專利名稱：紅細胞—固體壁面高速碰撞顯微可視化實驗裝置的制作方法
紅細胞一固體壁面高速碰撞顯微可視化實驗裝置
技術領域：
本發明涉及一種紅細胞一固體壁面高速碰撞顯微可視化實驗裝置。
背景技術：
心臟功能衰竭嚴重威脅患者生命。藥物治療和手術治療方法都難以取得明顯的效果，而器官移植治療又面臨著捐獻者過少的困難。為了取得更好的治療效果，醫學工作者和研究人員期望利用人工機械性血液泵來維持患者體內的血液循環，挽救患者生命，改善生活質量。然而，由于血液泵內的葉片轉速高達幾千轉，甚至上萬轉，導致血液內的紅細胞在高速運動下和血液泵葉片、壁面等部件發生碰撞，進而導致溶血，即紅細胞膜破裂，血紅蛋白發生游離，紅細胞無法正常工作，這也成為人工血液泵發展的瓶頸問題。傳統研究認為血液泵內紅細胞溶血是由于流動產生的剪切力導致的，而對于血液運動中紅細胞與血液泵部 件高速碰撞導致的溶血鮮有研究，而且目前相關研究中紅細胞的流動速度較低，故而全面研究高速碰撞條件下紅細胞的溶血問題，具有十分重要的工程和學術意義。

發明內容本發明的目的在于提供一種紅細胞一固體壁面高速碰撞顯微可視化實驗裝置，實現紅細胞一固體壁面高速碰撞的顯微可視化，觀測不同流速以及不同碰撞壁面條件下紅細胞的運動過程以及與固體壁面發生碰撞的過程，并獲取大量運動和碰撞過程中的瞬時圖像，對高速碰撞條件下的溶血進行研究。為達到上述目的，本發明采用以下技術方案予以實現。一種紅細胞-固體壁面高速碰撞顯微可視化實驗裝置，包括高速相機、光學顯微鏡、注射器、微量注射泵、圖像采集計算機、微通道、廢液收集杯和雙光源；微通道固定于載物臺上，入口孔與出口孔通過管路分別和注射器與廢液收集杯相連；注射器安裝在微量注射泵上；光學顯微鏡設置于微通道上方，高速相機設置于光學顯微鏡上方并和圖像采集計算機相連；雙光源設置于微通道的下方。本發明進一步的改進在于所述注射器中裝載紅細胞懸浮液，實驗時微通道內紅細胞懸浮液的流動速度為O. lm/s-3m/s，流速較高，高于目前其他相關研究中的流速。本發明進一步的改進在于微通道選用與血液和紅細胞生物相容性較好的材料。本發明進一步的改進在于微通道的材質為聚二甲基硅氧烷。本發明進一步的改進在于所述雙光源為顯微光源和突光光源構成的雙光源；光學顯微鏡中設置有濾光片。本發明進一步的改進在于微通道呈T或Y形，微通道包括一個入口孔和兩個出口孔。本發明進一步的改進在于光學顯微鏡對細胞運動和碰撞過程進行放大和觀測，高速相機用于獲取碰撞過程中的瞬態圖像，并在圖像采集計算機中進行圖像輸出。本發明進一步的改進在于在配制紅細胞懸浮液過程中，使用微米級內徑過濾網對紅細胞懸浮液進行多次過濾。本發明進一步的改進在于實驗中，每隔一段時間對注射器中紅細胞懸浮液進行均勻化。相對于現有技術，本發明具有以下優點本發明建立了一種對血液泵內紅細胞和固體壁面高速碰撞過程的模擬實驗系統，實現紅細胞-固體壁面高速碰撞的顯微可視化，觀測不同流速以及不同碰撞壁面條件下紅細胞的運動過程以及與固體壁面發生碰撞的過程，并獲取大量運動和碰撞過程中的瞬時圖像，對高速碰撞條件下的溶血進行研究；為闡明溶血機理，建立溶血模型，確定影響參數等相關研究提供理論基礎和參考數據。本發明中，在動力系統的推動下，使紅細胞在實驗微通道中流過，和微通道固體壁面發生高速碰撞；利用高速顯微成像系統對紅細胞的運動和碰撞過程進行觀測和成像；實驗中微通道內紅細胞懸浮液的測量流動速度范圍為O. lm/s-3m/s，流動速度較高，高于目前 其它相關研究中的流速(mm/s或cm/s量級)。由于紅細胞的尺寸在5_10 μ m左右，以及紅細胞的運動速度較高，紅細胞的流動通道選擇尺寸為微米級的微通道。在選擇微通道的制作材料時，要充分考慮到血液和紅細胞的生物相容性。微通道分為T形微通道和Y形微通道兩種結構(T形和Y形微通道分別代表著血液泵內相對平坦的和相對彎曲的碰撞面)，而兩種不同結構各自包含多種不同尺寸。以新鮮血液離心過濾制成的一定濃度下的紅細胞懸浮液作為實驗流動溶液，通過微通道。以微量注射泵推動注射器作為動力系統，注射器盛載實驗紅細胞懸浮液，利用微量注射泵的定常或者脈動流量推動來實現一定流速下的實驗。通過改變微量注射泵的流量，實現不同流速下的實驗。以光學顯微鏡和高速相機以及計算機作為成像系統，利用光學顯微鏡對細胞運動和碰撞過程進行放大和觀測，利用高速相機獲取過程中的瞬態圖像，并在計算機中進行圖像輸出。此外，為了使高速運動中的成像區域更加明顯，在光學顯微鏡中裝設了濾光片，同時利用顯微光路和熒光光路結合的雙光路對視場進行照亮，有效增加視場亮度，改善觀測和所獲圖像效果。本發明可以對紅細胞在微通道內高速流動和碰撞過程進行觀測，并獲取不同流速下的流動和碰撞圖像，可進一步獲得紅細胞在運動過程中的形態變化規律，為高速碰撞條件下的溶血研究提供必要依據。

圖I是實驗系統示意圖；圖2是T形微通道結構整體圖；圖3是T形微通道測試段局部放大圖；圖4是Y形微通道結構整體圖；圖5是Y形微通道測試段局部放大圖。
具體實施方式下面結合附圖和具體實施例對本發明作進一步詳細說明。請參閱圖I至圖5所示，首先對微通道7進行說明。微通道7結構如圖2、3、4、5所示，其中T形和Y形微通道分別代表相對平坦和彎曲的碰撞壁面。微通道7的尺寸為微米級，可根據需要制作不同尺寸的微通道。在選擇微通道的制作材料時，要充分考慮到血液和紅細胞的生物相容性，可選擇與血液和紅細胞生物相容性較好的材料，優選為PDMS(polydimethylsiloxane,聚二甲基娃氧燒)。實驗中微通道7內紅細胞懸浮液的測量流動速度范圍為O. lm/s-3m/s，流動速度較高，高于目前其他相關研究中的流速。請參閱圖I所示，本發明一種紅細胞一固體壁面高速碰撞顯微可視化實驗裝置，包括高速相機I、光學顯微鏡2、注射器3、微量注射泵4、圖像采集計算機5、微通道7、廢液收集杯8和雙光源9，10。微通道7固定于載物臺上，含有一個入口孔71和兩個出口孔72，入口孔71與出口孔72通過管路6分別和注射器3與廢液收集杯8相連。工作時，紅細胞懸浮液在動力作用下從入口孔71流入，經過微通道7內部，進而從出口孔72流出至廢液收集杯8。參照圖1，實驗裝置動力系統包括微量注射泵4和注射器3。注射器3裝置在微量注射泵4上，并通過管路和微通道入口孔相連。將配制好的紅細胞懸浮液承載于注射器3中，在微量注射泵4的動力作用下，在微通道內形成紅細胞懸浮液的定常或者脈動流動。在配制紅細胞懸浮液的過程中，使用過濾網對紅細胞懸浮液進行多次過濾，有效防止雜質對 實驗的干擾。每隔一段時間，需要對注射器3中的紅細胞懸浮液進行均勻化，以防止濃度分層對實驗產生的影響。可以通過改變微量注射泵4的流量設置，來實現不同流速下的實驗，獲得結果進行對比。參照圖1，實驗裝置成像系統包括光學顯微鏡2，高速相機I以及圖像采集計算機5。光學顯微鏡2設置于微通道7上方，利用光學顯微鏡2對微通道7內紅細胞流動及碰撞過程進行放大和直接觀測。高速相機I和圖像采集計算機5相連，高速相機I設置于光學顯微鏡2上方，通過高速相機I對經過光學顯微鏡2放大后的流動和碰撞圖像進行獲取，并利用圖像采集計算機5進行圖像輸出，在一種流速工況下可獲取多組圖像。光學顯微鏡2中設置有濾光片，采用顯微光源9和熒光光源10相結合的雙光路對視場進行照亮，從而有效增加視場亮度，改善圖像質量。從而實現紅細胞一固體壁面高速碰撞實驗的顯微可視化。實驗裝置工作時，開啟微量注射泵4，設置流量，推動注射器3，紅細胞懸浮液在微通道7內形成定常流動。利用光學顯微鏡2進行觀察，高速相機I進行成像，圖像采集計算機5采集數據并輸出圖像。通過實驗，對紅細胞的運動過程和與固體壁面的高速碰撞過程進行觀測，獲得紅細胞的運動和變化規律，實現了紅細胞一固體壁面高速碰撞的顯微可視化，對高速碰撞條件下的溶血進行研究；通過改變流速，對紅細胞運動速度對溶血的影響進行研究；通過不同結構微通道的實驗，對碰撞壁面結構特征對溶血的影響進行研究，為高速碰撞條件下的溶血研究提供理論基礎和參考依據。
權利要求
1.一種紅細胞一固體壁面高速碰撞顯微可視化實驗裝置，其特征在于包括高速相機(I)、光學顯微鏡(2)、注射器(3)、微量注射泵(4)、圖像采集計算機(5)、微通道(7)、廢液收集杯(8)和雙光源(9，10);微通道(7)固定于載物臺上，入口孔(71)與出口孔(72)通過管路分別和注射器(3)與廢液收集杯(8)相連；注射器(3)安裝在微量注射泵(4)上；光學顯微鏡(2 )設置于微通道(7 )上方，高速相機(I)設置于光學顯微鏡(2 )上方并和圖像采集計算機(5)相連；雙光源設置于微通道(7)的下方。
2.根據權利要求I所述的一種紅細胞一固體壁面高速碰撞顯微可視化實驗裝置，其特征在于所述注射器中裝載紅細胞懸浮液，實驗時微通道(7)內紅細胞懸浮液的流動速度為 O. lm/s_3m/s。
3.根據權利要求I所述的紅細胞一固體壁面高速碰撞顯微可視化實驗裝置，其特征在于微通道(7)選用與血液和紅細胞具有生物相容性的材料。
4.根據權利要求I所述的紅細胞一固體壁面高速碰撞顯微可視化實驗裝置，其特征在于微通道(7)的材質為聚二甲基硅氧烷。
5.根據權利要求I所述的紅細胞一固體壁面高速碰撞顯微可視化實驗裝置，其特征在于所述雙光源為顯微光源(9)和突光光源(10)構成的雙光源；光學顯微鏡(2)中設置有濾光片。
6.根據權利要求I所述的紅細胞一固體壁面高速碰撞顯微可視化實驗裝置，其特征在于微通道(7)呈T或Y形，微通道(7)包括一個入口孔(71)和兩個出口孔(72)。
7.根據權利要求I所述的紅細胞-固體壁面高速碰撞顯微可視化實驗裝置，其特征在于光學顯微鏡(2)對細胞運動和碰撞過程進行放大和觀測，高速相機(I)用于獲取高速碰撞過程中的瞬態圖像，并在圖像采集計算機(5)中進行圖像輸出。
8.根據權利要求2所述的紅細胞-固體壁面高速碰撞顯微可視化實驗裝置，其特征在于在配制紅細胞懸浮液過程中，使用微米級內徑過濾網對紅細胞懸浮液進行多次過濾。
9.根據權利要求2所述的紅細胞一固體壁面高速碰撞顯微可視化實驗裝置，其特征在于實驗中，每隔一段時間對注射器中紅細胞懸浮液進行均勻化。
全文摘要
本發明涉及一種紅細胞—固體壁面高速碰撞顯微可視化實驗裝置，包括高速相機、光學顯微鏡、注射器、微量注射泵、圖像采集計算機、微通道、廢液收集杯和光源；微通道固定于載物臺上，入口孔與出口孔通過管路分別和注射器與廢液收集杯相連；注射器安裝在微量注射泵上；光學顯微鏡設置于微通道上方，高速相機設置于光學顯微鏡上方并和圖像采集計算機相連；光源設置于微通道的下方；所述注射器中裝載紅細胞懸浮液，實驗時微通道內紅細胞懸浮液的流動速度為0.1m/s-3m/s。本發明可對紅細胞運動中，在高速碰撞條件下溶血損傷進行顯微可視化研究，獲得紅細胞的形態變化規律，為高速碰撞條件下的溶血研究提供理論基礎和參考依據。
文檔編號G01N21/84GK102879399SQ20121036104
公開日2013年1月16日 申請日期2012年9月25日 優先權日2012年9月25日
發明者謝永慧, 李平, 鄭璐, 張荻 申請人:西安交通大學