极间的距离，以适应不同容量的离体细胞试样，并改变磁场加载强度。

3.  根据权利要求1所述的非均匀高梯度离体细胞磁场力学加载装置，所述的可更换尖端磁极套件是一组倾斜度分别为15°、30°、45°、60°、75°和90°的单向尖端磁极。

4.  根据权利要求1、2或3所述的非均匀高梯度离体细胞磁场力学加载装置，其特征在于还包括第一导磁连接杆和第二导磁连接杆，所述的第一导磁连接杆位于第一导磁套筒的底部，所述的第二导磁连接杆位于第二导磁套筒的底部；置于第一导磁套筒内的第一磁极固定杆，可以沿第一导磁连接杆滑动伸缩，置于第二导磁套筒内的第二磁极固定杆，可以沿第二导磁连接杆滑动伸缩，从而调整所述的平端磁极和可更换尖端磁极套件的中心位置，改变非均匀高梯度磁场力学加载区的长度。

5.  根据权利要求4所述的非均匀高梯度离体细胞磁场力学加载装置，其特征在于所述 的第一导磁连接杆和第二导磁连接杆连接到一组高度调节管和高度调节座，通过改变高度调节管和高度调节座的连接高度，可改变非均匀高梯度磁场力学加载区的高度。

说明书一种非均匀高梯度离体细胞磁场力学加载装置
技术领域
本发明涉及生物医学实验装置，尤其涉及一种用于产生非均匀高梯度磁场实现离体细胞磁场力学加载的生物科研器械。
背景技术
细胞研究是目前再生医学研究的热点，近年研究表明在微环境中物理因素——机械力对细胞迁移、分化及增殖具有重要作用。通过对细胞加载机械应力刺激验证细胞力学网络存在的合理性，观察加载细胞细胞骨架的形变，以及分化的趋势。中国发明专利申请“一种用于离体细胞的脉冲磁场装置”（中国发明专利申请号：201210492992.5申请公布号：CN102968154A）公开了一种用于离体细胞磁场生物效应研究的脉冲磁场装置，由频率控制电路、占空比控制电路、导通控制电路、电磁转换装置和场强控制电路、控制电源、采样电路、采样器件、保持电路、选择电路和A/D转换与LED显示电路组成，其中的电磁转换装置具有一个用“口”型矽钢片堆制成的磁芯,磁芯的一边缠绕有线圈，另一边开有一个作为磁场作用区域的小缺口，在小缺口间隙处设有间隙调整块和辅助固定板，通过改变线圈电流的大小和磁芯间隙的距离来实现脉冲磁场装置的场强控制。
但是，现有的磁力加载装置仅能够通过改变线圈电流的大小和磁芯间隙的距离改变磁场作用区的整体磁场强度，对已预处理的离体细胞进行强度及方向均匀的应力加载，产生恒定应力刺激，诱导离体细胞的定向迁移，还没有针对于单个细胞的不同部位细胞骨架进行应力加载的磁力加载装置。现有的磁力加载装置都不能对细胞不同部位细胞骨架加载不同机械应力刺激，不能解决产生非均匀高梯度的剪切应力的技术问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种非均匀高梯度离体细胞磁场力学加载装置，所产生的磁场磁力方向及大小可以随实验的需要而调整，磁场强度在空间中可呈非均匀高梯度分布，可以满足不同细胞不同方向及强度的磁力加载。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：
一种非均匀高梯度离体细胞磁场力学加载装置，包括磁场力学加载组件，加载磁极，用于产生磁场的可控脉冲电源和连接到可控脉冲电源的电磁线圈，以及用于检测磁场强 度的高斯计，其特征在于：
所述的磁场力学加载组件包括导磁横杆，第一导磁套筒，第二导磁套筒，第一磁极固定杆，第二磁极固定杆；所述的第一导磁套筒通过第一磁极固定杆连接到导磁横杆的一端，所述的第二导磁套筒通过第二磁极固定杆连接到导磁横杆的另一端；在第一导磁套筒、第二导磁套筒和/或导磁横杆上配置所述的电磁线圈，构成U型磁场力学加载组件；
所述的加载磁极由平端磁极和一组可更换尖端磁极套件组成；所述的平端磁极插入第一磁极固定杆的连接孔内；
所述的可更换尖端磁极套件包括一组具有不同倾斜度的圆柱形单向尖端磁极，旋转尖端磁极的角度或者更换不同倾斜度的磁极，可获得不同梯度、强度及方向的非均匀磁场；
所述的可更换尖端磁极套件插入第二磁极固定杆的连接孔内，与所述的平端磁极相对，形成非均匀高梯度磁场力学加载区。
本发明的非均匀高梯度离体细胞磁场力学加载装置的一种较佳的技术方案，其特征在于所述的平端磁极和可更换尖端磁极套件，可分别在第一磁极固定杆和第二磁极固定杆的连接孔内抽动，从而调整两磁极间的距离，以适应不同容量的离体细胞试样，并改变磁场加载强度。
本发明的非均匀高梯度离体细胞磁场力学加载装置的一种更好的技术方案，所述的可更换尖端磁极套件是一组倾斜度分别为15°、30°、45°、60°、75°和90°的单向尖端磁极。
本发明的非均匀高梯度离体细胞磁场力学加载装置的一种改进的技术方案，其特征在于还包括第一导磁连接杆和第二导磁连接杆，所述的第一导磁连接杆位于第一导磁套筒的底部，所述的第二导磁连接杆位于第二导磁套筒的底部；置于第一导磁套筒内的第一磁极固定杆，可以沿第一导磁连接杆滑动伸缩，置于第二导磁套筒内的第二磁极固定杆，可以沿第二导磁连接杆滑动伸缩，从而调整所述的平端磁极和可更换尖端磁极套件的中心位置，改变非均匀高梯度磁场力学加载区的长度。
本发明的非均匀高梯度离体细胞磁场力学加载装置的一种进一步改进的技术方案，其特征在于所述的第一导磁连接杆和第二导磁连接杆连接到一组高度调节管和高度调节座，通过改变高度调节管和高度调节座的连接高度，可改变非均匀高梯度磁场力学加载区的高度。
本发明的有益效果是：
1、本发明的非均匀高梯度离体细胞磁场力学加载装置，可对多种类型细胞（干细胞、肿瘤细胞等）进行磁场力学加载。
2、本发明的非均匀高梯度离体细胞磁场力学加载装置，通过调整磁极间距离，适应不同容量的离体细胞，并改变磁场加载强度，对离体细胞细胞骨架产生不同梯度的剪切应力刺激。
3、本发明的非均匀高梯度离体细胞磁场力学加载装置，通过更换具有一定倾斜率的单向磁极改变磁场加载强度及方向，对单个细胞不同部位细胞骨架产生不同强度及方向的剪切应力，通过对细胞加载机械应力刺激验证细胞力学网络存在的合理性，观察加载细胞细胞骨架的形变，以及分化趋势。
附图说明
图1是本发明的非均匀高梯度离体细胞磁场力学加载装置的结构示意图；
图2是本发明的非均匀高梯度离体细胞磁场力学加载装置的正面视图；
图3是本发明的非均匀高梯度离体细胞磁场力学加载装置的左视图。
图中，110-导磁横杆，121-第一导磁套筒，122-第二导磁套筒，131-第一磁极固定杆，132-第二磁极固定杆，141-平端磁极，142-可更换尖端磁极套件，211-第一导磁连接杆，212-第二导磁连接杆，220-高度调节管，230-高度调节座。
具体实施方式
为了能更好地理解本发明的上述技术方案，下面结合附图和实施例进行进一步地详细描述。
本发明的非均匀高梯度离体细胞磁场力学加载装置的一个实施例如图1至图3所示，包括磁场力学加载组件，加载磁极，用于产生磁场的可控脉冲电源和连接到可控脉冲电源的电磁线圈，以及用于检测磁场强度的高斯计；在图1至图3所示的实施例中，所述的磁场力学加载组件包括导磁横杆110，第一导磁套筒121，第二导磁套筒122，第一磁极固定杆131，第二磁极固定杆132；所述的第一导磁套筒121通过第一磁极固定杆131连接到导磁横杆110的一端，所述的第二导磁套筒122通过第二磁极固定杆132连接到导磁横杆110的另一端；在第一导磁套筒121、第二导磁套筒122和/或导磁横杆110上配置所述的电磁线圈，构成U型磁场力学加载组件；
所述的加载磁极由平端磁极141和一组可更换尖端磁极套件142组成；所述的平端磁极141插入第一磁极固定杆131的连接孔内；
所述的可更换尖端磁极套件142包括一组具有不同倾斜度α的圆柱形单向尖端磁极，旋转尖端磁极的角度或者更换不同倾斜度α的磁极，可获得不同梯度、强度及方向的非均匀磁场，对单个细胞不同部位细胞骨架产生不同强度及方向的剪切应力。
所述的可更换尖端磁极套件142插入第二磁极固定杆132的连接孔内，与所述的平端磁极141相对，形成非均匀高梯度磁场力学加载区。
所述的平端磁极141和可更换尖端磁极套件142，可分别在第一磁极固定杆131和第二磁极固定杆132的连接孔内抽动，从而调整两磁极间的距离S（参见图2），以适应不同容量的离体细胞，并改变磁场加载强度，对离体细胞细胞骨架产生不同梯度的剪切应力刺激。
所述的可更换尖端磁极套件142是一组倾斜度α分别为15°、30°、45°、60°、75°和90°的单向尖端磁极。
根据图1和图3所示的实施例，本发明的非均匀高梯度离体细胞磁场力学加载装置还包括第一导磁连接杆211和第二导磁连接杆212，所述的第一导磁连接杆211位于第一导磁套筒121的底部，所述的第二导磁连接杆212位于第二导磁套筒122的底部；置于第一导磁套筒121内的第一磁极固定杆131，可以沿第一导磁连接杆211滑动伸缩，置于第二导磁套筒122内的第二磁极固定杆132，可以沿第二导磁连接杆212滑动伸缩，从而调整所述的平端磁极141和可更换尖端磁极套件142的中心位置，改变非均匀高梯度磁场力学加载区的长度L，参见图3。
根据图1至图3所示的本发明的非均匀高梯度离体细胞磁场力学加载装置的实施例，所述的第一导磁连接杆211和第二导磁连接杆212连接到一组高度调节管220和高度调节座230，通过改变高度调节管220和高度调节座230的连接高度，可改变非均匀高梯度磁场力学加载区的高度H，参见图2。
本发明的非均匀高梯度离体细胞磁场力学加载装置操作流程如下：
1、根据显微镜或操作平台的型号和试样容量，调节本发明的非均匀高梯度离体细胞磁场力学加载装置的磁场力学加载组件，改变非均匀高梯度磁场力学加载区的长度L和高度H；
2、将本发明的非均匀高梯度离体细胞磁场力学加载装置连接到显微镜或操作平台；
3、将细胞培养皿放置在平端磁极141和可更换尖端磁极套件142之间；
4、打开可控脉冲电源产生磁场；
5、调节磁极间距离S改变磁场强度，对细胞进行磁力加载；
6、更换合适倾斜度α的尖端磁极，产生满足试样要求的非均匀高梯度磁场；
7、使用高斯计检测磁场强度，采集记录实验数据；
8、数据收集及分析。
本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明的技术方案，而并非用作为对本发明的限定，任何基于本发明的实质精神对以上所述实施例所作的变化、变型，都将落在本发明的权利要求的保护范围内。