专利名称：可实施多方向电刺激的平板流动腔的制作方法平板流动腔是体外研究切应力对细胞生物学特性影响的主要装置之一，可用于研究细胞粘附、细胞聚集、细胞变性、细胞运动和细胞对力学刺激响应等诸多领域，其核心部分是一个高度远小于长度和宽度的扁平流动腔室。平板流动腔设计中一般力求组装简单， 可操作性强，同时便于实时观察。多数平板流动腔里为定常层流。在此基础上，根据研究的需要已出现各式各样的平板流动腔。为研究流动剪切力作用下两细胞的相互作用，上海交通大学沈宝荣等提出一种由聚苯乙烯底座、双面胶和聚碳酸酯上板构成的细胞联合培养流动腔，所提供的流动腔可方便地进行实时显微镜观察，也有助于进行细胞电生理膜片钳技术研究(沈宝荣，严志强，齐颖新，许文燮，姜宗来，细胞联合培养流动腔，中国发明专利，申请号 201010216353. 7)。北京航空航天大学樊瑜波等提出一种利用可渗透膜分隔成两个流动腔的细胞联合培养流动腔，同时实现两种细胞在线共培养的同时施加剪切应力(樊瑜波， 孙联文，杨肖，蒲放，贡向辉，用于体外细胞共培养的力学加载流动装置，中国发明专利，申请号201010293367. 9)。为使流动腔底面获得大范围层流剪切力分布均勻区域，四川大学刘肖珩等提出一种非对称入口平行平板流动腔，采用非对称的T型入流口和水平出流口结构，在入流口与出流口处各设有一个高度大于出入流口直径的缓冲池(刘肖珩，曾烨，吴江，非对称入口平行平板流动腔，中国发明专利，申请号201010165038. 6)。为模拟内皮细胞在流动环境，上海理工大学丁皓等提出一种圆管流动腔内皮细胞培养装置，使细胞同时受到周向切应力、切应力、正应力等(丁皓，赵灵犀，尚昆，陈齐欧，徐晶晶，沈力行，圆管流动腔内皮细胞培养装置，中国发明专利，申请号2010101519154.幻。为模拟脉动流动，上海理工大学丁皓等提出一种平板流动腔细胞培养系统(丁皓，尚昆，赵灵犀，沈力行，虞倩倩， 缪伟伟，吴芳芳，平板流动腔细胞培养系统，中国发明专利，申请号201110088607. 6)。为获得连续剪切力作用，中国科学院力学研究所钱民全等提出一种体外细胞培养平行圆板流动腔，包括上下两块间距可调的同轴圆板，可形成从圆心沿半径方向到圆板边缘呈线性增加的剪切力作用(钱民全，彭荣蕤，赵笃凤，钱大兴，萧蓝，体外细胞培养平行圆板流动腔，中国实用新型专利，专利号ZL 01231650. 4)。他们还提出一种将从两块平板腔体入口到腔体出口方向为倾斜的腔体，实现连续剪切力作用(钱民全，彭荣蕤，赵笃凤，钱大兴，萧蓝，体外细胞培养装置中的非平行平板流动腔，中国实用新型专利，专利号ZL 01231652.0)。然而，目前还少见有装置可以同时对细胞施加剪切力和电刺激的流动腔装置，特别是能施加多个方向电刺激的平板流动腔。发明内容本发明要解决的技术问题是提供一种可同时对施加流体剪切力和电刺激的平板流动腔，不仅可以施加多个方向电刺激，而且方便后续显微镜下观察细胞。为解决上述技术问题，本发明的可实施多方向电刺激的平板流动腔包括三层平板和两层垫片，上平板设置有流体进出口，上垫片设置有导流槽，中平板设置矩形狭缝，下垫片设置有流动小室。培养液由上平板流体进口进入上垫片中三角形导流槽，使得流体充分发散并受到缓冲的作用有效的降低入口的扰流现象。充分发散的培养液由中平板上矩形狭缝进入流体动小室。为保证流体流过流体动小室时满足层流、二维流动、充分发散的流动， 流体动小室宽度和长度均应大大于流体动小室厚度与放在其中的电极板的厚度之差。为进一步实现多方向的电刺激，所述中平板在位于流动小室上方设有电极板，下平板在位于流动小室下方放置电极板，流动小室四边分别放置一对电极和电极。为方便后续显微镜下观察细胞，下平板上放置的电极板由铟锡氧化物导电玻璃制得，可以加载电刺激又透明。此电极可以制备成厚度一致的平板，实现均一的流体剪切力作用；也可以制备成厚度均勻变化的楔形板，实现连续剪切力作用。在进行流动腔实验时在电极表面种细胞，或者根据实验的需要对电极表面进行表衬再种细胞。中平板上电极板通过胶粘在中平板上，其连接导线通过刻在中平板上的小槽引出，利用密封胶密封。中平板上电极板和流动小室四周电极板均可由铟锡氧化物导电玻璃或者铟锡氧化物导电膜或者银、金或钼等贵金属板制得。连接这些电极板的导线铺设在下垫片上刻的小槽，放置好导线后用密封胶密封。平板流动腔通过螺栓或者夹具装配好后，通过聚四氟乙烯导管与储液槽和蠕动泵构成一个的循环流动的体系。储液槽中的液体由蠕动泵泵出后，沿着导管流入平板流动腔， 对电极板上的细胞施加剪切力作用，然后流出，沿着流出导管回到储液槽中。工作时，除蠕动泵以外，其他装置都放在培养箱内。通过信号发生器和稳压电源给各对电极施加连续、脉冲等多种作用形式和强度的电刺激。电刺激时可以单独一对电极作用，也可以几对电极同时作用。综上所述，本发明的平板流动腔通过在流动小室六个面安装电极板，实现对细胞施加剪切力的同时，在不同电极上加载不同形式和强度电流对细胞进行电刺激。与现有平板流动腔相比，利用透明铟锡氧化物导电玻璃制备放置在流动小室底部的电极有利于后续显微镜下观察细胞，还可以通过改变透明铟锡氧化物导电玻璃厚度实现均一流体剪切力或连续剪切力作用，这也是本发明提出的关键之一。本发明提供的平板流动腔可根据实验要求选择不同的电刺激方式和强度，也可以选择不同的流体剪切力作用，所实现的平板流动腔结构简单紧凑，有望在更多生物力学研究中发挥重要作用。用于制备放置在流动小室底部的电极的材料不仅局限于铟锡氧化物导电玻璃，只要选择的材料透明且导电，对细胞无明显毒性即可。为简洁起见，本发明主要以铟锡氧化物导电玻璃为例加以阐述，其他透明导电材料也可以采用相同的原理。

图1是本发明提供的可实施多方向电刺激的平板流动腔的结构示意图2是本发明提供的可实施多方向电刺激的平板流动腔的剖视图3是本发明提供的可实施多方向电刺激的平板流动腔的俯视图4是本发明提供的可实施多方向电刺激的平板流动腔的仰视图5是图2所示可实施多方向电刺激的平板流动腔沿图2中的A-A线的剖视图6是图2所示可实施多方向电刺激的平板流动腔沿图2中的B-B线的剖视图7是图2所示可实施多方向电刺激的平板流动腔沿图2中的C-C线的剖视图8是本发明提供的可实施多方向电刺激的平板流动腔的另一实施例中流动小室底面电极板的剖视图。
其中1-导管；2-上平板；3-上垫片；4-导流槽；5-中平板；6_矩形狭缝；7_电极板；8-导线；9-导线；10-下垫片；11-下平板；12-导线；13-导线；14-电极；15-导线； 16-电极板；17-电极；18-流动小室；19-细胞；20-螺栓；21-螺帽。

以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
图1是本发明提供的可实施多方向电刺激的平板流动腔的结构示意图，其结构剖视图、俯视图和仰视图分别如图2、图3和图4所示，图5、图6和图7分别是图2中A-A线、 B-B线和C-C线的剖视图，图8是本发明提供的可实施多方向电刺激的平板流动腔的另一实施例中流动小室底面电极板的剖视图。由图1、图2、图3和图4可知，本发明的可实施多方向电刺激的平板流动腔由三层平板和两层垫片叠加组成，上平板2设置有流体进出口，上垫片3设置有导流槽4，中平板5设置矩形狭缝6，下垫片10设置有流动小室18。流体动小室18宽度和长度均应大大于流体动小室18厚度与放在其中的电极板16的厚度之差。上平板2、中平板5和下平板11可由聚碳酸酯、树脂玻璃或金属等材料制备，上垫片3和下垫片10可由硅树脂等制备。如图5、图6和图7可知，培养液由上平板2上导管1进入上垫片 3中三角形导流槽4，使得流体充分发散并受到缓冲的作用有效的降低入口的扰流现象。充分发散的培养液由中平板5上矩形狭缝6进入流体动小室18。
所述中平板5在位于流动小室18上方设有电极板7。由铟锡氧化物导电玻璃制成的电极(16放置在下平板11上，位于流动小室18下方。流动小室18四边分别放置一对电极14和电极17。电极16可以制备成厚度一致的平板，实现均一的流体剪切力作用。由图8可知，电极16也可以制备成厚度均勻变化的楔形板，实现连续剪切力作用。在进行流动腔实验时在电极16表面种细胞19，或者根据实验的需要对电极16表面进行表衬再种细胞19。电极板7、电极14和电极17由铟锡氧化物导电玻璃或者铟锡氧化物导电膜或者银、 金或钼等贵金属板制得。中平板5上电极板7通过胶粘连接，电极板7的连接导线通过刻在中平板5上的小槽引出，并通过密封胶密封。下垫片10上刻有小槽，用于铺设连接电极板16、电极14和电极17的导线8、导线13和导线15、导线9和导线12，导线放入小槽后再用密封胶密封。
上平板2、中平板5、下平板11、上垫片3和下垫片10同一位置处加工有通孔，用于装配螺栓20，通过螺帽21压紧装配。螺栓20的个数可以根据平板流动腔的大小对称设置 4-40个。在平板流动腔尺寸较小时也可以直接用夹具压紧装配，不设置螺栓20连接。使用时，将接种好细胞19的电极板16放入流动小室18后，通过螺栓或者夹具装配好平板流动腔，通过聚四氟乙烯导管与储液槽和蠕动泵构成一个的循环流动的体系。储液槽中的液体由蠕动泵泵出后，沿着导管流入平板流动腔，对电极板16上的细胞19施加剪切力作用，然后流出，沿着流出导管回到储液槽中。工作时，除蠕动泵以外，其他装置都放在培养箱内。通过信号发生器和稳压电源给各对电极施加连续、脉冲等多种作用形式和强度的电刺激。电刺激时可以单独一对电极作用，也可以几对电极同时作用。
本发明提供的平板流动腔通过在流动小室六个面安装电极板，实现对细胞施加剪切力的同时，在不同电极上加载不同形式和强度电流对细胞进行电刺激。利用透明铟锡氧化物导电玻璃制备放置在流动小室底部的电极有利于后续显微镜下观察细胞，还可以通过改变透明铟锡氧化物导电玻璃厚度实现均一流体剪切力和连续剪切力作用。正是由于这些综合因素，使得本发明提供的流动腔结构紧凑，可靠，相比以往的平板流动腔有很大的优势。


本发明公开了一种可实施多方向电刺激的平板流动腔，由三层平板和两层垫片叠加组成，上平板(2)设置有流体进出口，上垫片(3)设置有导流槽(4)，中平板(5)设置矩形狭缝(6)，下垫片(10)设置有流动小室(18)，中平板(5)在位于流动小室(18)上方设有电极板(7)，下平板(11)在位于流动小室(18)下方放置电极板(16)，流动小室(18)四边分别放置一对电极(14)和电极(17)，在对细胞施加剪切力的同时，在不同电极上加载不同形式和强度电流对细胞(19)进行电刺激，该装置结构简单紧凑，且方便后续显微镜下观察细胞。