CN101333498B - 一种组织工程血管培养装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及组织工程血管的体外构建技术领域，公开了一种组织工程血管培养装置。本发明的目的是：提出一种专门用于组织工程血管、并具有旋转和灌注相结合的培养装置，其技术方案如下：1.一种组织工程血管培养装置，包括循环系统、转动系统、培养箱等，其特征在于：循环系统包括连接相通的：第一、二输送管路，第一、二输送管头、泵；转动系统包括：第一、二空心轴，第一、二、三、四密封零部件，连接机构，同步机构，血管支架材料制成的管状物，电机，传动机构；传动机构包括第一、二传动零件。有益效果是：提出了一种专门用于组织工程血管、并具有旋转和灌注相结合的培养腔新装置，等等。

Description

一种组织工程血管培养装置

技术领域

本发明涉及组织工程血管的体外构建技术领域，具体地讲是涉及一种组织工程血管培养装置。

背景技术

目前，为治疗心血管疾病以及外伤引起的血管损伤，临床需要大量的血管移植物，尤其是小口径(直径小于6mm)血管修复，例如修复冠状动脉或下肢循环。但自体或异体的血管以及高分子人造血管虽有应用于临床，但依然面临很多问题，比如来源有限、免疫排斥反应、远期通畅率不佳等等，因此目前研究的热点是应用体外构建组织工程化血管。体外组织构建是指：将自体的组织细胞、经体外扩增至一定数量后，再复合到支架材料上，进行供培养形成组织工程器官或组织的过程。

血管内皮细胞是在血管内壁形成完整的单层，直接接触血液，分泌各种生物活性物质，调节细胞黏附增殖及抗血栓。血管平滑肌细胞及其分泌的细胞外基质，例如胶原纤维和弹性纤维，为血管壁提供足够强度和弹性，因而它们成为构建组织工程血管的重要的种子细胞来源。

目前体外构建血管主要是内层单层内皮细胞和外层多层平滑肌细胞构成的复合组织，动态种植如旋转种植和加压种植可使这两种细胞在支架上排布均匀，为以后的培养过程奠定基础。

血液流体力学研究表明，适宜的力学信号有利于血管壁细胞维持其高度分化的表型，增加排布的有序程度，分泌细胞外基质，调节黏附增殖，增加血管强度及顺应性，内皮细胞主要受到血液流体剪切应力的影响，方向平行于细胞，平滑肌细胞主要受到由于血流搏动而产生的周期性环形张力的影响，方向垂直于细胞。因此，搏动灌流生物反应器可模拟体内血流动力学环境，在培养细胞的过程中十佳适宜的力学刺激，以获得与人体血管组织结构和功能更接近的组织工程血管，从而解决静态培养平滑肌层力学性能较差、内皮细胞不耐体内血流冲击的问题。

微重力环境下培养血管组织也是一种新的培养方式，采用外部的旋转方式，在低剪应力的条件下，培养物以悬浮状态存在。在这种培养条件下，细胞相比静态培养具有显著的分化特性。这一技术已应用于人工软骨等多种组织的三维培养。

体外构建组织工程血管的生物反应器虽已成功应用于实验室研究，但依然面临很多问题，例如，如何精确模拟体内的物理信号，如何保证其长期培养过程中不污染，如何提高自动化程度等等，都是有待于解决的问题。

组织工程血管构建分为动态种植，静态培养，动态培养三个步骤，一般动态种植和静态培养可在旋转反应器实现，随后的动态培养需要在灌注反应器或搏动反应器内完成，近年来所报道的技术方案，是将培养物在不同的反应器内进行培养，其间的转移需要对培养物进行取出、放入的操作，该操作存在污染的危险。

目前的旋转反应器培养腔多采用微重力培养装置。如已公开的二个美国专利：U.S.Pat.No.5,026,650、U.S.Pat.No.5,153,131，描述了一种可沿水平中轴旋转的培养腔，用于细胞培养，微载体及组织块悬浮。但其内容只有气体运输马达，而非培养液灌流装置。

旋转和灌流相结合的装置虽形式多样，但是没有专门用于组织血管的专门化设计。

另外，美国专利U.S.Pat.No.5,057,428和U.S.Patent4,988,623，以及中国专利CN 200410073314.0描述的旋转灌注相结合的反应器虽有旋转灌注的相结合的功能，但目的是增加传质，因此，实施方式是旋转和灌注同时进行，而非先后进行。并且，它们不是为组织工程血管专门设计的，没有装载血管支架的接头，且培养腔为双层，装置复杂、制造成本高。

而专门为组织工程血管设计的反应器目前多为非旋转式培养腔，例如：中国专利CN02136892.9中涉及的装置为非旋转式培养腔。

因此，社会需要一种旋转和灌注相结合的培养腔装置，可以使两个步骤之间在不取出培养物的情况下完成全部培养过程，减少了污染的危险，并能提高反应器的自动化程度。

发明的内容

在现有技术和设备中，专门用于组织工程血管、并具有旋转和灌注相结合的培养装置还未见报道。

本发明的目的是：提出一种专门用于组织工程血管、并具有旋转和灌注相结合的培养装置。本发明的技术方案如下：

1.一种组织工程血管培养装置，包括机架，循环系统，转动系统，电路系统，设置在机架上的培养箱；

所述的循环系统包括：第一输送管路，第二输送管路，与机架固定联接的第一输送管头、第二输送管头和泵；第一和第二输送管头内部为相通结构；

第一输送管头的左端、第一输送管路、泵、第二输送管路、第二输送管头的右端，顺序串联连接相通；

所述的转动系统包括：第一空心轴，第二空心轴，第一密封零部件，第二密封零部件，第三密封零部件，第四密封零部件，连接机构，同步机构，血管支架材料制成的管状物，电机，传动机构；

第一空心轴的左侧与第一输送管头的右端转动相连相通、且二者之间设置第一密封零件；第一空心轴穿过培养箱并与培养箱转动连接、二者之间设置第二密封零件；第一空心轴的右侧通过连接机构既与同步机构固定联接、又与管状物的左端连接相通；

第二空心轴的右侧与第二输送管头的左端转动相连相通、且二者之间设置第三密封零件；第二空心轴穿过培养箱并与培养箱转动连接、二者之间设置第四密封零件；第二空心轴的左侧通过连接机构既与同步机构固定联接、又与管状物的右端连接相通；

所述的传动机构包括第一传动零件和第二传动零件，第一和第二传动零件传动连接；电机与机架固定联接，传动机构的第一传动零件与电机的输出轴固定联接，传动机构的第二传动零件与空心轴固定联接，所述的空心轴为第一空心轴或者所述的空心轴第二空心轴。

2.所述的电路系统，包括控制和调节电机转动速度的调速分电路；所述的调速分电路，其输出端与电机的接线端相连接。

3.所述的电机为步进电机或伺服电机。

4.所述的循环系统包括回流缸，其串联连接在输送管路之中、即回流缸的二端与输送管路连接相通；所述的输送管路为第一输送管路或第二输送管路；

所述的回流缸为腔体，腔体壁上开设众多小孔，腔体的表面覆盖微孔滤膜。

5.所述的循环系统包括储能器，储能器有一个对外端口、该端口与输送管路相通；所述的输送管路为第一输送管路或第二输送管路；

所述的储能器，由弹性材料制成。

6.所述的循环系统包括加压机构；

所述的加压机构包括微电机、施压零件；施压零件为圆形物体并偏心开设安装孔，或者施压零件为中央开设安装孔的椭圆形物体；微电机与机架固定联接，微电机的输出轴伸入施压零件的安装孔内并固定联接，施压零件的下方为软管、软管的下方为平面物或凸起的弧形物；所述的软管位于第一输送管路或位于第二输送管路。

7.所述的传动机构是以下任意一者：

a.齿轮传动机构；所述的第一传动零件是主动齿轮、所述的第二传动零件是被动齿轮，二个齿轮啮合；

b.链传动机构；所述的第一传动零件是主动链轮、所述的第二传动零件是被动链轮，二个链轮由同一链条包裹连接；

c.带传动机构；所述的第一传动零件是主动带轮、所述的第二传动零件是被动带轮，二个带轮由同一传动带包裹连接。

8.所述的传动机构包括第一齿轮和第二齿轮；第一齿轮与电机的输出轴键联接、第二齿轮与空心轴键联接，第一齿轮和第二齿轮啮合；

所述的转动系统包括用于限位的弹性挡圈；所述的空心轴，在第二齿轮的一侧为垂直突起的轴肩结构，在第二齿轮的另一侧开设凹槽并在凹槽中设置弹性挡圈。

9.所述的转动系统包括第一单向节流阀，设置在第一空心轴的左侧内部；

第一空心轴的左侧位于第一输送管头的右侧内，二者尺寸配合；

第一空心轴的左侧部位从左至右车有：防泄的外螺纹、凹槽；外螺纹的螺旋方向与第一空心轴的转动方向为特定关系；凹槽内安装作为第一密封零件的唇形密封圈；

所述的泵为蠕动泵。

10.所述的转动系统包括第二单向节流阀，第二个单向节流阀设置在第二空心轴的右侧内部；

第二空心轴的右侧位于第二输送管头的左侧内，二者尺寸配合；

第二空心轴的右侧部位从右至左车有：防泄的外螺纹、凹槽；外螺纹的螺旋方向与第二空心轴的转动方向为特定关系；凹槽内安装作为第三密封零件的唇形密封圈。

11.所述的转动系统包括滑动轴承；所述的第二密封零件包括环形密封圈和唇形密封圈，所述的第四密封零件包括环形密封圈和唇形密封圈；

培养箱的左右侧壁，在每一侧壁上开设一大一小的二个同轴通孔，同一侧壁上大孔在外、小孔在内，二孔相交之处为环形台阶；大孔中设置滑动轴承，空心轴穿过滑动轴承和小孔，环形密封圈设置在滑动轴承和环形台阶之间；空心轴上开设凹槽，凹槽的位置在小孔靠近大孔一侧，凹槽内设置唇形密封圈；

在唇形密封圈内侧的空心轴上，车有防泄的外螺纹；外螺纹的螺旋方向与空心轴的转动方向为特定关系；

所述的空心轴是第一空心轴和第一空心轴，第一空心轴在左侧壁、第二空心轴在右侧壁。

12.所述的第一空心轴右端开设内螺纹、所述的第二空心轴左端开设内螺纹；

所述的连接机构包括，设置在左面的可换接头、卡扣，设置在右面的可换接头、卡扣；

可换接头呈十字形，内部为空心结构；

设置在左面的可换接头包括左中右三部分：其左侧部分，从左至右为圆柱形状、同步形状，在圆柱上加工一定长度的外螺纹、并与第一空心轴右端开设的内螺纹尺寸配合；其中间部分为凸起的圆柱体形；其右侧部分，开设用于安装卡扣的凹槽、形状为圆锥台形或圆柱加圆锥台形，并在圆锥面设有小台阶；所述的管状物，其左端与可换接头的圆锥面扩张连接并外加卡扣；

设置在右面的可换接头，其形状、结构与设置在左面的可换接头对称；右面可换接头圆柱上开设的外螺纹、与第二空心轴左端开设的内螺纹尺寸配合。

13.所述的可换接头是可以满足连接不同血管直径要求的、系列化大小尺寸的多个零件。

14.所述的同步机构包括：一对双头螺柱，一对挡盘，八个螺母；在挡盘上对称开设二个安装孔；所述的螺母为六角螺母、或者所述的螺母为六角螺母和碟形螺母；螺柱的端部顺序安装螺母、挡盘、螺母；所述的同步机构左、右对称，上下对称；

挡盘的中央开设同步形状孔，该孔与可换接头中的同步形状，二者形状和尺寸配合；

所述的同步形状是上下为平行的二条直线、左右为对称的二条弧线，或者所述的同步形状是矩形，或者所述的同步形状是菱形。

15.所述的培养箱包括箱盖、箱座和密封圈；

箱盖、箱座二者合拢时，其外部形状为六面体；二者合拢的边缘接触处为凹凸结构，即在二者中任取一个为凹形结构，则另一个为凸形结构；凹形结构和凸形结构尺寸配合；凹形结构中设置密封圈；

箱盖的四角开设通孔、箱座四角对应的位置开设螺孔。

16.所述的装置包括营养液供给更换设备，其与机架固定联接或与专用支架固定联接，所述的培养箱，包括箱盖、箱座、微孔滤膜、医用三通管；

箱座的前面壁体上开设一个大圆孔和众多小孔、箱座的后面壁体上开设一个大圆孔和众多小孔，前面和后面壁体的众多小孔表面覆盖微孔滤膜；

医用三通管分别与前面大圆孔、后面大圆孔和营养液供给更换装置连接相通。

本发明的有益效果是：

提出了一种专门用于组织工程血管、并具有旋转和灌注相结合的培养腔新装置，在国内外相同的组织工程装置中达到了领先水平。与现有技术相比，本发明具有如下的优点、特点或积极效果：

1.采用动态密封设计将旋转培养腔和灌流培养腔结合。血管培养腔两端出入口采用动态密封设计，可在旋转停止后开始灌流，在不取出培养物的情况下完成全部培养过程，减少了污染的危险，提高了反应器的自动化程度。

2.本装置专门为血管培养腔设计，用车有螺纹的双头螺柱刚性连接，从而使管状培养物和同步转动。

3.采用螺纹和密封圈相结合的方式，保证了装置密封的可靠性。提高了试验的安全性。

4.其接头可以做成系列化，从而可以培养不同直径的组织工程血管。提高了装置的通用性和灵活性。

5.在灌注的同时进行旋转，提高细胞种植的均匀度。

6.本发明装置结构简单、使用方便、安全性高，并且，制造成本低和销售价格低。

另外，将本发明装置的旋转式动态培养腔，与搏动或平流灌流系统连接，可对细胞支架复合物进行组织培养：静态培养，平流灌注培养，搏动灌注培养，微重力培养；对于不负载细胞的支架，可用于检测其顺应性、动态降解时间、传质等性能。本发明装置应用于组织工程血管构建领域，将为科研和组织工程产品的产业化带来可能和便利。

附图说明

图1是实施例一中的发明装置示意图；

图2是说明外螺纹螺旋方向与空心轴转动方向为特定关系的示意图之一；

图3是说明外螺纹螺旋方向与空心轴转动方向为特定关系的示意图之二；

图4是说明外螺纹螺旋方向与空心轴转动方向为特定关系的示意图之三；

图5是实施例二中的发明装置示意图；

图6是图5的A-A向的剖视图；

图7是第一空心轴的示意图；

图8是图7中第一空心轴的B-B向剖面图；

图9是图6的局部放大图；

图10是可换接头的主视图；

图11是图10的俯视图；

图12是图10的左视图；

图13是图10的C-C向剖面图；

图14是挡盘的示意图；

图15是图9中的D-D向剖视图；

图16是实施例三中回流缸的示意图；

图17是实施例四中的培养箱示意图；

图18是本实施例五中的示意图。

图中标号说明

1.第一输送管路；2.电机；3.传动机构；4.第一空心轴；4-1.轴肩结构；5.电动泵；6.同步机构；7.培养箱；7-1.箱盖；7-2.箱座；8.第二空心轴；9.第二输送管路；10.第二输送管头；11.管状物；12.第一输送管头；13.输送管头；14.营养液；15.密封零件；16.空心轴；16-1.空心轴螺纹；16-2.空心轴螺纹；17.回流缸；18.蠕动泵；19.储能器；20.施压零件；21.施压零件安装孔；22.管路接头；23.弧形物；24.挡盘；24-a.挡盘；25.可换接头；25-a.可换接头；26.双头螺柱；27.第一齿轮；28.第二齿轮；29.单向节流阀；30.弹性挡圈；31.环形密封圈；32.唇形密封圈；32-1.唇形密封圈；33.卡扣；34.滑动轴承；35.医用三通管；36.营养液供给更换装置；37.连接机构；37-1.连接机构。

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

具体实施方式

本发明公开了一种组织工程血管培养装置，以下，先对发明作总体的描述、介绍和说明。

本发明的一种组织工程血管培养装置，它包含有：机架，循环系统，转动系统，电路系统，培养箱等等。

1.循环系统。

循环系统含有：第一输送管路，第二输送管路，第一输送管头、第二输送管头，电动泵。其中，第一输送管头、第二输送管头，它们的内部为相通结构；所谓相通结构是指液体可以从一头通到另一头、而不是阻隔不通的。第一输送管头的左端、第一输送管路、电动泵、第二输送管路、第二输送管头的右端，顺序串联连接相通。

电动泵是一个上位、笼统的名称，在它的下位，具体来讲，还有蠕动泵、起单向流动作用的循环泵、以及其他种类的泵，等等；究竟采用何种泵，一是要根据装置的设计需要，二是要根据装置中其它机构、零部件的配置情况，综合考虑后作决定。

2.转动系统。

转动系统含有：第一空心轴，第二空心轴，第一密封零部件，第二密封零部件，第三密封零部件，第四密封零部件，连接机构，同步机构，电机，传动机构，血管支架材料制成的管状物。在本发明中，将人造血管支架称之为管状物。

第一空心轴的左侧与第一输送管头的右端转动相连相通、且二者之间设置第一密封零件；第一空心轴穿过培养箱并与培养箱转动连接、二者之间设置第二密封零件；第一空心轴的右侧通过连接机构既与同步机构固定联接、又与管状物的左端连接相通；第二空心轴的右侧与第二输送管头的左端转动相连相通、且二者之间设置第三密封零件；第二空心轴穿过培养箱并与培养箱转动连接、二者之间设置第四密封零件；第二空心轴的左侧通过连接机构既与同步机构固定联接、又与管状物的右端连接相通；所述的传动机构包括第一传动零件和第二传动零件，第一和第二传动零件传动连接；电机与机架固定联接，传动机构的第一传动零件与电机的输出轴固定联接，传动机构的第二传动零件与空心轴固定联接，所述的空心轴为第一空心轴或者所述的空心轴第二空心轴。

在本发明中，管状物设置在培养箱的营养液中，其培养、生长的条件，不仅仅是让它处于营养液中，而且要做到管状物内的液体也要流动，更重要的是让管状物本身也在转动。

为了使管状物转动和内部流动液体，本发明使用了电机、并通过传动机构，将动力传递给空心轴，使空心轴及连接机构转动，由于管状物是和连接机构连接相通的，所以管状物的一端也跟着一起转动。

然而，管状物是一个柔性的物体，它的强度也不高，所以在保证管状物的内部能够正常流动液体的同时，如何确保管状物的两端保持同步转动，是一个技术上的难题，为此，本发明还提出使用同步机构。

另外，本发明将电机和传动机构设置在培养箱外，是为了防止和避免培养箱内出现污染。

以上是对本发明的总体技术方案进行的描述、介绍和说明。下面，将对本发明中进一步的技术方案进行描述、介绍和说明。

1.进一步的技术方案。所述的电路系统，包括控制和调节电机转动速度的调速分电路；所述的调速分电路，其输出端与电机的接线端相连接。

进一步的技术方案。所述的电机为步进电机或伺服电机。

上述二个进一步的技术方案，用于实现培养过程中或者培养不同组织工程血管要求的速度变化的条件。

2.进一步的技术方案。所述的循环系统包括回流缸，其串联连接在输送管路之中、即回流缸的二端与输送管路连接相通；所述的输送管路为第一输送管路或第二输送管路；所述的回流缸为腔体，腔体壁上开设众多小孔，腔体的表面覆盖微孔滤膜。

在液体循环过程中，回流缸起到补充细胞生长所需要的气体条件，和供给电动泵工作所需的液体。

3.进一步的技术方案。所述的循环系统包括储能器，储能器有一个对外端口、该端口与输送管路相通；所述的输送管路为第一输送管路或第二输送管路；所述的储能器，由弹性材料制成。

储能器由弹性材料制成，如硅胶、医用橡胶、医用塑料等，其作用是将液压循环系统中的压力储存起来，在需要时又重新放出。

4.进一步的技术方案。所述的循环系统包括加压机构；所述的加压机构包括微电机、施压零件；施压零件为圆形物体并偏心开设安装孔，或者施压零件为中央开设安装孔的椭圆形物体；微电机与机架固定联接，微电机的输出轴伸入施压零件的安装孔内并固定联接，施压零件的下方为软管、软管的下方为平面物或凸起的弧形物；所述的软管位于第一输送管路或位于第二输送管路。

在本技术方案中，施压零件以一定的速度按压软管，能够实现液体的快速流通和截止，起到对细胞的冲刷作用。

微电机的转动受控于电路系统。微电机转动，带动施压零件的向下按压动作。如果施压零件为圆形物体并偏心开设安装孔，或者施压零件为中央开设安装孔的椭圆形物体，微电机通电、转动后就可以实现向下按压动作。

5.进一步的技术方案。传动机构，可以是齿轮传动机构、可以是链传动机构、也可以是带传动机构。推荐使用齿轮传动机构。

6.进一步的技术方案。所述的传动机构包括第一齿轮和第二齿轮；第一齿轮与电机的输出轴键联接、第二齿轮与空心轴键联接，第一齿轮和第二齿轮啮合；所述的转动系统包括用于限位的弹性挡圈；所述的空心轴，在第二齿轮的一侧为垂直突起的轴肩结构，在第二齿轮的另一侧开设凹槽并在凹槽中设置弹性挡圈。

用键联接可以进行周向定位，用轴肩结构(轴肩)和弹性挡圈实现轴向定位。

7.进一步的技术方案。所述的转动系统包括第一单向节流阀，设置在第一空心轴的左侧内部；第一空心轴的左侧位于第一输送管头的右侧内，二者尺寸配合；第一空心轴的左侧部位从左至右车有：防泄的外螺纹、凹槽；外螺纹的螺旋方向与第一空心轴的转动方向为特定关系；凹槽内安装作为第一密封零件的唇形密封圈；所述的泵为蠕动泵。

蠕动泵包括：泵头、泵管，以及驱动器三部分；使用中，液体只接触泵管，所以不会污染管内的液体，泵管容易更换，每次更换泵管后能达到和新泵一样的使用效果，输出液体的精度高，易于控制，维护费用低，无密封件，且自吸能力很强。

单向节流阀是保证液体按单一方向进行流动；应当指明：整个发明装置在设计和制作时，都应当考虑、注意方向单一性和一致性的问题。

二者尺寸配合，有二个含义，其一是空心轴位于输送管头内进行转动，该部分空心轴的外形相当于一个空心圆柱，对应的输送管头内应是一个圆孔形的；其一是，二者的尺寸需要配合，圆孔的直径太大，会造成漏液，太小会卡死、空心轴无法转动，或者根本无法装入空心轴。

外螺纹的螺旋方向与第一空心轴的转动方向为特定关系，为了说明特定关系的含义，现结合图2、图3和图4进行描述。

图2、图3和图4是说明外螺纹螺旋方向与空心轴转动方向为特定关系的三个示意图。图2中，空心轴位于输送管头内，图3和图4中，空心轴按不同方向旋转。图中的标号：13是输送管头；14是营养液；15是密封零件；16是空心轴；16-1是空心轴螺纹；16-2是空心轴螺纹。

在本技术方案中，密封零件就是唇形密封圈，它的作用就是防止液体渗漏出来，而且在此处采用唇形密封圈，其防渗漏的效果更好。

当空心轴按图3中所标的箭头方向旋转时，螺纹的螺旋方向应当按图3中所示意的方向设计和制作，如此，当空心轴转动时，输送管头的内壁会对密封零件附近的液体产生一个向左的拉力，阻止渗漏。

当空心轴按图4中所标的箭头方向旋转时，螺纹的螺旋方向应当按图4中所示意的方向设计和制作，如此，当空心轴转动时，输送管头的内壁会对密封零件附近的液体产生一个向左的拉力，阻止渗漏。

上述螺纹的螺旋方向和物体转动的方向，为特定的关系，可以阻止渗漏，并在本发明中具有普遍的意义。其它地方所讲到的：外螺纹的螺旋方向与转动方向为特定关系，也是同样的意思，应结合或参考上述的描述进行理解。因此，凡其他地方讲到外螺纹的螺旋方向与空心轴的转动方向为特定关系的，其道理就不再进行重复的赘述了。

8.进一步的技术方案。所述的转动系统包括第二单向节流阀，第二个单向节流阀设置在第二空心轴的右侧内部；第二空心轴的右侧位于第二输送管头的左侧内，二者尺寸配合；第二空心轴的右侧部位从右至左车有：防泄的外螺纹、凹槽；外螺纹的螺旋方向与第二空心轴的转动方向为特定关系；凹槽内安装作为第三密封零件的唇形密封圈。

9.进一步的技术方案。

所述的转动系统包括滑动轴承；所述的第二密封零件包括环形密封圈和唇形密封圈，所述的第四密封零件包括环形密封圈和唇形密封圈；培养箱的左右侧壁，在每一侧壁上开设一大一小的二个同轴通孔，同一侧壁上大孔在外、小孔在内，二孔相交之处为环形台阶；大孔中设置滑动轴承，空心轴穿过滑动轴承和小孔，环形密封圈设置在滑动轴承和环形台阶之间；空心轴上开设凹槽，凹槽的位置在小孔靠近大孔一侧，凹槽内设置唇形密封圈。

说明：该转动处容易发生渗漏，采用二道密封措施，其效果更好。

在唇形密封圈内侧的空心轴上，车有防泄的外螺纹；外螺纹的螺旋方向与空心轴的转动方向为特定关系；所述的空心轴是第一空心轴和第一空心轴，第一空心轴在左侧壁、第二空心轴在右侧壁。

10.进一步的技术方案。所述的第一空心轴右端开设内螺纹、所述的第二空心轴左端开设内螺纹；所述的连接机构包括，设置在左面的可换接头、卡扣，设置在右面的可换接头、卡扣；可换接头呈十字形，内部为空心结构；设置在左面的可换接头包括左中右三部分；其左侧部分，从左至右为圆柱形状、同步形状，在圆柱上加工一定长度的外螺纹、并与第一空心轴右端开设的内螺纹尺寸配合；其中间部分为凸起的圆柱体形；其右侧部分，开设用于安装卡扣的凹槽、形状为圆锥台形或圆柱加圆锥台形，并在圆锥面设有小台阶；所述的管状物，其左端与可换接头的圆锥面扩张连接并外加卡扣；设置在右面的可换接头，其形状、结构与设置在左面的可换接头对称；右面可换接头圆柱上开设的外螺纹、与第二空心轴左端开设的内螺纹尺寸配合。

管状物推拉、扩张后套在可换接头上、再夹上卡扣，可以防止管状物的脱落。所述的卡扣为组织工程血管的锁紧构件。

11.进一步的技术方案。所述的可换接头是可以满足连接不同血管直径要求的、系列化大小尺寸的多个零件。

本发明装置在使用的时候，需要连接不同直径的血管、即连接不同直径的管状物，为了适应这一要求，可换接头做成系列化大小尺寸的多个零件。每次更换管状物时，根据管状物的直径粗细，在多个可换接头零件中，挑选大小合适的可换接头使用，这将为实际操作带来很大的方便。

12.进一步的技术方案。所述的同步机构包括：一对双头螺柱，一对挡盘，八个螺母；在挡盘上对称开设二个安装孔；所述的螺母为六角螺母、或者所述的螺母为六角螺母和碟形螺母；螺柱的端部顺序安装螺母、挡盘、螺母；所述的同步机构左、右对称，上下对称；挡盘的中央开设同步形状孔，该孔与可换接头中的同步形状，二者形状和尺寸配合；所述的同步形状是上下为平行的二条直线、左右为对称的二条弧线，或者所述的同步形状是矩形，或者所述的同步形状是菱形。

同步机构的作用是保持第一、第二空心轴、左右对称设置的可换接头同步转动，最终达到管状物的左右端同步转动。

在完成装配后，可换接头中的同步形状结构是嵌入挡盘的同步形状孔内的，如此，在转动时，可以使可换接头和挡盘始终保证同步。二者形状和尺寸配合是指，二者形状一般来讲是，可以是一样的、但不限于一样的；如果是一样的，同步形状孔应略大于同步形状，以方便安装和拆卸。

13.进一步的技术方案。

所述的培养箱包括箱盖、箱座和密封圈；箱盖、箱座二者合拢时，其外部形状为六面体；二者合拢的边缘接触处为凹凸结构，即在二者中任取一个为凹形结构，则另一个为凸形结构；凹形结构和凸形结构尺寸配合；凹形结构中设置密封圈；箱盖的四角开设通孔、箱座四角对应的位置开设螺孔。

本技术方案中的凹凸结构，可以使培养箱在箱盖、箱座合拢时，密封效果更好，能有效的防止外界的病毒、病菌侵入或污染。箱盖的四角旋入螺钉，可以使密封状态更佳。

14.进一步的技术方案。所述的装置包括营养液供给更换设备，其与机架固定联接或与专用支架固定联接，所述的培养箱，包括箱盖、箱座、微孔滤膜、医用三通管；箱座的前面壁体上开设一个大圆孔和众多小孔、箱座的后面壁体上开设一个大圆孔和众多小孔，前面和后面壁体的众多小孔表面覆盖微孔滤膜；医用三通管分别与前面大圆孔、后面大圆孔和营养液供给更换装置连接相通。

两个大圆孔的垂直方向有一定的距离，即二者不在同一的水平面上，一个高、一个低，其中进气口的大圆孔更靠近培养箱的底面。

实施例一

结合图1、图17进行说明。图1是本实施例一中的发明装置示意图。先对图中的标号进行说明：1是第一输送管路；2是电机；3是传动机构；4是第一空心轴；4-1是轴肩结构；5是电动泵；6是同步机构；7是培养箱；7-1是箱盖；7-2是箱座；8是第二空心轴；9是第二输送管路；10是第二输送管头；11是管状物；12是第一输送管头；37是连接机构；37-1.是连接机构。

在本实施例的发明装置中，含有机架，循环系统，转动系统，电路系统，设置在机架上的培养箱。

循环系统中：第一输送管头的左端、第一输送管路、电动泵、第二输送管路、第二输送管头的右端，顺序串联连接相通。在本实施例中，电动泵是一个单向循环泵，它的作用和功能是：驱动发明装置中的营养液按单一方向进行循环流动。

转动系统的左半部分：第一空心轴的左侧与第一输送管头的右端转动相连相通、且二者之间设置第一密封零件；第一空心轴穿过培养箱并与培养箱转动连接、二者之间设置第二密封零件；第一空心轴的右侧通过连接机构既与同步机构固定联接、又与管状物的左端连接相通。

转动系统的右半部分，对称设置了如图1所示的第二空心轴等。

此外，还在左半部分单独设置了传动机构，另外还配备有电机；电机与机架固定联接，传动机构的第一传动零件与电机的输出轴固定联接、传动机构的第二传动零件与空心轴固定联接。

本实施例一的发明装置在工作时，对其循环动作过程和转动动作过程，有如下说明。

1.循环。单向循环泵驱动营养液按单一方向进行循环流动。循环流动的路径和方向是：单向循环泵→第一输送管路→第一输送管头→第一空心轴→连接机构转动→管状物→连接机构转动→第二空心轴→第二输送管头→第二输送管路→单向循环泵。

当然，也可以设计成与上述相反的路径和方向循环流动。

2.转动。电机转动→传动机构动作→第一空心轴转动→左面的连接机构转动→管状物的左端转动、同步机构转动→右面的连接机构转动→管状物的右端转动→第二空心轴转动。

实施例二

结合图5至图15共十一幅图进行说明。

图5是本实施例二中的发明装置示意图；图6是图5的A-A向的剖视图；图7是第一空心轴的示意图；图8是图7中第一空心轴的B-B向剖面图；图9是图6的局部放大图；图10是可换接头的主视图；图11是图10的俯视图；图12是图10的左视图；图13是图10的C-C向剖面图；图14是挡盘的示意图；图15是图9中的D-D向剖视图。

图中的标号：1是第一输送管路；2是电机；4是第一空心轴；4-1是轴肩结构；7是培养箱；8是第二空心轴；9是第二输送管路；10是第二输送管头；11是管状物；12是第一输送管头；13是输送管头；17是回流缸；18是蠕动泵；19是储能器；20是施压零件；21是施压零件安装孔；22是管路接头；23是弧形物；24是挡盘；24-a是挡盘；25是可换接头；25-a是可换接头；26是螺栓；27是第一齿轮；28是第二齿轮；29是单向节流阀；30是弹性挡圈；31是环形密封圈；32是唇形密封圈；32-1是唇形密封圈；33是卡扣；34是滑动轴承。

本实施例二的发明装置在工作时，对其循环动作过程和转动动作过程，有如下说明。

1.循环。蠕动泵在单向阀的配合下，按单一方向进行循环流动。循环流动的路径和方向是：蠕动泵→回流缸→第一输送管头→第一空心轴→可换接头→管状物→可换接头→第二空心轴→第二输送管头→施压零件处的软管→储能器对外端口处的管路→蠕动泵。

当然，也可以设计成与上述相反的路径和方向循环流动。

2.转动。电机转动→第一齿轮转动→第二齿轮转动→第一空心轴转动一左面的可换接头转动→管状物的左端转动→左面的挡盘转动→螺栓转动→右面的挡盘转动→右面的可换接头转动→管状物的右端转动→第二空心轴转动。

对本实施例的发明装置，还有一些说明如下。

第一齿轮与电机的输出轴键联接、第二齿轮与空心轴键联接，第一齿轮和第二齿轮啮合；空心轴，在第二齿轮的一侧为垂直突起的轴肩结构，在第二齿轮的另一侧开设凹槽并在凹槽中设置弹性挡圈。这样，实现了第二齿轮在空心轴上的周向和轴向定位。

在第一空心轴的左侧内部设置了第一单向节流阀、在第二空心轴的右侧内部设置了第二单向节流阀，二个单向节流阀的方向是一致的。这样保证液体是单方向地流动、冲刷，避免回流，从而接近人体血管内的血液流动的状况。

在二个空心轴与输送管头的转动连接处、在二个空心轴与培养箱的转动连接处，空心轴在该转动连接处都开设了防止泄漏的外螺纹，并且外螺纹的螺旋方向与空心轴的转动方向都是为特定关系，从而有利于防渗、防漏；同时还都在转动连接处安装了唇形密封圈；二个滑动轴与培养箱之间，各设置了环形密封圈。

连接机构和同步机构的安装。安装步骤为：先取一个可换接头，将可换接头有外螺纹的一端穿过挡盘中央，可换接头的外螺纹旋入空心轴端部的内螺纹内，再按同样的方法安装另一个可换接头；使挡盘中央的同步形状孔，套入可换接头的同步形状部位，将挡盘与双头螺柱连接，再按同样方法安装另一个挡盘；将管状物的左右二个端口，扩张性地装入可换接头上的圆锥面一端、并装上卡扣。

使用本实施例中的发明装置可实现：将细胞均匀的种植于人造血管壁(管状物)上，并在流向和流速一定的营养液的冲刷之下，按一定的方向排列、生长，使之模拟和贴近实际血管中细胞生长的状态，其中，包括满足细胞生长所需要的气体条件。

种植分为动态种植和静止黏附两个步骤，培养分为动态培养和静态培养两个步骤，对于内皮细胞，首先通过旋转使细胞均匀落在管内壁上，然后，静止使细胞黏附，待细胞60％-80％融合后，开启蠕动泵灌流。对于平滑肌细胞，先用加压注射使其渗透到管壁内部，然后将其套在硅胶管上，用搏动灌注的方法施加周期性压力。而且对于不负载细胞的支架，还可用于检测其性能：顺应性、动态降解时间、传质等。

在本实施例中的发明装置中，旋转(或者称转动)和灌注(或者称循环)相结合，操作中不需拆卸即可完成种植和培养过程，减少了污染机会，提高了反应器的自动化程度；并且，旋转系统可以微重力环境下培养组织，使培养方式多元化。

此外，本实施例中的发明装置，还采用了回流缸、储能器、加压机构等技术方案，使培养过程中能获得与人体血管组织结构和功能十分接近的力学刺激，从而解决静态培养平滑肌层力学性能较差、内皮细胞不耐体内血流冲击的问题。

实施例三

结合图16进行说明。图16是回流缸的示意图。

本实施例三中的回流缸，在其朝上的一面上开设众多小孔，小孔处的表面覆盖微孔滤膜(图中未画出)，通过微孔滤膜可以进行气体交换。

实施例四

结合图17进行说明。图17是本实施例四的培养箱示意图；其中的标号：7-1是箱盖、7-2是箱座。图中所画的二条虚线，代表二根空心轴的位置。

箱盖、箱座二者合拢的边缘接触处为凹凸结构，箱盖为凸形结构、箱座为凹形槽的结构，凹形槽内安装了密封圈。还有，箱盖的四角开孔、箱座四角对应的位置开设螺孔，这样，当箱盖、箱座合拢后，可以拧入螺钉将箱盖、箱座连接和密封为一体。

实施例五

结合图18进行说明。图18是本实施例五的示意图。其中的标号：7是培养箱；35是医用三通管；36是营养液供给更换装置。

培养箱的前面壁体上开设了一个大圆孔和众多小孔、后面壁体上也开设了一个大圆孔和众多小孔，前面和后面壁体的众多小孔表面覆盖微孔滤膜。通过微孔滤膜，可进行箱内外的气体交换。

前面的大圆孔位置低、后面的大圆孔位置高。

按照图中的虚线设置并连接相通管路，营养液供给更换装置可以对培养箱灌输和更换营养液。

在营养液供给更换装置中，既可以配制新鲜的营养液、并灌输到培养箱内，也可以对培养箱内正在使用的营养液，进行保鲜处理。

Claims (7)

1.一种组织工程血管培养装置，包括机架，循环系统，转动系统，电路系统，设置在机架上的培养箱；

所述的循环系统包括：第一输送管路，第二输送管路，与机架固定联接的第一输送管头和第二输送管头及泵；第一和第二输送管头内部为相通结构；

第一输送管头的左端，第一输送管路，泵，第二输送管路，第二输送管头的右端，顺序串联连接相通；

所述的转动系统包括：第一空心轴，第二空心轴，第一密封零部件，第二密封零部件，第三密封零部件，第四密封零部件，连接机构，同步机构，血管支架材料制成的管状物，电机，传动机构；

第一空心轴的左侧与第一输送管头的右端转动相连相通，且二者之间设置第一密封零件；第一空心轴穿过培养箱并与培养箱转动连接，二者之间设置第二密封零件；第一空心轴的右侧通过连接机构既与同步机构固定联接，又与管状物的左端连接相通；

第二空心轴的右侧与第二输送管头的左端转动相连相通，且二者之间设置第三密封零件；第二空心轴穿过培养箱并与培养箱转动连接，二者之间设置第四密封零件；第二空心轴的左侧通过连接机构既与同步机构固定联接，又与管状物的右端连接相通；

所述的传动机构包括第一传动零件和第二传动零件，第一和第二传动零件传动连接；电机与机架固定联接，传动机构的第一传动零件与电机的输出轴固定联接，传动机构的第二传动零件与空心轴固定联接，所述的空心轴为第一空心轴或者所述的空心轴为第二空心轴；

其特征在于：

所述的循环系统包括回流缸，其串联连接在输送管路之中、即回流缸的二端与输送管路连接相通；所述的输送管路为第一输送管路或第二输送管路；所述的回流缸为腔体，腔体壁上开设众多小孔，腔体的表面覆盖微孔滤膜；

所述的循环系统包括储能器，储能器有一个对外端口，该端口与输送管路相通；所述的输送管路为第一输送管路或第二输送管路；所述的储能器，由弹性材料制成，

所述的循环系统包括加压机构；所述的加压机构包括微电机、施压零件；施压零件为圆形物体并偏心开设安装孔，或者施压零件为中央开设安装孔的椭圆形物体；微电机与机架固定联接，微电机的输出轴伸入施压零件的安装孔内并固定联接，施压零件的下方为软管，软管的下方为平面物或凸起的弧形物；所述的软管位于第一输送管路或位于第二输送管路，

所述的转动系统包括单向节流阀；单向节流阀的设置情况为以下三者中的任意一者：

a.所述的转动系统包括第一单向节流阀，设置在第一空心轴的左侧内部；第一空心轴的左侧位于第一输送管头的右侧内，二者尺寸配合；第一空心轴的左侧部位从左至右车有：防泄的外螺纹、凹槽；外螺纹的螺旋方向与第一空心轴的转动方向为特定关系；凹槽内安装作为第一密封零件的唇形密封圈；所述的泵为蠕动泵；

b.所述的转动系统包括第二单向节流阀，第二个单向节流阀设置在第二空心轴的右侧内部；第二空心轴的右侧位于第二输送管头的左侧内，二者尺寸配合；第二空心轴的右侧部位从右至左车有：防泄的外螺纹和凹槽；外螺纹的螺旋方向与第二空心轴的转动方向为特定关系；凹槽内安装作为第三密封零件的唇形密封圈；

c.所述的转动系统包括第一单向节流阀和第二单向节流阀；

所述的第一单向节流阀设置在第一空心轴的左侧内部；第一空心轴的左侧位于第一输送管头的右侧内，二者尺寸配合；第一空心轴的左侧部位从左至右车有：防泄的外螺纹和凹槽；外螺纹的螺旋方向与第一空心轴的转动方向为特定关系；凹槽内安装作为第一密封零件的唇形密封圈；所述的泵为蠕动泵；

所述的第二个单向节流阀设置在第二空心轴的右侧内部；第二空心轴的右侧位于第二输送管头的左侧内，二者尺寸配合；第二空心轴的右侧部位从右至左车有：防泄的外螺纹和凹槽；外螺纹的螺旋方向与第二空心轴的转动方向为特定关系；凹槽内安装作为第三密封零件的唇形密封圈。

2.根据权利要求1所述的一种组织工程血管培养装置，其特征是：所述的电路系统，包括控制和调节电机转动速度的调速分电路；所述的调速分电路，其输出端与电机的接线端相连接。

3.根据权利要求1或2所述的一种组织工程血管培养装置，其特征是：所述的电机为步进电机或伺服电机。

4.根据权利要求1所述的一种组织工程血管培养装置，其特征是：所述的传动机构是以下任意一者：

a.齿轮传动机构；所述的第一传动零件是主动齿轮，所述的第二传动零件是被动齿轮，二个齿轮啮合；

b.链传动机构；所述的第一传动零件是主动链轮，所述的第二传动零件是被动链轮，二个链轮由同一链条包裹连接；

c.带传动机构；所述的第一传动零件是主动带轮，所述的第二传动零件是被动带轮，二个带轮由同一传动带包裹连接。

5.根据权利要求1所述的一种组织工程血管培养装置，其特征是：所述的传动机构包括第一齿轮和第二齿轮；第一齿轮与电机的输出轴键联接，第二齿轮与空心轴键联接，第一齿轮和第二齿轮啮合；

所述的转动系统包括用于限位的弹性挡圈；所述的空心轴，在第二齿轮的一侧为垂直突起的轴肩结构，在第二齿轮的另一侧开设凹槽并在凹槽中设置弹性挡圈。

6.根据权利要求1所述的一种组织工程血管培养装置，其特征是：所述的培养箱包括：箱盖，箱座和密封圈；

箱盖、箱座二者合拢时，其外部形状为六面体；二者合拢的边缘接触处为凹凸结构，即在二者中任取一个为凹形结构，则另一个为凸形结构；凹形结构和凸形结构尺寸配合；凹形结构中设置密封圈；

箱盖的四角开设通孔，箱座四角对应的位置开设螺孔。

7.根据权利要求1所述的一种组织工程血管培养装置，其特征是：所述的装置包括营养液供给更换设备，其与机架固定联接或与专用支架固定联接，所述的培养箱包括：箱盖，箱座，微孔滤膜和医用三通管；

箱座的前面壁体上开设一个大圆孔和众多小孔，箱座的后面壁体上开设一个大圆孔和众多小孔，前面和后面壁体的众多小孔表面覆盖微孔滤膜；

医用三通管分别与前面大圆孔、后面大圆孔和营养液供给更换装置连接相通。

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