一种改进型动态应变三维细胞培养装置的研制
力学环境下组织工程骨动态载荷培养装置的改进
力学环境下组织工程骨动态载荷培养装置的改进摘要本文介绍了一种用于组织工程骨动态载荷培养装置，在原有装置基础上，分别从驱动系统、控制系统和细胞培养系统三方面进行改进，新装置不仅能为组织工程骨提供动三维动态培养条件，而且操作简便，控制精度高。
关键词组织工程骨；力学刺激；动态载荷中图分类号r31 文献标识码a 文章编号 1674-6708（2013）83-0102-021 概述大段骨缺损的修复重建一直是骨科领域中亟待解决的难题，随着研究的深入，其治疗方法逐步从传统的自体骨和异体骨移植等治疗手段深入到组织工程、人工骨材料、基因工程领域。
在体外构建组织工程化活性骨有望成为解决上述难题的一种有效方法[1]。
组织工程骨的传统构建方法是在体外将具有成骨分化能力的种子细胞与三维骨支架材料静态复合培养一定时间后，植入体内修复骨缺损。
在静态培养环境下，由于重力作用造成三维支架内部细胞数量不足，分布不均匀；而且在人体内，细胞是生长在机体提供的微动力学环境中，因此静态培养无法满足组织工程骨构建的要求[2]。
研究表明力学刺激能促进成骨和骨再生，是调节细胞生理功能的重要因素。
因而组织工程骨的培养需要提供适宜的压应力刺激，适当的力学刺激能诱导和促进种子细胞增殖、增加生长因子分泌和细胞外基质合成。
因此采用三维动态培养取代传统的静态培养方法己经成为组织工程骨体外构建的一种新趋势[3]。
为了更好地进行组织工程骨的培养与骨生物力学的研究，我们对前期已研制出的组织工程骨动态载荷培养装置进行改进，设计建立了一套新型的动态载荷培养装置。
新装置不仅能提供良好的三维培养条件，而且能在培养过程中进行精确的力学刺激和检测工作，为下一步在体外进行组织工程骨的动态培养和探讨力学刺激对细胞生物学特性的影响提供一种可靠的培养装置与研究平台。
2 系统设计2.1 设计原理新、旧装置的设计原理基本相同：通过电机驱动加载压头对种子细胞—三维骨支架复合材料进行压应力刺激，使之作用于附着在支架上的细胞。
一种三维细胞培养方法[发明专利]
![一种三维细胞培养方法[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/a3cc878c783e0912a3162ac8.png)
专利名称：一种三维细胞培养方法专利类型：发明专利
发明人：余俊潮,李杰
申请号：CN201811643544.4申请日：20181230
公开号：CN109628370A
公开日：
20190416
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明涉及一种三维细胞培养方法，包括以下步骤：将细胞置入细胞培养基中，将载有细胞的细胞培养基加入至三维细胞组织生物反应器内的培养盘上，除去培养液上的气泡；启动三维细胞组织生物反应器，三维细胞组织生物反应器带动其培养盘进行振荡和转动；其中，所述培养盘的振荡角度为4‑12度，转速为5‑30rpm。
相对现有技术，本发明的三维细胞组织生物反应器带动其培养盘进行振荡和转动，使得细胞培养基内的所述细胞均匀交换养分和气体，并且细胞与细胞之间有足够的接触，有利于细胞聚集，加快细胞培养；转铁蛋白、胰岛素、硒酸钠、SCF、IL‑3、IL‑6和TPO的stemspan无血清培养基能为细胞培养提供有利的环境和养分，有利于细胞繁殖速度提升。
申请人：深圳光彩生命工程技术有限公司
地址：518101 广东省深圳市宝安区新安街道留仙一路高新奇二期二栋11楼
国籍：CN
代理机构：深圳市钧含知识产权代理有限公司
代理人：符立新
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动态3D培养装置及动态3D培养方法[发明专利]
![动态3D培养装置及动态3D培养方法[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/f0b9d5040975f46526d3e110.png)
专利名称：动态3D培养装置及动态3D培养方法专利类型：发明专利
发明人：魏伟,嵐山芮,李永生
申请号：CN201810741526.3
申请日：20180705
公开号：CN108795760A
公开日：
20181113
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：动态3D培养装置及动态3D培养方法，属于细胞培养领域。
动态3D培养装置包括：培养机构，具有培养腔室。
3D培养支架，设置于培养腔室。
以及调节机构，同培养机构及3D培养支架中的至少一者连接，用于调节3D培养支架与培养腔室的底部之间的距离。
动态3D培养方法包括将附有待培养细胞的3D培养支架伸入盛有培养液的培养机构所具有的培养腔室的底部进行细胞培养。
将3D培养支架及培养机构中的至少一者与调节机构连接，调节调节机构逐渐增大3D培养支架到培养腔室的细胞培养面的距离。
二者使细胞能在操控下生长成不同形状、大小的团块。
申请人：广州市天河诺亚生物工程有限公司
地址：510000 广东省广州市高新技术产业开发区南云四路1号
国籍：CN
代理机构：北京超凡志成知识产权代理事务所(普通合伙)
代理人：李进
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一种新型的超动态应变仪
增益 带宽
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2 000
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有 自动 调 零 功能
3
4
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信噪 比
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即 电 阻 实 现 平 衡 白动 调
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其 适 用 的 测 量 讯号极 为宽 广
白静 态 讯 号直 至 2
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冲 击 等瞬 态 讯 号均 可 准
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了配 备
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越 于 日 本 三 荣 的 6 M 系 列 的 同 类产 品
还配备
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稳定 性
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标 定 应变 范 围
【CN209836208U】一种可程序化换气的三维细胞培养装置【专利】
2 .根据权利要求1所述的三维细胞培养装置，其特征在于：所述质量流量控制器还包括 人机交互界面 ，所述 质量流量控 制器通过串口 与所述人机交互界面 相连接 ，以 设置的 所述 培养瓶中通气量。
(74)专利代理机构 北京纪凯知识产权代理有限 公司 11245
代理人 关畅
(51)Int .Cl . C12M 3/06(2006 .01) C12M 1/36(2006 .01) C12M 1/24(2006 .01) C12M 1/04(2006 .01)
(10)授权公告号 CN 209836208 U (45)授权1页
CN 209836208 U
CN 209836208 U
权 利 要 求 书
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1 .一种可程序化换气的三维细胞培养装置，其特征在于：该装置包括培养瓶、质量流量 控制器和程序化软件系统部件；
所述培养瓶上包括进气口 和排气口 ，且所述进气口 和所述排气口上分别通过导管连接 一过滤网，以进行无菌过滤；
背景技术 [0002] 三维细胞培养技术(three-dimensionalcell culture ,TDCC)是指将具有三维结 构不同材料的载体与各种不同种类的细胞在体外共同培养，使细胞能够在载体的三维立体 空间结构中迁移、生长，构成三维的细胞-载体复合物。三维细胞培养技术有着重要的应用。 普通的二维细胞培养由于细胞在体外生存的微环境与体内相差巨大，细胞在生长过程中丧 失了原有的性状，往往和体内情况不相符，而动物实验完全在体内进行，但由于体内的多种 因素 制约以 及体内 和外界环境 相互影响而变得复 杂化 ，难以 研究单一过程 ，且难以 研究中 间过程。三维细胞培养技术是介于单层细胞培养与动物实验之间的 一 种技术 ，既能最大程 度的 模拟体内 环境 ，又能 展现细胞培养的 直观性及条件可控性的 优势。现有技术中提供的 旋转式三维细胞培养装置为细胞代谢提供了一定条件，该装置培养的细胞能贴壁均匀，生 长良 好。但是在进行细胞培养时需要向培养转瓶内充气 ，通气过程中不能控制气体的 流速 以及通气的时间。 [0003] 现有的三维培养装置，有部分仪器设备也有通气功能，但是通气的原理方式及精 准程度相差较大，很难精准的控制气流速度，甚至很难控制极低的气体流速。
细胞三维动态培养微器件的设计与制作
细胞三维动态培养微器件的设计与制作刘冲;刘涛;魏娟;江洋;梅学翠;李经民【摘要】细胞培养是进行细胞研究的基础,为了在细胞体外培养时提供一种近似于体内的微环境,设计了一种可供细胞三维动态培养的微器件.首先设计了用于输运流体的微通道网络,培养池对称布置于微通道网络中,通过一系列"多进多出"型微通道分别与进样口和出样口相连.利用Comsol软件中的层流物理场和多孔介质物理场耦合对培养池内的流场进行仿真,通过比较流场的均一性和稳定性优化微通道网络结构.然后,采用静电直写技术在培养池内集成聚己内酯(PCL)三维支架,构建细胞三维培养空间.最后,封合微器件,检测微器件培养池内的流体流动情况,并进行细胞实验.实验结果表明,"2×2"型微器件培养池内的流体稳定性和均一性较好;PCL三维支架的纤维间距400μm,纤维直径80μm,孔隙率64%,细胞存活率达到90%以上.该细胞三维动态培养微器件更好地模拟了生物体内细胞生存所需的微环境,培养池内的细胞生长良好,满足设计要求.【期刊名称】《光学精密工程》【年(卷),期】2018(026)007【总页数】8页(P1672-1679)【关键词】微器件;微流控;三维动态培养;多孔介质;静电直写;三维支架【作者】刘冲;刘涛;魏娟;江洋;梅学翠;李经民【作者单位】大连理工大学辽宁省微纳米及系统重点实验室 ,辽宁大连116024;大连理工大学辽宁省微纳米及系统重点实验室 ,辽宁大连116024;大连理工大学辽宁省微纳米及系统重点实验室 ,辽宁大连116024;大连理工大学辽宁省微纳米及系统重点实验室 ,辽宁大连116024;厦门大学机电工程系 ,福建厦门361005;大连理工大学辽宁省微纳米及系统重点实验室 ,辽宁大连116024【正文语种】中文【中图分类】TB559;TN4051 引言细胞作为生命体的基本单元，在揭示生命规律、治疗疑难疾病、进行药物筛选方面有着重要的研究价值[1]。
旋转式三维细胞培养装置的研制
旋转式三维细胞培养装置的研制赵灵犀;丁皓;徐萌;尚昆;沈力行【期刊名称】《中国组织工程研究》【年(卷),期】2011(015)019【摘要】BACKGROUND:It is widely used that vitro culturing endothelial cells to study atherosclerosis mechanism, and the key issues are if the monolayer endothelial cells could resist blood attack and how to achieve cells growth well-distributed.OBJECTIVE: To develop a device that could supply a three-dimensional condition for cells to realize growth stick to elastic silicon chamber in order to improve growth uneven.METHODS: It introduced structure and functions of the device from controlled unit, mechanical unit and cells culture unit, and then used it to carry out an umbilical vein endothelial cells culture experiment.RESULTS AND CONCLUSION: Rotary three-dimensional cells culture device could provide condition for cells metabolism and growth sticking to elastic silicon chamber well-distributed.%背景:内皮细胞体外培养形成的单层内皮细胞能否抵抗血流的冲击,如何实现细胞均匀分布生长是实验中的常见问题.目的:针对背景问题,研制一种细胞培养装置,可提供细胞生长的三维环境,实现细胞贴硅胶弹性腔管壁生长,改善细胞的分布不均.方法:从控制单元、机械单元和细胞培养单元介绍了该装置的结构与功能,并利用该装置进行一例脐静脉内皮细胞培养实验.结果与结论:旋转式三维细胞培养装置为细胞代谢提供了一定条件,该装置培养的细胞能贴壁均匀,生长良好.【总页数】3页(P3531-3533)【作者】赵灵犀;丁皓;徐萌;尚昆;沈力行【作者单位】上海理工大学医疗器械与食品学院,上海市,200093;上海理工大学医疗器械与食品学院,上海市,200093;上海医疗器械高等专科学校,上海市,200093;上海理工大学医疗器械与食品学院,上海市,200093;上海医疗器械高等专科学校,上海市,200093;上海理工大学医疗器械与食品学院,上海市,200093;上海医疗器械高等专科学校,上海市,200093【正文语种】中文【中图分类】R394.2【相关文献】1.三维旋转式自动进样器的研制 [J], 周志恒;赵雅云;荣庆丰2.一种改进型动态应变三维细胞培养装置的研制 [J], 张玉龙;秦廷武;杨志明3.智能化动态应变三维细胞培养装置的研制 [J], 秦廷武4.旋转式楔形连接装置研制及其在立井提升中的应用 [J], 张峰5.旋转式变压器呼吸器连接装置的研制 [J], 黄诗敏因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
那仁乌拉铜多金属矿成矿地质条件分析及矿床成因_崔永翔
基础科学Basic Science那仁乌拉铜多金属矿成矿地质条件分析及矿床成因崔永翔内蒙古自治区第九地质矿产勘查开发院，内蒙古锡林浩特 026000摘要本文分析了内蒙古自治区那仁乌拉地区的地质背景、物探异常特征和矿体特征，探讨了本区成矿地质条件和金属矿成矿规律，并对本区成矿前景、找矿标志及成因类型进行了简单阐述。
关键词 那仁乌拉铜金属矿；成矿地质条件；激电异常中图分类号TD3 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2013）83-0103-020 引言那仁乌拉铜多金属矿位于内蒙古镶黄旗旗府所在地新宝拉格镇北东约70公里，行政区划隶属镶黄旗巴彦塔拉镇管辖。
1973年，内蒙古自治区区域地质测量队，在本区开展了K-50-XIII（正镶白旗）幅1:20万区域地质调查，编写有正镶白旗幅区域地质调查报告，建立了地层系统，划分了侵入岩的期次，查明了构造轮廓。
在该矿区东南部圈出了一个钨矿化点，为该矿区进一步普查找矿工作提供了可靠的区域地质资料。
1981年，内蒙古自治区地质局111地质队，在本区进行了普查找矿工作，并著有“内蒙古自治区镶黄旗那仁乌拉——黄花乌拉一带以钨为主综合普查报告”。
圈定化探异常多个，为本区的地质找矿工作提供了靶区。
内蒙古自治区第九地质矿产勘查开发院在2007-2008年对那仁乌拉铜多金属矿开展了普查工作，并且开展了地表填图及电法测量工作，发现矿化带3条，圈定激电异常2个，对本区的成矿地质条件及找矿思路有了一定认识。
1区域地质简况本区大地构造位置隶属内蒙古中部地槽褶皱系，温都尔庙-翁牛特旗加里东地槽褶皱带；处于镶黄旗复向斜之北翼，温都尔庙-西拉木伦河超岩石圈断裂在测区北通过。
区内断裂构造较发育，受大地构造的控制和影响，构造线主要表现为北东向和北西向展布的特点。
区内地层较发育，出露地层主要为下二叠统三面井组（P1sm）,额里图组（P1e）；上侏罗统该组玛尼吐组（J3mn），白音高老组（J3b）；下白垩统大磨拐河组（K1d）；第三系上新统宝格达乌拉组（N2b）；第四系全新统（Qh）。
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生物医学工程研究Journal of Bi om edical Engi neering R es earch2008,27(4):248～2503基金项目:国家自然科学基金资助项目(30570469);四川省青年科技基金资助项目(06Z Q026-040)。
△通信作者 q @一种改进型动态应变三维细胞培养装置的研制3张玉龙,秦廷武△,杨志明(四川大学华西医院生物治疗国家重点实验室干细胞与组织工程研究室,成都610041)摘要:介绍了一种用于组织工程研究的改进型动态应变细胞培养装置,针对原有的旧设备,分别从控制单元的硬件和软件设计、机械单元结构及细胞培养单元的结构三方面进行改进和升级,新装置使用范围广、可控精度高、操作简单。
关键词:组织工程;细胞培养;生物反应器;机械刺激;动态应变中图分类号:R318 文献标识码:A 文章编号:167226278(2008)0420248203The Development of an Impr oved Dyna mic StrainDevice for Thr ee -dimensional Cell Cultur eZHANG Yulong ,QIN Tingw u ,YANG Zhiming(Div ision o f Stem Cell and T issue Engin eering ,State Key Labo ratory o f Bio therapy ,W est China Ho spital ,Sichuan Univ ersity ,Ch engdu 610041,China)A bstr act :An im proved dynamic strain device for cell culture used in tissue engineering is introduced in th is paper.It is im proved in three aspects including the des ign of hard w are and s oftw are o f controlled unit ,the s tructure o f mechanical unit ,and the cell culture unit compared w ith the old d evice.The ad vantag es o f the new dev ice are als o discussed.K ey w or ds :T issu e engineering;Cell culture ;Bioreactor ;Mechanical stimulus ;D ynam ic strain1 引 言随着组织工程的进一步发展,传统的静态培养已经不能满足组织工程的要求。
在细胞-支架复合物静态培养中,由于重力的因素,细胞很容易聚集在载体外或载体底部,导致支架中细胞生长分布不均、成活率不高。
研究表明应力刺激是调节细胞生理功能的重要因素,对组织的形成起促进作用[1]。
组织工程化组织培养与应用的成功需要合适的应力(应变)条件,机械应力(应变)是一种重要的影响细胞结构和功能的外界刺激[2],适宜的机械刺激条件能诱导和促进体外细胞增殖[3]。
目前,广泛使用的细胞加载装置主要有旋转式生物反应器、灌注式生物反应器、基底膜拉伸式加载装置等。
旋转式生物反应器通过旋转模拟一种微重力环境[4],并且反应器的旋转还有利于氧气与营养成分的运输;灌注式生物反应器通过流体剪切力对细胞进行动态刺激[5],基底膜拉伸式装置通过气压[6]、液压[7]的方式作用于弹性膜,间接作用与附着在弹性膜上的细胞,使之受到拉伸刺激。
我们在2000年自行研制了一台动态细胞培养装置[8],用于体外细胞动态培养和组织工程化组织的体外构建,在长达近8年的使用过程中,已暴露出一些问题。
因此,为了更好的进行组织工程方面研究,综合考虑了其他生物反应器的优点后,我们又研制了一台改进型的动态应变三维细胞培养装置,针对老设备在诸多方面做了一些改进,新装置结构更为简单,操作更为方便,传质效率高,并且不易发生污染。
E mail :tw mcw 2 系统设计新装置与旧装置的总体设计基本相同:将细胞种植在三维支架材料中,通过电机驱动三维支架材料拉伸运动产生动态应变,使之作用于附着在支架材料中的细胞,见图1。
整个装置由控制单元、机械单元和细胞培养单元组成。
控制单元主要由微处理器、驱动电路和人机操作界面(显示器和键盘)组成;机械单元主要由直线步进电机、滚珠丝杠、滚珠丝母和直线导轨组成;细胞培养单元包括培养瓶、夹具、三维支架、细胞及培养液等。
机械单元和细胞培养单元置于C O 2培养箱中。
图1 系统结构框图Fig 1 S chem at ics of s ys t em s t ruct ure3 组成单元基本结构和工作原理3.1 控制单元3.1.1 硬件组成及工作原理 控制部分的原理框图见图2。
与老设备用89C51单片机作为控制核心图2 控制部分原理框图Fig 2 Schematics of t he con trol un it不同,新装置采用89C52+ispLSI 1032双片控制系统,具有极强的灵活性和通用性。
i spLSI 器件是当今世界上速度最快,密度最高的CP LD 之一,它采用先进的ISP (系统内编程)技术,使器件无需拆卸即可在系统内重新配置逻辑功能,使用复杂的可编程逻辑器件取代了老设备传统的标准集成电路、接口电路,因此,新装置的控制器体积明显减小,操作也更为快捷。
根据总体设计思想,其他硬件配置主要包括:74LS373地址锁存器,62256数据存储器,LED 数码管,一个键盘控制接口,步进电机驱动器SH -2H042Ma 等。
此装置通过键盘输入电机工作的初始值,包括电机运行的距离,运行的时间,工作频率。
微处理器89C52配合ispLSI1032完成按键的采集,将按键输入的数据进行处理运算,控制步进电机驱动器SH -2H042Ma 使电机按预设值转动。
3.1.2 软件工作原理 与旧仪器仅有脱机操作方式相比,新装置在此基础上增加了联机操作方式。
脱机操作条件下,用控制器控制仪器运动,通过控制器上的键盘输入电机工作参数。
而在联机操作时,操作者可以通过计算机控制设置软件运行时间,延时时间,4个时间段和运行位移参数,通过RS 232接口将数据传给控制器,控制器接受数据后,即按照计算机设置数据控制步进电机运行,同时将运行数据回送计算机。
计算机可以实时显示运行时间(延时时间)、运行的位移,极大地方便了操作者随时记录实验数据。
软件工作过程见图3。
图3 系统软件流程图Fig 3 The program frame of the sys t em3.2 机械单元机械部分执行的功能就是在水平方向上进行拉伸或压缩运动,旧仪器是通过三相步进电机先产生旋转运动,再通过相关的机械结构将旋转运动转变为直线运动。
而新装置直接采用直线步进电机,再通过滚珠丝杠和直线导轨就可以实现水平方向上的运动。
因此与旧仪器相比,新装置的机械结构更为942第4期 张玉龙,等:一种改进型动态应变三维细胞培养装置的研制 简单,体积明显减小,同时机械可控精度更高。
新装置机械原理为:直线步进电机通过连轴器与滚珠丝杠相连,在微处理器的控制下带动滚珠丝杠连同导轨产生周期性位移运动;位于培养瓶内的支架材料,一端固定在固定夹具上,另一端固定在活动夹具上,活动夹具通过限位插销与导轨相连,则支架材料随着导轨的运动产生动态应变。
3.3 细胞培养单元相比旧仪器而言,这部分的改进是最多的。
(1)细胞培养皿用聚四氟乙烯材料制作而成,取代原有的玻璃培养瓶,这种材料有优良的综合性能,耐高低温,耐腐蚀,不粘,自润滑,易清洗,适于细胞培养。
(2)原有的夹具全部由聚四氟乙烯材料制作而成,但由于聚四氟乙烯强度不高,因此长时间使用,夹具易变形;新设计的夹具由聚四氟乙烯(夹具下半部分)和不锈钢(夹具上半部分)组成,通过不锈钢钉将上、下部分固定,因此新夹具的强度和使用寿命都有所增强。
(3)夹具中间新增了一个活动压块,由聚四氟乙烯制成,通过一个不锈钢调节螺钉调节其上下运动,便于更好地夹紧支架材料。
(4)新设计的培养瓶前后侧分别开一个孔用于放置生物膜,阻断细菌的进入同时又使密封的培养瓶保持通透性。
4 讨论用细胞动态培养取代传统的静态培养方法已成为组织工程领域研究的热点,实现这一转变所需的工具就是体外细胞加载装置。
张延芳等人[9]用自制的旋转生物反应器提供微重力和低剪应力环境,扫描电镜结果显示,在反应器内培养的细胞生长速度、数量和形态明显优于24孔板静态培养。
李宏等[10]在构建组织工程肌腱的实验中,用生物反应器对细胞-材料复合物进行动态培养,结果表明恒定交变应力作用下培养的肌腱具有一定的组织结构和机械强度,明显优于静态培养的肌腱组织。
应力应变因素影响着组织的力学特性,因此,研究应变条件下的三维细胞培养技术具有重要的意义。
本研究所介绍的加载装置综合考虑上述生物反应器的优点,在原有自行研制的动态细胞加载装置的基础上做了进一步的改进,本装置(1)使用范围广,可产生伸长、压缩、既伸长又压缩三种应变方式;(2)可控应变范围大、控制精度更高,装置运行位移可在40mm范围内连续可调,可精确到0.01mm,应变频率可在5H z范围内连续可调;(3)操作可靠性、安全性高,不易发生污染;(4)操作界面更人性化,应变频率、应变作用时间等参数均可以由微机键盘随意设置。
本装置将为组织工程体外构建新型人工活性组织替代物的研究提供一种结构简单、使用方便的实验装置,目前此装置正用于实验室组织工程研究中。
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