流体剪切力是在生物体内的流体系统中普遍存在的一种作用力，主要存在于血管、输尿管、淋巴管及其他管道之中。液体和细胞膜之间摩擦产生的机械力通常称为流体剪切力，其对细胞的影响是多方面的，它能改变细胞形态，促使细胞重排骨架以拮抗由剪切力造成的变形，还会影响细胞内代谢和基因表达，并深刻影响细胞的功能，例如细胞增殖、凋亡、迁移等。由于生理状态下流体剪切力作用的存在，目前的科研工作要求实验者能够尽可能模拟生理环境，并能实时收集细胞样本和记录实验数据，用于下游的细胞生物学或分子生物学验证。纵使观察细胞膜表面是一大挑战，跨膜研究是目前生物医学研究的热点。Koster Shear-Stress 4160是一套专门为活细胞流体剪切力实验设计的完整解决方案。

流体剪切力的类型

• 平行层流
• 脉冲流
• 振荡流

实验流程

一，基本信息

活细胞流体剪切力显微成像系统是一套用于活细胞流体剪切力研究以及细胞膜表面微小物质动态观察的完整方案。该系统由研究级电动倒置荧光显微镜、TIRF（全内反射荧光）激光全内反射光路、活细胞培养装置、微流体控制单元、显微成像系统以及图像处理软件组成。微型活细胞培养箱用于维持显微镜载物台上细胞培养所需的外环境，是用于显微镜长时间观察活细胞动态变化过程的设备。它能够对生物样品进行长时间观察，体积小巧，可节省实验室空间。微流体系统能够模拟体内单向层流、摆动层流、脉冲层流的流动状态，对培养细胞施加特定大小的剪应力。该系统与培养箱兼容，可实现细胞在剪应力状态下的长时间培养。细胞培养室与显微镜配套，可直接进行显微成像。

• 可模拟细胞在生理上暴露于剪切应力的体内条件（如内皮细胞和上皮细胞）。
• 可用于细胞膜表面100-200nm范围内物质的动态观察、微小结构成像以及单分子成像，例如细胞膜上单个蛋白质的动力学研究、钙离子探测、药物追踪以及细胞结构成像等。
• 具备高速、高分辨率的全自动活细胞成像系统，并扩展了激光全内反射成像和转盘共聚焦成像功能。
• 可在限定的流动条件下对细胞进行数天至数周的培养，并实时记录实验数据。
• 提供各种规格和几何结构的通道载玻片，以满足灵活的细胞实验研究需求。

二．主要功能

· 具备明场、暗场、相差、微分干涉、荧光、激光全内反射成像和数码成像功能。可实现流体状态下活细胞变化的实时观察和实验数据记录，用于细胞膜表面100 - 200nm物质的动态观察，并且可升级转盘共聚焦等功能。可实现流体环境下活细胞的长时间培养。能够开展细胞层流实验、流体脉冲实验、流体摆动实验，设置流体剪切力、流速等参数以及实验循环等。

 

三．主要特点

· • 适用于心血管、免疫、肿瘤相关领域，可开展各种内皮细胞研究，并支持下游的分子生物分析。
• 模拟生理状态下各种血管流动模式，能够开展细胞层流实验、流体脉冲实验、流体摆动实验。
• 用于细胞膜表面100nm - 200nm物质的动态观察。
• 全自动研究级显微镜主机，扩展功能强大，可配置TIRF、转盘共聚焦成像功能。
• 采用超高灵敏度背照式SCMOS黑白相机，可进行高分辨率实时实验数据记录。
• 软件具有自动循环设置功能，可开展长达一周的流体剪切力实验。
• 剪应力范围：0.01 - 200dyn/cm²，适应各种生理状态的心血管实验要求。
• 高精度镜载活细胞培养装置，能有效控制温度、二氧化碳、氧气、湿度等各项培养条件。
• 搭配四个独立的流体单元，可进行平行实验以及不同对照实验。
• 高性能16通道全光谱LED光源，适合各种常见荧光染料DAPI、GFP/FITC、TRITC/TxRed/mCherry、Cy5、CY7的激发。
• 高精度防震台保证系统稳定工作。
• 专业的图像采集和流体实验软件：图像采集（6维采集）：多通道荧光叠加、时间序列拍摄、大图拼接、无损图像增强处理（亮度对比度调节、噪声消除）、自动分析测量（自动计数、长度面积测量、荧光定量分析）、实际流量设置（定义流速、剪切速率或剪切应力、周期持续时间、切换时间和端口）、实验状态设置（向计划程序添加更多周期、清除周期、重复所有循环）、流体系统校准。

 

四．系统介绍

· 全电动显微镜主机，具备电动Z轴调焦机构，内置1.5倍变倍镜与对中望远镜，设有显微镜状态指示灯和电动部件控制按钮。配置暗场聚光镜，可实现暗场功能，适合血小板暗场观察。

可配置60X或100X全复消色差全内反射油镜，适合观察细胞膜表面100nm - 200nm分子跨膜活动，可用于细胞膜上单个蛋白质动力学研究、钙离子探测、药物跟踪和细胞结构成像等。

显微镜配备电动XY移动平台，并附带控制器，可通过手柄控制XY方向的移动。同时配置了标本夹适配器，能够通过软件控制电动载物台的移动。显微镜焦点漂移补偿系统：可实时跟踪焦平面，且兼容全系列观察方式与物镜。

配备分辨率为400万像素、超高灵敏度的背照式SCMOS黑白相机，该相机由显微镜图像分析处理软件进行控制。

该系统配置有高功率固体激光器，具备488nm、561nm、638nm三个或更多独立激光器，每个激光头的功率为100mW。三个激光器通过整合器进行整合，然后经光纤输出，并连接到全内反射照明支架上。

高性能16通道全光谱LED光源，光谱输出范围为365nm~770nm；配置有16个独立的LED模块，适合各种常见荧光染料DAPI、GFP/FITC、TRITC/TxRed/mCherry、Cy5、CY7的激发。LED模块切换方式：可通过控制面板手动控制，也可通过显微镜软件或荧光通道TTL触发切换（最高可达20μs）。

显微镜活细胞培养装置，温度控制范围：室温到45°C，温度控制可同时控制4个通道，温度稳定：±0.1 °C。CO2浓度控制范围0.1% - 15%，控制精度0.1%；O2浓度控制范围0.5%-20%，控制精度≤0.5 %；湿度控制范围20% - 99%，控制精度≤1%；气体流速范围5-20L/h。温度控制器具有四个通道，可以同时加热四个配件。

气压控制泵，配置四个独立的流体单元,细胞和培养基独立，可进行平行实验以及不同对照实验

流体剪切力控制软件界面可以设置循环时间（0.1S—无限），阀门状态和切换周期，流动模式，包括单向流，振荡流和脉冲流，流速（0.03-40ml/min）；剪应力（0.3-200dyn/cm2）；压力（-100mbar—+100mbar）

专业的流体实验耗材，超薄底部设计和各种几何结构，模拟生理状态的流体环境

五. 主要结构