CN101486968B

CN101486968B - 组织工程组织的智能化仿生培育装置

Info

Publication number: CN101486968B
Application number: CN2009101031839A
Authority: CN
Inventors: 周强; 刘涌; 吕仁发; 吴雪晖; 宋磊; 郭平; 刘伟; 李殿威; 许建中
Original assignee: First Affiliated Hospital of TMMU
Current assignee: First Affiliated Hospital of TMMU
Priority date: 2009-02-13
Filing date: 2009-02-13
Publication date: 2011-11-09
Anticipated expiration: 2029-02-13
Also published as: CN101486968A

Abstract

本发明公开了一种组织工程组织的智能化仿生培育装置，在组织培养室和新鲜培养液储存瓶之间设有一个气/液及液/液交换器，组织培养室通过一循环管路与气/液及液/液交换器相连，新鲜培养液储存瓶通过另一循环管路与气/液及液/液交换器连通，所述的循环管路上均设有由步进电机驱动的伸缩泵，气/液及液/液交换器通过设有节流阀的输气管与O₂、CO₂、N₂气源连通，由步进电机驱动的模拟人体生理应力的施力装置与组织培养室对培养组织施加应力的装置连接，设置可编程逻辑控制器对培养过程进行智能化控制。它既能够为组织工程组织的体外培养提供一个与体内环境相似的体外培养环境，实现真正意义的仿生培育，又能够实现智能化控制的产业化生产。

Description

组织工程组织的智能化仿生培育装置

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设备，特别涉及一种组织工程组织的智能化仿生培育装置。

背景技术

生物医学工程领域的组织工程组织培育是将一个生物组织在体外进行培育，构建成一个有生物活性的种植体，然后将该有生物活性的种植体植入体内修复组织缺损，替代器官功能。组织工程组织培育，需要将所培育的组织放置在工程化组织培育系统的培养室内的培养液中进行培育，由培养液为培育的组织提供所需的营养。公开号为CN1155690C的《循环和生理应力模拟工程化组织三维培养装置》的技术方案，提供了一种连续灌注，使培养液循环流动，保持培养过程微环境稳态，促进工程化组织器官内部的物质交换，能模拟机体的血液循环和模拟生理应力环境的工程化组织三维培养装置，其结构是：设有新培液储存瓶、循环培液储存瓶、三维组织细胞培养室和废液收集瓶，它们之间的硅胶管上设有液流驱动器，循环培液储存瓶与新培液储存瓶、废液收集瓶之间的液流驱动器与培液更新自动调控器电连接，循环培液储瓶通过硅胶管连接小型储气钢瓶，该硅胶管上设有内置滤菌膜的气体注入接口和气流阀，气流阀与气体流量调节器电连接，接于循环培液储存瓶内的硅胶管的端部设有微孔气体注入器；三维组织细胞培养室内的中部有搁网，下部有液压传感器，三维组织细胞培养室与循环培液储存瓶之间的硅胶管上的液流驱动器与循环动力调控器电连接，与废液收集瓶之间的硅胶管上有阻压器，阻压器和液压传感器与应力调控及检测器电连接，废液收集瓶下部设有废液排出口，新培液储存瓶、循环培液储存瓶和废液收集瓶的上端分别设有内置滤菌膜的排气口。这种工程化组织三维培养装置在很大程度上改善了传质作用，促进了组织工程组织的生长和成熟，提高了组织工程组织培育的自动化程度，但也存在以下问题：1.由于新培液储存瓶、循环培液储存瓶上均设有排气口，没有形成完全密闭的液流通道，循环培液储存瓶内的硅胶管的端部设有微孔气体注入器，储气钢瓶的气体是通过插入循环培液储瓶中的硅胶管为循环培液提供O₂气体，使O₂气体在循环培液产生气泡供氧，气泡会导致液面产生大量泡沫，容易滋生细菌形成污染，导致组织培养失败，而且这种结构的循环和生理应力模拟工程化组织三维培养装置所采用的液流驱动器只能采用蠕动泵驱动液流，其液流形式为连续灌注流动，这种连续灌注流动与体内血液在心脏收缩和舒张状态下形成的脉冲流动不同，与体内血液循环的真实状态存在较大差异；如果液流驱动器采用脉冲式伸缩泵驱动培养液，会造成培养液从排气口喷射的现象。2.由于三维组织细胞培养室内的中部只设有搁置培养组织搁网，搁置在搁网上的培养组织浸泡在培养液中，培养液对培养组织所施加的仅仅是静态压力和培养液流动时的剪切力，不能对培养组织施加产生形变的压、拉应力，与人体运动时组织呈现的状态有较大差异。3.培养室内的搁网只适用于块状组织的培养，而不能进行管状或线形软组织的培养。4.由于新培液是添加注入与循环培液混合，并且要注入一定量的新培液，就必须排放一定量的循环培液，这样导致新培液的量会越来越少，直至用完，并且组织分泌的活性因子也会随着培养液的排放而部分丢失，不能再利用，培养液的浪费较大，而且较长时间的组织培育过程还需开仓添加新培液，存在污染的可能，因此该装置不能完全避免被污染的可能。5.向培养液提供纯氧的方式与人体通过呼吸吸入空气后吸收O₂排除CO₂等的生理状况也存在较大区别。由于存在以上缺点，因此现有的组织工程组织培育装置还不具备真正意义的仿生培育，并且还难以满足现代组织工程培养自动化、产业化发展的要求。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的不足，提供一种组织工程组织的智能化仿生培育装置，它既能够为生物组织的体外培养提供一个与体内环境相似的体外培养环境，实现真正意义的仿生培育，又能够实现智能化控制。

本发明的目的是这样实现的：包括组织培养室、新鲜培养液储存瓶，所述组织培养室和新鲜培养液储存瓶之间设有一个气/液及液/液交换器，组织培养室通过一循环管路与气/液及液/液交换器相连，该循环管路设有与智能在线pH计相连的pH值监测探头，设有与智能在线溶解氧仪相连的氧分压监测探头，气/液及液/液交换器的腔内设置有用于新鲜培养液经过且与循环培养液进行液/液交换的亲水性中空纤维生物半透膜集束，和用于气体经过且与循环培养液进行气/液交换的疏水性中空纤维生物半透膜集束，新鲜培养液储存瓶通过另一循环管路与用于新鲜培养液经过且与循环培养液进行液/液交换的亲水性中空纤维生物半透膜集束连通，所述的循环管路上均设有由步进电机驱动的伸缩泵，所述用于气体经过且与循环培养液进行气/液交换的疏水性中空纤维生物半透膜集束一端通过输气管与O₂、CO₂、N₂气源连通，另一端通过出气管接通大气，所述输气管与O₂、CO₂、N₂气源之间分别设有节流阀，所述组织培养室设有对培养组织施加应力的装置，由步进电机驱动的模拟人体生理应力的施力装置与对培养组织施加应力的装置连接，所述模拟人体生理应力的施力装置设有自动控制的监测信号源；设置可编程逻辑控制器，所述可编程逻辑控制器分别通过驱动器与各步进电机电连接，可编程逻辑控制器分别电连接自动控制的监测信号源、智能在线pH计、智能在线溶解氧仪、节流阀。

由于采用了上述方案，所述组织培养室和新鲜培养液储存瓶之间设有一个气/液及液/液交换器，组织培养室通过一循环管路与气/液及液/液交换器相连，使组织培养室中的培养液能够通过该循环管路流动形成循环培养液在气/液及液/液交换器与组织培养室之间循环流动，为组织培养室内的培育组织提供营养，并同时对培育组织施与流体剪切力、液压力，促进组织内部的物质交换。在所述气/液及液/液交换器的腔内设置用于新鲜培养液经过且与循环培养液进行液/液交换的亲水性中空纤维生物半透膜集束，和用于气体经过且与循环培养液进行气/液交换的疏水性中空纤维生物半透膜集束。新鲜培养液储存瓶通过另一循环管路与用于新鲜培养液经过且与循环培养液进行液/液交换的亲水性中空纤维生物半透膜集束连通，使新鲜培养液能够通过该循环管路循环流动，且通过亲水性中空纤维生物半透膜与气/液及液/液交换器中的循环培养液进行营养物质和代谢产物的交换，增添循环培养液中的营养物质，同时带走循环培养液中的代谢产物，由此使本智能化仿生培育装置具备了模拟肾脏功能的液/液交换；所述用于气体经过且与循环培养液进行气/液交换的疏水性中空纤维生物半透膜集束一端通过输气管与O₂、CO₂、N₂气源连通，另一端通过出气管接通大气，使含有O₂、CO₂、N₂的混合气体能够从疏水性中空纤维生物半透膜集束经过，利用混合气体的分压性质通过疏水性中空纤维生物半透膜向循环培养液摄入O₂并带走CO₂，保持循环培养液中O₂的正常含量，由此使本智能化仿生培育装置具备了模拟肺功能的气/液交换。由于新鲜培养液、循环培养液分别经气/液及液/液交换器循环，混合气体经过气/液及液/液交换器，并在气/液及液/液交换器中形成更新交换，使用过的培养液不排放，培养液的总量不会减少，因此不须开仓就能让循环培养液及时得到更新，既避免开仓导致的无染，又不浪费培养液，而且采用中空纤维生物半透膜集束进行气/液及液/液交换，交换面积增大，交换效率得到极大的提高。在组织培养室与气/液及液/液交换器相连的循环管路设有智能在线pH计、智能在线溶解氧仪，在输气管与O₂、CO₂、N₂气源之间分别设有节流阀。智能在线pH计、智能在线溶解氧仪、各节流阀均与可编程逻辑控制器电连接，通过可编程逻辑控制器根据监测到的循环培养液的pH值和氧分压调控各节流阀的流量，使循环培养液能够即时交换更新。所述组织培养室设有对培养组织施加应力的装置，由步进电机驱动的模拟人体生理应力的施力装置与对培养组织施加应力的装置连接，所述模拟人体生理应力的施力装置设有的自动控制的监测信号源与可编程逻辑控制器电连接，所述可编程逻辑控制器通过驱动器与步进电机电连接，使自动控制的监测信号源能够将模拟人体生理应力的施力装置压力信号传输给可编程逻辑控制器，通过可编程逻辑控制器调控步进电机的对模拟人体生理应力的施力装置的驱动，使模拟人体生理应力的施力装置能够模拟人体运动对培养组织施与压应力或拉应力，克服了现有的组织培养装置存在的不足，实现了培养组织能够在模拟人体运动的形变状态下进行培养。在新鲜培养液与气/液和液/液交换器之间的循环管路上，和组织培养室与气/液和液/液交换器之间的循环管路上，均设有由步进电机驱动的伸缩泵，伸缩泵的具有褶皱腔壁的伸缩变容式泵囊在电机的驱动下收缩、舒张使泵囊容腔的容积缩小或扩大，进而培养液产生脉冲式液流，可编程逻辑控制器通过驱动器与步进电机电连接，在可编程逻辑控制器的控制下，伸缩泵能够模拟人体处于休息或运动状态中不同的心率驱动培养液流动，使培养液在模拟人体的脉冲压力下循环流动，让培养组织能够在一个真正模拟肺、肾功能和人体血液循环的脉冲压力环境中得到培养，并且还能从自动控制的监测信号源、智能在线pH计、智能在线溶解氧仪获取反馈信息，自动控制调整工作状态。同时为了使培养组织能够在模拟人体的磁场环境中得到培养，在所述组织培养室两端外设置电磁线圈环构成磁场环境，可以促进种子细胞的增殖和诱导分化的效果，有利于组织的培养。由于本组织工程组织的智能化仿生培育装置采用了上述结构，使组织工程组织的体外培养能够在智能化控制下实现真正意义的仿生培育，并且因效率提高，能使组织工程组织的制备形成产业化生产。

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

附图说明

图1为本发明装置的系统结构图；

图2为本发明装置的伸缩泵的一种实施例；

图3为本发明装置的模拟人体生理应力的施力装置的结构示意图；

图4为本发明装置的气/液及液/液交换器的一种实施例。

附图中，1为组织培养室，2为新鲜培养液储存瓶，3为气/液及液/液交换器，4为循环培养液循环管路，5为可编程逻辑控制器，6为模拟人体生理应力的施力装置，7为伸缩泵，8为智能在线pH计，8a为测量池，9为智能在线溶解氧仪，9a为测量池，10为新鲜培养液循环管路，11a、11b为步进电机，12为亲水性中空纤维生物半透膜集束，13为疏水性中空纤维生物半透膜集束，14为输气管，15为节流阀，16为电磁线圈环，17为驱动器，18为对培养组织施加应力的装置，19为拉压力传感器，20为螺旋弹簧，21为连接头，22为变送器，23为连接杆，24为压头，25为支承座，26为伸缩变容式泵囊。

具体实施方式

参见图1至图4，本实施例的组织工程组织的智能化仿生培育装置，包括组织培养室1、新鲜培养液储存瓶2、气/液及液/液交换器3、可编程逻辑控制器5、由步进电机11b驱动的模拟人体生理应力的施力装置6、由步进电机11a驱动的伸缩泵、智能在线pH计8、智能在线溶解氧仪9等。所述组织培养室1和新鲜培养液储存瓶2之间设置一个气/液及液/液交换器3。气/液及液/液交换器3的壳体分别设有循环培养液的入口、出口，组织培养室1通过循环培养液循环管路4与气/液及液/液交换器3上的相连，该循环培养液循环管路4由连通组织培养室1的入口与气/液及液/液交换器3的循环培养液的出口之间的管子，和连通组织培养室1的出口与气/液及液/液交换器3的循环培养液的入口之间的管子构成，管子采用硅胶管。在组织培养室1的出口与气/液及液/液交换器3的循环培养液的入口之间管路上设有由步进电机11a驱动的伸缩泵7，以及智能在线pH计8、智能在线溶解氧仪9，所述的智能在线pH计8、智能在线溶解氧仪9采用贵阳学通仪器仪表有限公司销售的pHG5202/5202-1智能在线pH计和OXY5402智能在线溶解氧仪效果较佳。所述伸缩泵7采用具有褶皱腔壁的伸缩变容式泵囊26，伸缩变容式泵囊26的收缩和舒张能够使循环培养液产生脉冲式液流。所述智能在线pH计8、智能在线溶解氧仪9均设有测量池8a、9a，智能在线pH计8的pH值监测探头位于测量池8a中，智能在线溶解氧仪9的氧分压监测探头位于测量池9a中，采用硅胶管将组织培养室、伸缩泵、测量池、气/液及液/液交换器连通。驱动伸缩泵7的步进电机11a与驱动器17电连接。所述气/液及液/液交换器3的腔内设置有用于新鲜培养液经过且与循环培养液进行液/液交换的亲水性中空纤维生物半透膜集束12，新鲜培养液储存瓶2通过新鲜培养液循环管路10与用于新鲜培养液经过且与循环培养液进行液/液交换的亲水性中空纤维生物半透膜集束12连通。所述气/液及液/液交换器3的壳体上设有新鲜培养液的入口、出口，用于新鲜培养液经过且与循环培养液进行液/液交换的亲水性中空纤维生物半透膜集束12连通新鲜培养液的入口、出口。所述新鲜培养液循环管路10由连通新鲜培养液储存瓶2出口与气/液及液/液交换器3的壳体上的新鲜培养液的入口之间的管子，和连通新鲜培养液储存瓶2入口与气/液及液/液交换器3的壳体上的新鲜培养液的出口之间的管子构成，管子采用硅胶管。在新鲜培养液储存瓶2出口与气/液及液/液交换器3的壳体上的新鲜培养液的入口之间的管路上设有另一个由步进电机驱动的伸缩泵7a，所述伸缩泵7a采用具有褶皱腔壁的伸缩变容式泵囊，伸缩变容式泵囊的收缩和舒张能够使新鲜培养液产生脉冲式液流。驱动伸缩泵的步进电机与驱动器电连接。所述气/液及液/液交换器3的腔内还设置有用于气体经过且与循环培养液进行气/液交换的疏水性中空纤维生物半透膜集束13，所述气/液及液/液交换器的壳体设有气体的入口、出口，用于气体经过且与循环培养液进行气/液交换的疏水性中空纤维生物半透膜集束13连通气体的入口、出口。所述用于气体经过且与循环培养液进行气/液交换的疏水性中空纤维生物半透膜集束13一端通过与气/液及液/液交换器的壳体气体的入口连接的输气管14连通O₂、CO₂、N₂气源，另一端通过与气/液及液/液交换器的壳体气体的出口连接的出气管接通大气。所述输气管14与O₂、CO₂、N₂气源之间分别设有节流阀15。所述O₂、CO₂、N₂气源采用储气瓶装气源，有利于本装置的移动。所述亲水性中空纤维生物半透膜集束12和疏水性中空纤维生物半透膜集束13的中空纤维生物半透膜均采用聚醚风半透膜效果为佳，采用其它材料的亲水性和疏水性中空纤维生物半透膜也能达到较好效果。所述组织培养室设有对培养组织施加应力的装置18，该装置18设有施加压应力的压头24或施加拉应力的夹头，该装置具有外伸出组织培养室的连接杆23，由步进电机11b驱动的模拟人体生理应力的施力装置6与对培养组织施加应力的装置18的连接杆23连接，所述模拟人体生理应力的施力装置6包括拉压力传感器19、螺旋弹簧20、连接头21，拉压力传感器19一端通过转接头连接步进电机11b的轴，另一端通过螺旋弹簧20与连接头21连接，拉压力传感器上设有导向轴穿过螺旋弹簧20插入连接头21中且与连接头滑动配合，连接头21通过卡接固定或螺纹连接固定与组织培养室1的对培养组织施加应力的装置的连接杆23连接，拉压力传感器19电连接变送器22构成自动控制的监测信号源。组织培养室1通过螺钉固定在模拟人体生理应力的施力装置6的支承座25上。设置可编程逻辑控制器5，所述可编程逻辑控制器5分别与各步进电机的驱动器、自动控制的监测信号源、智能在线pH计、智能在线溶解氧仪、节流阀等电连接。所述步进电机采用直线步进电机，能够保证驱动的精确性。所述组织培养室1两端外分别设有电磁线圈环16，电磁线圈环16固定在支承座25上设置的支撑上，用螺钉将电磁线圈环盖板固定在支撑上，利用电磁线圈环形成电磁场，用以研究电磁场对细胞增值和分化的影响。所述组织培养室1、新鲜培养液储存瓶2、气/液及液/液交换器3、伸缩泵7、模拟人体生理应力的施力装置6、可编程逻辑控制器5等组成本装置的所有部件设置在一个机柜上，机柜上还设置人机界面的触摸屏供工作人员操作。

使用本组织工程组织的智能化仿生培育装置进行组织工程组织体外仿生培育时，将所培养的组织放置在组织培养室内，骨组织用对培养组织施加应力的装置的压头压住固定，肌肉组织或血管组织用对培养组织施加应力的装置的夹头夹住固定，在组织培养室内注入新鲜培养液，同时在新鲜培养液储存瓶中注入新鲜培养液，通过操作触摸屏使循环培养液循环管路上伸缩泵驱动组织培养室中的培养液在组织培养室和气/液及液/液交换器之间形成循环，伸缩泵在可编程逻辑控制器的控制下模拟心脏的收缩和舒张，可根据需要模拟人体处于休息或运动状态的心率驱动循环培养液形成脉冲式流动，为培养组织提供仿生环境，并对培养组织施与流体剪切力、液压力，促进组织内部的物质交换；同时模拟人体生理应力的施力装置在可编程逻辑控制器的控制下，可根据需要模拟人体处于休息或运动状态的压应力或者拉应力，为培养组织提供仿生环境，使培养组织在接受压应力或者拉应力的状态下促进组织分化成熟和塑形及进行组织内部的物质交换。当循环培养液使用一段时间需要更新时，可编程逻辑控制器控制新鲜培养液循环管路上的伸缩泵工作，驱动新鲜培养液在新鲜培养液储存瓶和气/液及液/液交换器之间形成脉冲式循环，使新鲜培养液在经过气/液及液/液交换器时，通过用于新鲜培养液经过且与循环培养液进行液/液交换的亲水性中空纤维生物半透膜集束形成新鲜培养液与循环培养液之间的营养物质和代谢产物的交换，增添循环培养液中的营养物质，同时带走循环培养液中的代谢产物。在对组织进行培养的过程中，可编程逻辑控制器根据智能在线pH计、智能在线溶解氧仪监测到的循环培养液中的pH值和O₂含量，通过各节流阀控制 O₂、CO₂、N₂进入用于气体经过且与循环培养液进行气/液交换的疏水性中空纤维生物半透膜集束的流量，利用混合气体的分压性质和疏水性中空纤维生物半透膜的特性，向循环培养液中摄入O₂，同时带走循环培养液中的CO₂，对循环培养液进行更新。如：循环培养液的PH值降低，而PCO₂和PO₂正常，则维持CO₂和O₂的流量，加大N₂的流量，使PH值恢复正常；循环培养液的PH值降低，而PCO₂降低，PO₂正常，则需加大CO₂、N₂的流量，O₂的流量不变，使PH值和PCO₂恢复正常；循环培养液的PH值降低，而PCO₂升高PO₂正常，则需加大N₂流量，O₂的流量不变，CO₂流量降低，使PH值和PCO₂恢复正常；循环培养液的PH值降低，而PO₂降低，PCO₂正常，则维持CO₂、N₂的流量，加大O₂的流量，使PH值和PO₂恢复正常；循环培养液的PH值降低，而PO2₂升高，PCO₂正常，则维持CO₂的流量，加大N₂的流量，降低O₂的流量，使PH值和PO₂恢复正常；循环培养液的PH值降低，而PCO₂和PO₂都升高，则降低CO₂和O₂的流量，加大N₂的流量，使PH值、PCO₂和PO₂恢复正常；循环培养液的PH值降低，而PCO₂和PO₂都降低，则加大CO₂和O₂的流量，并加大N₂的流量，使PH值、PCO₂和PO₂恢复正常；循环培养液的PH值降低，而PCO₂降低，PO₂升高，则加大CO₂、N₂的流量，降低O₂的流量，使PH值、PCO₂和PO₂恢复正常；循环培养液的PH值降低，而PCO₂升高，PO₂降低，则需加大O₂、N₂的流量，降低CO₂的流量，使PH值、PCO₂和PO₂恢复正常；循环培养液的PH值升高，而PCO₂和PO₂正常，则维持CO₂和O₂的流量，降低N₂的流量，使PH值恢复正常；循环培养液的PH值升高，而PCO₂降低，PO₂正常，则需加大CO₂和O₂的流量、降低N₂的流量，使PH值、PCO₂恢复正常；循环培养液的PH值升高，而PCO₂升高，PO₂正常，则降低N₂、CO₂流量，O₂的流量不变，使PH值、PCO₂恢复正常；循环培养液的PH值升高，而PO₂降低，PCO₂正常，则维持CO₂的流量、降低N₂的流量，加大O₂的流量，使PH值、PO₂恢复正常；循环培养液的PH值升高，而PO₂升高，PCO₂正常，则维持CO₂、N₂的流量，降低O₂的流量，使PH值、PO₂恢复正常；循环培养液的PH值升高，而PCO₂和PO₂都升高，则降低CO₂、O₂、N₂的流量，使PH值、PCO₂和PO₂恢复正常；循环培养液的PH值升高，而PCO₂和PO₂都降低，则加大CO₂和O₂的流量，降低N₂的流量，使PH值、PCO₂和PO₂恢复正常；循环培养液的PH值升高，而PCO₂降低，PO₂升高，则需加大CO₂的流量，维持N₂的流量，降低O₂的流量，使PH值、PCO₂和PO₂恢复正常；循环培养液的PH值升高，而PCO₂升高，PO₂降低，则需加大O₂的流量，降低CO₂、N₂的流量，使PH值、PCO₂和PO₂恢复正常；循环培养液的PH值正常，而PCO₂和PO₂正常，则维持CO₂、N₂和O₂的流量；循环培养液的PH值正常，而PCO₂降低，PO₂正常，则需加大CO₂、N₂的流量，O₂的流量不变，使PCO₂恢复正常；循环培养液的PH值正常，而PCO₂升高，PO₂正常，则需加大N₂流量，O₂的流量不变，降低CO₂流量，使PCO₂恢复正常；循环培养液的PH值正常，而PO₂降低，PCO₂正常，则维持CO₂的流量，降低N₂的流量，加大O₂的流量，使PO₂恢复正常；循环培养液的PH值正常，而PO₂升高，PCO₂正常，则维持CO₂的流量，加大N₂的流量，降低O₂的流量，使PO₂恢复正常；循环培养液的PH值正常，而PCO₂和PO₂都升高，则降低CO₂和O₂的流量，加大N₂的流量，使PCO₂和PO₂恢复正常；循环培养液的PH值正常，而PCO₂和PO₂都降低，则加大CO₂和O₂的流量，加大或降低N₂的流量，使PCO₂和PO₂恢复正常；循环培养液的PH值正常，而PCO₂降低，PO₂升高，则需加大CO₂流量，降低O₂的流量，加大或降低N₂的流量，使PCO₂和PO₂恢复正常；循环培养液的PH值正常，而PCO₂升高，PO₂降低，则需加大O₂流量，降低CO₂的流量，加大或降低N₂的流量，使PCO₂和PO₂恢复正常。在可编程逻辑控制器的及时调控处理下，使循环培养液的PH值、PCO₂、PO₂等培养条件更加稳定，利于细胞的培养。采用本装置进行组织工程组织体外培养，仅用250ml新鲜培养液就可以使用21天，即完成一次长期培育的周期，既可以减少培养液的用量，节约培养经费，又避免了开仓加液导致的污染。同时组织培养室外设置的电磁线圈环形成适当的强度和频率的电磁场，可以促进种子细胞的增殖和诱导分化的效果，有利于骨组织的培养。

采用本组织工程组织的智能化仿生培育装置培育组织工程骨，与采用现有技术培育组织工程骨的对照如下：

细胞增殖活性的MTT检测

分组	1天	3天	5天	7天	10天	13天
							组1	0.095	0.214	0.572	0.944	1.184	0.935

对照组

0.096

0.201

0.486

0.635

0.608

0.573

组1为采用本组织工程组织的智能化仿生培育装置对培育的组织工程骨施加压幅为5％，频率为0.5Hz的压应力刺激进行培育，对照组则是应用循环和生理应力模拟工程化组织三维培养装置对组织工程骨进行培育。二者细胞增殖活性的MTT检测如上表，经统计数分析，组1细胞的增殖活性明显高于对照组。说明应用组织工程组织的智能化仿生培育装置对培育的组织工程骨施加一定的压应力刺激可以显著促进细胞增殖。

MSCs细胞碱性磷酸酶活性检测

分组	1天	3天	5天	7天	10天	13天
							组1	0.095	0.214	0.572	0.944	1.184	0.935
对照组	0.096	0.201	0.486	0.635	0.608	0.573

组1为采用本组织工程组织的智能化仿生培育装置对培育的组织工程骨施加压幅为5％，频率为0.5Hz的压应力刺激进行培育，对照组则是应用循环和生理应力模拟工程化组织三维培养装置对组织工程骨进行培育。二者细胞增殖活性的碱性磷酸酶活性检测结果如上表，经统计数分析，组1细胞的碱性磷酸酶活性明显高于对照组。说明应用组织工程组织的智能化仿生培育装置对培育的组织工程骨施加一定的压应力刺激可以显著促进种子细胞成骨分化，因此可以促进组织工程骨的成熟。

Claims

1.一种组织工程组织的智能化仿生培育装置，包括组织培养室、新鲜培养液储存瓶，其特征在于：所述组织培养室和新鲜培养液储存瓶之间设有一个气/液及液/液交换器，组织培养室通过一循环管路与气/液及液/液交换器相连，该循环管路上设有智能在线pH计、智能在线溶解氧仪，气/液及液/液交换器的腔内设置有用于新鲜培养液经过且与循环培养液进行液/液交换的亲水性中空纤维生物半透膜集束，和用于气体经过且与循环培养液进行气/液交换的疏水性中空纤维生物半透膜集束，新鲜培养液储存瓶通过另一循环管路与用于新鲜培养液经过且与循环培养液进行液/液交换的亲水性中空纤维生物半透膜集束连通，所述的循环管路上均设有由步进电机驱动的伸缩泵，所述用于气体经过且与循环培养液进行气/液交换的疏水性中空纤维生物半透膜集束一端通过输气管与O₂、CO₂、N₂气源连通，另一端通过出气管接通大气，所述输气管与O₂、CO₂、N₂气源之间分别设有节流阀，所述组织培养室设有对培养组织施加应力的装置，由步进电机驱动的模拟人体生理应力的施力装置与对培养组织施加应力的装置连接，所述对培养组织施加应力的装置设有施加压应力的压头或施加拉应力的夹头，该装置具有外伸出组织培养室的连接杆与模拟人体生理应力的施力装置连接，施加压应力的压头用于压住骨组织，施加拉应力的夹头用于夹住肌肉组织或血管组织，所述模拟人体生理应力的施力装置设有自动控制的监测信号源，所述由步进电机驱动的模拟人体生理应力的施力装置包括拉压力传感器、螺旋弹簧、连接头，拉压力传感器一端连接步进电机的轴，另一端通过螺旋弹簧与连接头连接，拉压力传感器上设有导向轴穿过螺旋弹簧插入连接头中且与连接头滑动配合，连接头连接组织培养室的对培养组织施加应力的装置的连接杆，拉压力传感器电连接变送器构成自动控制的监测信号源，所述组织培养室两端外设有电磁线圈环；设置可编程逻辑控制器，所述可编程逻辑控制器分别通过驱动器与各步进电机电连接，可编程逻辑控制器分别电连接自动控制的监测信号源、智能在线pH计、智能在线溶解氧仪、节流阀。

2.根据权利要求1所述的组织工程组织的智能化仿生培育装置，其特征在于：所述气/液及液/液交换器的壳体设有循环培养液的入口、出口，设有新鲜培养液的入口、出口，设有气体的入口、出口，用于新鲜培养液经过且与循环培养液进行液/液交换的亲水性中空纤维生物半透膜集束连通新鲜培养液的入口、出口，用于气体经过且与循环培养液进行气/液交换的疏水性中空纤维生物半透膜集束连通气体的入口、出口。

3.根据权利要求1或2所述的组织工程组织的智能化仿生培育装置，其特征在于：所述中空纤维生物半透膜为聚醚砜半透膜。

4.根据权利要求1所述的组织工程组织的智能化仿生培育装置，其特征在于：所述由步进电机驱动的伸缩泵采用具有褶皱腔壁的伸缩变容式泵囊。

5.根据权利要求1或4任一所述的组织工程组织的智能化仿生培育装置，其特征在于：所述步进电机采用直线步进电机。