CN101486965A - 组织工程血管仿生培养器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种组织工程血管仿生培养器，包括支承座、培养室，培养室分别设置进、出管接头，培养室容腔的一端设置的用于固定血管的装置，和培养室容腔的另一端设置的可轴向运动的用于固定血管且对血管施加拉应力的装置上分别具有两个相同的连接嘴，用于固定血管且对血管施加拉应力的装置伸出培养室的一端与一连接头连接，该连接头通过一螺旋弹簧与拉力传感器相连，拉力传感器与一直线电机的轴连接，该培养器使培养液能够从培养的血管腔内和腔外流动经过施与剪切应力，同时还能对培养的血管施加纵向的拉应力，通过多种应力刺激血管促进血管种子细胞的排列分布和细胞外基质分泌，真实的实现组织工程血管仿生培养，并且避免更换培养液导致污染。
Description
技术领域
本发明涉及一种生物医学工程领域中的生物组织体外培养装置，特别涉及一种组织工程血管仿生培养器。
背景技术
目前组织工程血管的体外培养通常采用将培养的血管的两端套在培养室内设置水嘴上，在培养室内注入静态的培养液将血管浸泡，并且使流动的培养液通过从血管腔内经过，模拟血液流动对血管内壁施加灌流的剪切应力实现组织工程血管的仿生培养。如专利号为02136892.9的《组织工程血管体外构建方法及装置》公开的装置结构，和专利号为03250170.6的《一种体外血管培养反应装置》公开的装置结构，都是在反应器设置的腔室内设置与培养液输送管连通的血管水嘴式接头，通过设置的培养液输送管向培养的血管腔内输送培养液，由控制阀控制培养液流量及蠕动的灌流，形成模拟血液流动的环境促进血管种子细胞的排列分布和细胞外基质分泌。这些装置由于反应器腔内固定支撑血管的结构都是静止状态的，培养的血管固定在反应器腔内也是处于静止的，只有当流动的培养液从血管腔内经过时，因蠕动灌流和流量的变化才导致血管产生径向的扩张和收缩，这种装置虽然能够模拟血液流动的环境施与剪切应力刺激血管，但是不能模拟血管在人体处于休息或运动状态下的纵向延伸和收缩的状态，致使血管纵向延伸和收缩状态的应力还不能得到真实反应；同时由于培养的血管壁外的培养液是静止状态的，不具有循环流动功能，不能对血管外壁产生应力刺激，达不到通过培养液的缓慢流动和不断更新从而改善组织工程血管壁的传质及供养，不能对组织结构成熟的整个过程产生关键性影响；而且培养液使用一定时间后需开盖更换，容易导致污染。因此现有的组织工程血管培养装置还存在一定不足，不能形成真正模拟人体生理运动环境的仿生培养，怎样解决现有装置存在的不足，实现符合人体生理环境的组织工程血管仿生培养一直为组织工程组织体外培养领域的技术人员所努力追求的目标。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术存在的不足，提供一种组织工程血管仿生培养器，它使培养液能够从培养的血管腔内和血管壁外流动经过，对血管内外施与剪切应力，同时还能对培养的血管施加纵向的拉应力，通过多种应力刺激血管促进血管种子细胞的排列分布和细胞外基质分泌，真实的实现组织工程血管仿生培养，并且避免开盖更换培养液导致污染的现象发生。
本发明的目的是这样实现的：包括支承座和设置在支承座上的培养室，所述培养室为密封结构，培养室的容腔壁分别设置用于连接培养液输送管的进、出管接头，所述培养室容腔的一端设置一个用于固定血管的装置，所述用于固定血管的装置具有一个位于培养室容腔内的固定血管的连接嘴，和一个位于培养室容腔外的用于连接培养液输送管的连接嘴，两连接嘴的内孔相通，所述培养室容腔的另一端设置一个可轴向运动的用于固定血管且对血管施加拉应力的装置，所述用于固定血管且对血管施加拉应力的装置具有一个位于培养室容腔内的固定血管的连接嘴，和一个位于培养室容腔外的用于连接培养液输送管的连接嘴，两连接嘴的内孔相通；所述用于固定血管且对血管施加拉应力的装置伸出培养室的一端与一连接头连接，该连接头通过一具有压缩和拉伸双向储能的螺旋弹簧与拉力传感器相连，拉力传感器与一直线电机的轴连接，直线电机安装在支承座上。
由于采用了上述方案，在培养室容腔的一端设置一个用于固定血管的装置，该装置具有一个位于培养室容腔内的固定血管的连接嘴，和一个位于培养室容腔外的用于连接培养液输送管的连接嘴，两连接嘴的内孔相通；在培养室容腔的另一端设置一个可轴向运动的用于固定血管且对血管施加拉应力的装置，该装置具有一个位于培养室容腔内的固定血管的连接嘴，和一个位于培养室容腔外的用于连接培养液输送管的连接嘴，两连接嘴的内孔相通。采用这样的结构，能够用两个位于培养室容腔内的固定血管的连接嘴分别插入培养的血管的两端，支撑固定培养的血管，使输送管输送的培养液能够通过位于培养室容腔外的用于连接培养液输送管的连接嘴循环流经血管腔内提供营养，和对血管内壁施与剪切应力刺激血管，又能够通过可轴向运动的用于固定血管且对血管施加拉应力的装置的轴向往复运动，对血管施加纵向伸缩的拉应力刺激血管；并且在培养室的容腔壁分别设置用于连接培养液输送管的进、出管接头，培养液能够从培养室容腔内循环经过，形成动态流动的培养液，使流动的培养液能够对血管外壁施与剪切应力刺激血管。这样通过流动的培养液对血管壁内外施与剪切应力，通过对血管施加拉应力的装置对血管施加拉应力，使所培养的组织工程血管能够在模拟人体休息和运动时的多种应力状态的生理环境中得到仿生培养，以促进培养的血管种子细胞的排列分布和细胞外基质分泌。为使对血管施加拉应力的装置能够对血管施加模拟人体生理的拉应力，所述用于固定血管且对血管施加拉应力的装置伸出培养室的一端与一连接头连接，该连接头通过一具有压缩和拉伸双向储能的螺旋弹簧与拉力传感器相连，拉力传感器与一直线电机的轴连接，直线电机的工作由另设的可编程逻辑控制器控制，直线电机发出的动力通过拉力传感器、螺旋弹簧传递给对血管施加拉应力的装置，由于螺旋弹簧的作用，使传递的动力具有一定的柔性，施加给血管的应力与人体生理应力更相似，更具有仿生效果，而这样的仿生效果是现有组织工程血管培养装置所不具备的。同时，所述培养室为密封结构，培养液为循环输送方式，一旦将血管放进培养室内封盖后，一直到血管培养完成才开盖，避免了在培养过程中开盖更新培养液而容易发生污染的现象，而且本组织工程血管仿生培养器与伸缩泵配合使用，可以实现培育组织工程血管的过程中使流经组织工程血管内、外的培养液对培育的组织工程血管形成脉冲应力刺激，提高模拟仿生培育效果。
本发明的结构合理，体积小，可采用立式放置或卧式放置在组织工程组织仿生培育系统的生物反应器或孵箱内。
以下结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
附图说明
图1为本发明装置卧置的俯视结构示意图；
图2为本发明装置卧置的正视结构示意图。
附图中，1为管接头，2为用于固定血管的装置，3为培养室，4为对血管施加拉应力的装置，5为外螺纹定位轴套，6为密封螺母，7为连接头，8为线性密封盖，9为螺旋弹簧，10为导向轴，11为拉力传感器，12为开关触块，13为行程开关，14为开关安装座，15为直线电机，16为支架，17为轴套，18为电机轴，19为转接头，20为护罩，21为电磁线圈，22为线圈盖板，23为用于连接培养液输送管的连接嘴，24为固定支架，25为固定血管的连接嘴，26为螺母，27为直线轴承，28为支承座，29为容体，30为盖体，31为血管，32为硅胶套。
具体实施方式
参见图1、图2，本实施例的组织工程血管仿生培养器包括支承座28和设置在支承座上的培养室3等，所述培养室3为密封结构，包括容体29和盖体30，盖体与容体通过螺钉连接固定，盖体与容体之间设有密封垫，密封垫采用硅橡胶密封垫密封效果较好。培养室3的容腔壁分别设置用于连接培养液输送管的进、出管接头1，进口的管接头和出口的管接头分别设于培养室的两边，使培养液能够由培养室的一边向另一边流动。管接头1采用过盈配合固定在培养室3壁上且用粘胶密封，或者采用螺纹配合固定在培养室3壁上且用密封垫密封，也可以与培养室一体成型。所述培养室3容腔的一端设置一个用于固定血管的装置2，用于固定血管的装置2通过螺纹配合固定在培养室上并用螺母26锁紧，该装置2与培养室3的间隙用密封垫密封，或者该装置2与培养室为一整体结构。所述用于固定血管的装置2具有一个位于培养室容腔内的固定血管的连接嘴25，和一个位于培养室容腔外的用于连接培养液输送管的连接嘴23，两连接嘴的内孔相通。固定血管的连接嘴25与用于固定血管的装置2螺纹连接，使连接嘴25可以根据血管直径的大小更换。所述培养室3容腔的另一端设置一个可轴向运动的用于固定血管且对血管施加拉应力的装置4，所述用于固定血管且对血管施加拉应力的装置4上滑动配合一个外螺纹定位轴套5，外螺纹定位轴套5穿过培养室3壁与一密封螺母6螺纹配合夹紧固定在培养室3壁上，一个用于密封的硅胶套32空套在用于固定血管且对血管施加拉应力的装置4上，硅胶套32的一端用外螺纹定位轴套5压紧密封外螺纹定位轴套与培养室壁3之间的缝隙，硅胶套32的另一端用固定血管的连接嘴25压紧密封外螺纹定位轴套5与用于固定血管且对血管施加拉应力的装置4之间的滑动配合间隙，使对血管施加拉应力的装置4能够在外螺纹定位轴套5内做轴向往复运动，并且也能调节用于固定血管且对血管施加拉应力的装置4与用于固定血管的装置2之间的距离，以适应不同长度的培养血管的需要。所述用于固定血管且对血管施加拉应力的装置4具有一个位于培养室容腔内的固定血管的连接嘴25，和一个位于培养室容腔外的用于连接培养液输送管的连接嘴23，两连接嘴的内孔相通。固定血管的连接嘴25与对血管施加拉应力的装置4螺纹连接，使连接嘴25可以根据血管直径的大小更换。所述用于固定血管且对血管施加拉应力的装置4伸出培养室3的一端与一连接头7连接，用于固定血管且对血管施加拉应力的装置4上设有卡槽与连接头7上的卡口通过凹凸配合形成轴向定位卡接。所述连接头7通过一具有压缩和拉伸双向储能的螺旋弹簧9与拉力传感器11相连，螺旋弹簧9一端的支撑圈套在拉力传感器11设有的凸台上，用螺钉压住支撑圈固定，螺旋弹簧9另一端的支撑圈套在连接头7设有的凸台上，用螺钉压住支撑圈固定。所述拉力传感器11上螺纹连接一导向轴10，导向轴10穿过螺旋弹簧9插入连接头7中设置的直线轴承27中，导向轴10在连接头的直线轴承27中有轴向位移的自由度，直线轴承27用线性密封盖8限位在连接头7的轴孔内，使导向轴10在做导向滑动时，既能够保证沿轴心线做直线运动，又能够使载荷小，磨擦阻力小，从而能获得高精度的平稳运动，保证模拟生理应力的实现。所述拉力传感器11通过与一转接头19与直线电机15的轴连接，转接头19一端用螺栓固定连接在拉力传感器11上，另一端用螺栓固定连接在电机轴18上，这样使拉力传感器11与电机轴18的连接方便容易，又能传递动力。由于拉力传感器11的作用，将检测到的应力信息反馈给控制中心，由控制中心的可编程逻辑控制器即时发出施加应力大小、频率的指令，使直线电机的驱动完全能够模拟人体生理应力，从静止状态逐渐加载应力，达到设定的应力后，又逐渐卸载应力，如此往复，实现真正的模拟人体生理应力的施加方式。所述直线电机轴上安装开关触块12，开关触块12由连接转接头和电机轴的螺栓一并固定，直线电机的轴套17上安装行程开关13，行程开关13通过开关安装座14固定在轴套17上。设置行程开关13可以限制直线电机轴的轴向运动的最大行程，防止应力施加过度造成血管断裂。所述直线电机15安装在支承座28上设置的固定电机的支架16上。所述直线电机15、拉力传感器11、螺旋弹簧9用一护罩20遮盖，防止灰尘、水渍等进入影响工作。所述培养室3与支承座28上设置的固定支架24通过螺钉连接固定。所述培养室3外设置用于产生磁场的电磁线圈21，一个磁极的电磁线圈设于护罩20上用盖板22盖住，另一个磁极的电磁线圈设于固定支架24上，利用电磁线圈形成适当的强度和频率的电磁场，可以促进血管种子细胞的增殖和诱导分化的效果，用以研究电磁场对细胞增值和分化的影响，有利于组织工程血管的培养。
使用本组织工程血管仿生培养器体外培养组织工程血管时，将培养器卧放或竖立放置在生物反应器的箱体中或孵箱中，将直线电机、行程开关、拉力传感器等与箱体中设置的相关插座电连接，这些相关的插座与设有可编程逻辑控制器的控制中心电连接，将培养室的进、出管接头与培养液输送管连接，将用于固定血管的装置上和用于固定血管且对血管施加拉应力的装置上的位于培养室容腔外的用于连接培养液输送管的连接嘴分别与培养液输送管连接，培养液输送管与伸缩泵连接形成循环管路，将培养的组织工程血管放置在培养室中，血管31的两端分别套在用于固定血管的装置上和用于固定血管且对血管施加拉应力的装置上的位于培养室容腔内的固定血管的连接嘴上，并用橡筋捆扎固定，通过操作电脑控制直线电机、拉压力传感器、伸缩泵等工作，使培养液注入培养室的内腔将培养的血管淹浸，在可编程逻辑控制器的控制下，培养液形成模拟血液流动生理应力的方式的循环流动，分别从血管腔内和腔外流过，为培养的血管提供营养和施与剪切应力，与此同时直线电机工作，通过拉力传感器、螺旋弹簧传递动力，从血管纵向对血管从静止状态逐渐加载拉应力，达到设定的拉应力后，又逐渐卸载拉应力，如此往复，形成仿生模拟生理拉应力，使血管在培养过程中得到纵向的拉应力。由于采用本结构的组织工程血管仿生培养器培养组织工程血管，能够模拟人体的多种生理应力仿生状态，和模拟血液脉冲循环流动的仿生环境，使对组织工程血管结构成熟的整个过程产生关键性影响，实现组织工程血管培养的真正意义仿生培养。
Claims (10)
1.一种组织工程血管仿生培养器，包括支承座和设置在支承座上的培养室，其特征在于：所述培养室为密封结构，培养室的容腔壁分别设置用于连接培养液输送管的进、出管接头，所述培养室容腔的一端设置一个用于固定血管的装置，所述用于固定血管的装置具有一个位于培养室容腔内的固定血管的连接嘴，和一个位于培养室容腔外的用于连接培养液输送管的连接嘴，两连接嘴的内孔相通，所述培养室容腔的另一端设置一个可轴向运动的用于固定血管且对血管施加拉应力的装置，所述用于固定血管且对血管施加拉应力的装置具有一个位于培养室容腔内的固定血管的连接嘴，和一个位于培养室容腔外的用于连接培养液输送管的连接嘴，两连接嘴的内孔相通；所述用于固定血管且对血管施加拉应力的装置伸出培养室的一端与一连接头连接，该连接头通过一具有压缩和拉伸双向储能的螺旋弹簧与拉力传感器相连，拉力传感器与一直线电机的轴连接，直线电机安装在支承座上。
2.根据权利要求1所述的组织工程血管仿生培养器，其特征在于：所述拉力传感器上设有一导向轴，导向轴穿过螺旋弹簧插入连接头中设置的直线轴承中，导向轴在连接头的直线轴承中有轴向位移的自由度。
3.根据权利要求1或2所述的组织工程血管仿生培养器，其特征在于：所述螺旋弹簧一端的支撑圈套在拉力传感器设有的凸台上，用螺钉压住支撑圈固定，螺旋弹簧另一端的支撑圈套在连接头设有的凸台上，用螺钉压住支撑圈固定。
4.根据权利要求1或2所述的组织工程血管仿生培养器，其特征在于：所述拉力传感器通过一转接头与直线电机的轴连接。
5.根据权利要求1所述的组织工程血管仿生培养器，其特征在于：所述用于固定血管且对血管施加拉应力的装置上滑动配合一个外螺纹定位轴套，外螺纹定位轴套穿过培养室壁与一密封螺母螺纹配合夹紧固定在培养室壁上，一个用于密封的硅胶套空套在用于固定血管且对血管施加拉应力的装置上，硅胶套的一端用外螺纹定位轴套压紧密封外螺纹定位轴套与培养室壁之间的缝隙，硅胶套的另一端用固定血管的连接嘴压紧密封外螺纹定位轴套与用于固定血管且对血管施加拉应力的装置之间的滑动配合间隙。
6.根据权利要求1或5所述的组织工程血管仿生培养器，其特征在于：所述用于固定血管且对血管施加拉应力的装置与连接头通过凹凸配合形成轴向定位卡接。
7.根据权利要求1所述的组织工程血管仿生培养器，其特征在于：所述位于培养室容腔内的固定血管的连接嘴，一个与用于固定血管的装置螺纹连接，一个与用于固定血管且对血管施加拉应力的装置螺纹连接。
8.根据权利要求1所述的组织工程血管仿生培养器，其特征在于：所述培养室包括容体和盖体，盖体与容体通过螺钉连接固定，盖体与容体之间设有密封垫。
9.根据权利要求1所述的组织工程血管仿生培养器，其特征在于：所述培养室外设置用于产生磁场的电磁线圈。
10.根据权利要求1所述的组织工程血管仿生培养器，其特征在于：所述直线电机的轴上安装开关触块，直线电机的轴套上安装行程开关。
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