CN102178572A - 人耳廓软骨体外构建的方法与装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种人耳廓软骨体外构建的方法与装置。目前培养人耳廓的方法是手工塑性，体外静态培养，只能构建小尺度的人耳廓模型，无法实现正常对正常人耳廓软骨的构建。本发明包括人耳廓生物反应器、控制单元和测量单元三个部分。人耳廓软骨生物反应器由凸轮旋转机构、移动导向机构、位移调整机构、人耳廓软骨培养机构和定位联接机构五部分组成。控制单元由触摸屏、可编程控制器、电机、调速器组成。测量单元由压力传感器、流量传感器、数据采集卡、测量软件组成。本发明采用压应力和灌流的方式实现了人耳廓软骨体外全自动的动态培养，人耳廓软骨生物反应器能够由单台组合成多头进行规模化的培养与构建，完全改变了以往手工操作和静态培养的模式。
Description
技术领域
本发明专利属于生物医学工程领域，涉及一种体外动态培养人耳廓的方法和装置，特别是涉及一种用于将种子细胞与生物可降解材料复合，在不同频率和压应力动态环境灌注构建具有细胞活性、良好人耳廓形态和一定力学强度的人耳廓的培养装置。适合于生物医学工程领域体外构建具有良好形态的人耳廓软骨。
背景技术
采用组织工程的方法将细胞与生物可降解材料复合构建组织工程人耳廓软骨时，导致体外构建的人耳廓的形态与正常人的形态相差甚远，人耳廓软骨内部组织容易形成中空等缺陷，力学性能与正常的人耳廓软骨相比相差甚远，无法到达临床移植的要求。目前培养人耳廓的方法是手工塑性，体外静态培养，只能构建小尺度的人耳廓模型，无法实现正常对正常人耳廓软骨的构建。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于施加不同频率和大小的压应力和灌注流动，动态构建人耳廓软骨的方法和装置。本装置可以对人耳廓软骨培养的压应力频率、大小和灌注流动的流量和频率进行调节，在最佳的参数下进行培养，同时该装置可任意组合，同时培养多个人耳廓软骨。由于是全密封的培养，避免了人耳廓软骨培养时易受污染的情况。
本发明包括人耳廓生物反应器、控制单元和测量单元三个部分。
人耳廓生物反应器包括调整手柄、上固定端、培养液进液口、培养液出液口、滑动自锁螺杆、滑动稳定光杆、软体下固定压板、培养室下固定板、支撑台、人耳廓软骨模型培养室、支撑台固定板、右轴承支承座、轴承挡板、联接轴、轴承挡板固定螺钉、联接定位销、移动调整板、传感器固定螺钉、压力传感器、培养室上压板、培养室上固定板、软体上压固定板、软体套管、下固定板固定螺钉、上固定板固定螺钉、培养室下压板、移动导杆箱、定位弹簧、移动导杆、滑轮、左轴承支承座、凸轮、转轴、定位固定螺钉、定位销固定座和底座。
控制单元由触摸屏、可编程控制器、电机、调速器等元件组成。
测量单元由压力传感器、流量传感器、数据采集卡、测量软件等部分组成。
人耳廓软骨生物反应器由凸轮旋转机构、移动导向机构、位移调整机构、人耳廓软骨培养机构和定位联接机构五部分组成。
凸轮旋转机构包括联接轴、左轴承支承座、轴承挡板、轴承、轴承挡板固定螺钉、转轴、凸轮和右轴承支承座。联轴器与转轴相连，转轴固定在左、右放置的轴承中，轴承固定在左、右轴承支承座上，由轴承挡板和固定螺钉固定与定位，凸轮放置在转轴的中央，整个凸轮旋转机构放置在底座上。
移动导向机构包括移动导杆、滑轮、移动导杆箱、定位弹簧、固定螺钉、培养室下压板、支撑台和支撑台固定板。移动导杆及滑轮放置在移动导杆箱中由定位弹簧预紧，移动导杆的另一端与培养室下压板联接，移动导杆箱置于支撑台上，支撑台由支撑台固定板定位固定，移动导向机构的滑轮置于凸轮旋转机构上方。
位移调整机构包括调整手柄、上固定端、滑动自锁螺杆、滑动稳定光杆、移动调整板、传感器固定螺钉、压力传感器、培养室上压板和底座，调整手柄通过上固定端与滑动自锁螺杆和滑动稳定光杆联接，滑动自锁螺杆和滑动稳定光杆与底座联接固定，在滑动自锁螺杆和滑动稳定光杆之间装有移动调整板，压力传感器通过固定螺钉与移动调整板联接，传感器的另一端与培养室上压板联接。
人耳廓软骨培养机构包括培养室上固定板、培养室下固定板、软体套管、软体下固定压板、软体上压固定板、固定螺钉和人耳廓软骨模型培养室。人耳廓软骨模型培养室通过梯形连接块与培养室上固定板联接，下部镶入培养室下固定板的槽中，在培养室上固定板和下固定板之间，通过软体上、下固定板将软体套管固定在中间，使得人耳廓软骨模型培养室与外界完全隔开，培养液进、出液口与培养室上、下固定板的管路相连，构成一个培养液的循环流动回路。
定位联接机构包括联接定位销、定位固定螺钉、定位销固定座，联接定位销置于定位销固定座中由固定螺钉紧固，分布放置在底座上，与其他的人耳廓软骨生物反应器相联接，构成联动组合培养系统。
控制单元由触摸屏、可编程控制器、电机、调速器等元件组成。通过触摸屏可以对人耳廓软骨生物反应器进出参数设置和运行操作，触摸屏的指令通过数据线传给控制器，可编程控制器根据预先编制的软件完成对电机的控制，调速器能够对电机进行调速。
测量单元由压力传感器、流量传感器、数据采集卡、测量软件等部分组成。压力传感器和流量传感器分别设置在培养液进液口、培养液出液口；压力传感器和流量传感器采集的数据通过数据线传递给数据采集卡，数据采集卡通过测量软件将数据显示在电脑上。
人耳廓软骨体外构建的方法具体包括以下步骤：
1、将细胞与生物可降解材料复合物在无菌环境下置于人耳廓软骨上压模与人耳廓软骨下压模形成的人耳廓型腔中，将这个整体通过梯形连接块固定置于培养室上固定板和培养室下固定板之间，套上软体套管，通过软体上、下固定板将软体套管与培养室上固定板和培养室下固定板联接。
2、将人耳廓软骨培养机构置于培养室下压板与培养室上压板之间，旋转调整手柄将人耳廓软骨培养机构固定好，使得移动导向机构具有一定的移动空间。将培养液进液口、培养液出液口与培养液管路向联通，开启蠕动泵注入培养液。
3、设置好电机的转速与传感器的初始值，开启电机按钮进行动态培养，同时对人耳廓软骨生物反应器进行参数微调。
4、以上三步组装成几个人耳廓软骨生物反应器，通过定位机构将其连在一起，进行多人耳廓的培养与构建。
采用上述人耳廓软骨体外构建方法与装置适合各种细胞与材料复合物的培养与构建，细胞包括各种软骨细胞、干细胞和IPS细胞诱导所得的软骨细胞，材料包括可降解材料和不可降解材料，如高分子颗粒、丝线和胶体材料、无机可降解材料。
本发明与现有技术相比，具有的有益效果是：它采用压应力和灌流的方式实现了人耳廓软骨体外全自动的动态培养，人耳廓软骨生物反应器能够由单台组合成多头进行规模化的培养与构建，完全改变了以往手工操作和静态培养的模式。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是图1中人耳廓软骨培养机构结构示意图。
图3是图1中移动导向机构结构示意图。
图4是人耳廓软骨生物反应器单机组合进行动态培养的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步说明。
如图1，一种基于压应力和灌流的动态培养人耳廓软骨生物反应器包括凸轮旋转机构、移动导向机构、位移调整机构、人耳廓软骨培养机构和定位联接机构五部分组成。
凸轮旋转机构包括：联接轴13、左轴承支承座27、轴承挡板11、轴承12、轴承挡板固定螺钉14、转轴29、凸轮28、右轴承支承座10。联轴器13与转轴29相连，转轴固定在左、右放置的轴承12中，轴承固定在左、右轴承支承座（27、10）上，由轴承挡板11和固定螺钉14固定与定位，凸轮28放置在转轴29的中央，整个凸轮旋转机构放置在底座32上。
位移调整机构包括：调整手柄1、上固定端2、滑动自锁螺杆4、滑动稳定光杆5、移动调整板16、传感器固定螺钉17、压力传感器18、培养室上压板19、底座32，调整手柄1通过上固定端2与滑动自锁螺杆4和滑动稳定光杆5联接，滑动自锁螺杆4和滑动稳定光杆5与底座32联接固定，在滑动自锁螺杆4和滑动稳定光杆5之间装有移动调整板16，压力传感器18通过传感器固定螺钉17与移动调整板16联接，传感器的另一端与培养室上压板19联接。
如图1及图2所示：人耳廓软骨培养机构包括：培养室上固定板20、培养室下固定板7、软体套管22、软体下固定压板6、软体上压固定板21、固定螺钉23、梯形连接块34、人耳廓软骨模型培养室（人耳廓型腔35、人耳廓软骨上压模39、人耳廓软骨下压模40）、培养液进液口3、培养液出液口37、培养液出口流道36、培养液进口流道38。人耳廓软骨模型培养室通过梯形连接块34与培养室上固定板20联接，下部镶入培养室下固定板7的槽中，放置在培养室上固定板和下固定板之间，通过软体上、下固定板（21，6）将软体套管22固定在中间，使得人耳廓软骨模型培养室与外界完全隔开，培养液进、出液口（3、37）与培养室上、下固定板的管路（36、38）相连，构成一个培养液的循环流动回路。
如图1及图3所示：移动导向机构包括：移动导杆26及滑轮47、移动导杆箱25及定位弹簧46、固定螺钉23、培养室下压板24、支撑台8、支撑台固定板9。移动导杆26及滑轮47放置在移动导杆箱25中由定位弹簧46预紧，移动导杆的另一端与培养室下压板24联接，移动导杆箱25及定位弹簧46置于支撑台8上，支撑台8由支撑台固定板9定位固定，移动导向机构的滑轮置于凸轮旋转机构上方。
如图1所示：定位联接机构包括：联接定位销15、定位固定螺钉30、定位销固定座31，联接定位销15置于定位销固定座31中由固定螺钉30紧固，分布放置在底座32上，与其他的人耳廓软骨生物反应器相联接，构成联动组合培养系统。
如图4所示：人耳廓软骨生物反应器通过固定在电机底座33上的电机41，实现人耳廓的动态培养，反应器可以通过多个组合（42、43、44、45），实现多人耳廓软骨的培养。
利用该人耳廓软骨生物反应器构建人耳廓软骨的工作过程如下：
1、将细胞（包括软骨细胞、干细胞等）与生物可降解材料复合物在无菌环境下置于人耳廓软骨上压模39与人耳廓软骨下压模40形成的人耳廓型腔35中，将这个整体通过梯形连接块34固定置于培养室上固定板20和培养室下固定板7之间，套上软体套管22，通过软体上、下固定板（21，6）将软体套管22与培养室上固定板20和培养室下固定板7联接。
2、将人耳廓软骨培养机构置于培养室下压板24与培养室上压板19之间，旋转调整手柄1将人耳廓软骨培养机构固定好，使得移动导向机构具有一定的移动空间。将培养液进液口3、培养液出液口37与培养液管路向联通，开启蠕动泵注入培养液。
3、设置好电机的转速与传感器的初始值，开启电机按钮进行动态培养，同时对人耳廓软骨生物反应器进行参数微调。
4、以上三步组装成几个人耳廓软骨生物反应器，通过定位机构将其连在一起，进行多人耳廓的培养与构建。
Claims (2)
1.人耳廓软骨体外构建装置，包括人耳廓生物反应器、控制单元和测量单元，其特征在于：
人耳廓软骨生物反应器由凸轮旋转机构、移动导向机构、位移调整机构、人耳廓软骨培养机构和定位联接机构五部分组成；
所述的凸轮旋转机构包括联接轴、左轴承支承座、轴承挡板、轴承、轴承挡板固定螺钉、转轴、凸轮和右轴承支承座；联轴器与转轴相连，转轴固定在左、右放置的轴承中，轴承固定在左、右轴承支承座上，由轴承挡板和固定螺钉固定与定位，凸轮放置在转轴的中央，整个凸轮旋转机构放置在底座上；
所述的移动导向机构包括移动导杆、滑轮、移动导杆箱、定位弹簧、固定螺钉、培养室下压板、支撑台和支撑台固定板；移动导杆及滑轮放置在移动导杆箱中由定位弹簧预紧，移动导杆的另一端与培养室下压板联接，移动导杆箱置于支撑台上，支撑台由支撑台固定板定位固定，移动导向机构的滑轮置于凸轮旋转机构上方；
所述的位移调整机构包括调整手柄、上固定端、滑动自锁螺杆、滑动稳定光杆、移动调整板、传感器固定螺钉、压力传感器、培养室上压板和底座；调整手柄通过上固定端与滑动自锁螺杆和滑动稳定光杆联接，滑动自锁螺杆和滑动稳定光杆与底座联接固定，在滑动自锁螺杆和滑动稳定光杆之间装有移动调整板，压力传感器通过固定螺钉与移动调整板联接，压力传感器的另一端与培养室上压板联接；
所述的人耳廓软骨培养机构包括培养室上固定板、培养室下固定板、软体套管、软体下固定压板、软体上压固定板、固定螺钉和人耳廓软骨模型培养室；人耳廓软骨模型培养室通过梯形连接块与培养室上固定板联接，下部镶入培养室下固定板的槽中，在培养室上固定板和下固定板之间，通过软体上、下固定板将软体套管固定在中间，使得人耳廓软骨模型培养室与外界完全隔开，培养液进、出液口与培养室上、下固定板的管路相连，构成一个培养液的循环流动回路；
所述的定位联接机构包括联接定位销、定位固定螺钉和定位销固定座，联接定位销置于定位销固定座中由固定螺钉紧固，分布放置在底座上，与其他的人耳廓软骨生物反应器相联接，构成联动组合培养系统；
控制单元由触摸屏、可编程控制器、电机和调速器组成；通过触摸屏可以对人耳廓软骨生物反应器进出参数设置和运行操作，触摸屏的指令通过数据线传给控制器，控制器根据预先编制的软件完成对电机的控制，调速器能够对电机进行调速；
测量单元由压力传感器、流量传感器、数据采集卡、测量软件组成；压力传感器和流量传感器分别设置在培养液进液口、培养液出液口；压力传感器和流量传感器采集的数据通过数据线传递给数据采集卡，数据采集卡通过测量软件将数据显示在电脑上。
2.利用如权利要求1所述的人耳廓软骨体外构建装置构建人耳廓软骨的方法包括以下步骤：
步骤1、将细胞与生物可降解材料复合物在无菌环境下置于人耳廓软骨上压模与人耳廓软骨下压模形成的人耳廓型腔中，将这个整体通过梯形连接块固定置于培养室上固定板和培养室下固定板之间，套上软体套管，通过软体上、下固定板将软体套管与培养室上固定板、培养室下固定板联接；
步骤2、将人耳廓软骨培养机构置于培养室下压板与培养室上压板之间，旋转调整手柄将人耳廓软骨培养机构固定好，使得移动导向机构具有一定的移动空间；将培养液进液口、培养液出液口与培养液管路向联通，开启蠕动泵注入培养液；
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
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Granted publication date: 20130206 |