CN102899250A - 用于组织工程的可控液压生物反应器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了用于组织工程的可控液压生物反应器，包括罐体和顶盖，其特征是所述顶盖的上端部设置有可控液压系统，所述罐体的下部设置有循环灌注系统；所述罐体内设置有柔性隔膜，柔性隔膜将罐体和顶盖形成的腔体分隔成培养腔和加压腔；所述培养腔的下部设置有多孔搁板。本发明采用液压加压方式和可控卸压技术，可实现对压力刺激强度、频率、作用时间等关键参数的实时、精密调控，实现多种刺激模式的转换；在培养系统中引入培养液进、出口以实现循环灌注培养，从而大大简化工程化软骨构建过程中换液等基本操作的复杂程度，并降低重复开盖操作引起污染的可能性。

Description

用于组织工程的可控液压生物反应器
技术领域
本发明涉及一种组织工程生物反应器，特别是涉及一种具备独立加压腔体的用于组织工程的可控液压生物反应器。
背景技术
先天性小耳畸形、创伤等因素造成的耳缺损在整形外科中很常见，但取自体骨雕刻修复创伤大，利用组织工程学方法在体外构建出具有精确耳廓形态的软骨将成为修复耳缺损的重要医疗新方案。但目前体外构建的人耳廓软骨力学性能较差，植入到皮下组织后尚达不到重建耳廓形态稳定性的临床要求。因此必须在体外构建时提高工程化软骨的力学性能。
力学刺激可通过增强软骨细胞增殖、分化、胞外基质合成等途径显著提高工程化软骨力学性能。目前应用最广泛的生物反应器主要有两种——剪切力及压应力生物反应器。然而这两种反应器主要以不等压施力模式为主，因为施力方向单一，会导致软骨非受力面缺乏相应力学刺激，从而引起体外构建软骨力学性能不均一，达不到大体积、特殊形态的软骨（如耳廓软骨）对于力学性能和精确形状的要求。因此，开发一款可从各个方向上均匀施压，且不会导致软骨形态变化的生物反应器，对体外构建工程化软骨至关重要。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服上述缺陷，提供一种可从各个方向上对培养物进行均匀施压的用于组织工程的可控液压生物反应器。
为解决上述问题，本发明所采用的技术方案是：
用于组织工程的可控液压生物反应器，包括罐体，罐体上设置有顶盖，其特征在于：所述顶盖的上端部设置有可控液压系统，所述罐体的下部设置有循环灌注系统；
所述罐体内设置有柔性隔膜，柔性隔膜将罐体和顶盖形成的腔体分隔成培养腔和加压腔；
所述培养腔的下部设置有多孔搁板，多孔搁板用以放置培养物；
所述可控液压系统包括一端贯穿并安装在顶盖上的管路，管路的另一端安装有液压装置；
所述循环灌注系统包括分别安装在罐体上的两根管路，两根管路呈上下位置关系；位于上方的管路为出液管，出液管连接有储液装置，位于下方的管路为进液管，进液管连接有储液装置；所述进液管与储液装置之间设置有动力装置。
作为一种改进：
所述顶盖上还设置有两根管路，管路的下端贯穿并安装在顶盖上，上端分别安装有安全阀和泄压阀。
作为进一步的改进：
所述罐体的下部设有管路，管路的一端贯穿并安装在罐体上，另一端安装有压力表。
所述进液管上安装有控制阀；所述出液管上安装有控制阀。
作为再进一步的改进：
所述动力装置为蠕动泵，蠕动泵与储液瓶连通；所述液压装置为高压气瓶。
所述罐体通过螺栓与顶盖固定。
由于采用了上述技术方案，与现有技术相比，本发明的优点是：它采用液压加压方式，能够对反应器内的培养物的各个受力面提供均匀的压力刺激并且不会引起培养物的机械变形；利用柔性隔膜使加压系统与培养系统分离，在不影响加压效果的基础上，还能有效避免污染物与加压气体进入培养体系；采用气体加压方式和可控卸压技术，可实现对压力刺激强度、频率、作用时间等关键参数的实时、精密调控，实现多种刺激模式的转换；在培养系统中引入培养液进、出口以实现循环灌注培养，从而大大简化工程化软骨构建过程中换液等基本操作的复杂程度，并降低重复开盖操作引起污染的可能性。
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。
附图说明
图1是本发明实施例一种实施例的结构示意图。
图中：1-罐体；2-顶盖；3-螺栓；4-管路；5-安全阀；6-管路；7-泄压阀；8-管路；9-液压瓶；10-出液管；11-控制阀；12-储液瓶；13-压力表；14-管路；15-多孔搁板；16-柔性隔膜；17-培养腔；18-加压腔；19-进液管；20-进液阀；21-蠕动泵。
具体实施方式
实施例：
如图1所示，一种用于组织工程的可控液压生物反应器，包括罐体1，罐体1上设置有顶盖2，所述顶盖2的上端部设置有可控液压系统，所述罐体1的下部设置有循环灌注系统。设置在罐体内的培养物，在加压刺激期间，通过可控液压系统提供所需的液压刺激。在培养期间，循环灌注系统为培养物提供新鲜培养液并交换出旧培养液。
所述罐体1内设置有柔性隔膜16，柔性隔膜16将罐体1和顶盖2形成的腔体分隔成培养腔17和加压腔18。柔性隔膜16也可以被功能相同的其他隔离物取代，所以凡是具有柔性隔离作用的取代物，都属于本发明的保护范围内。培养腔17的下部设置有多孔搁板15，多孔搁板15用以放置培养物。
在本实施例中，可控液压系统包括一端贯穿并安装在顶盖2上的管路8，管路8的另一端安装有液压装置。液压装置、管路8和柔性隔膜16，共同实现液压的可控性。其中，考虑到实际情况，液压装置选用15Mpa压缩空气规格的高压气瓶9。
另外，顶盖2上还设置有两根管路4、6，管路4、6的下端贯穿并安装在顶盖2上，上端分别安装有安全阀5和泄压阀7。其中安全阀5的开启压力为10Mpa，泄压阀7为气体减压阀。
还有，罐体1可以通过螺栓3与顶盖2固定。考虑实际操作方面的因素，罐体材质为316L不锈钢，内腔直径100mm，高100mm，厚7mm，罐体法兰厚40mm；顶盖材质为316L不锈钢。罐体与顶盖之间的螺栓3材质为304不锈钢，螺帽规格M22。
在本实施例中，循环灌注系统包括分别安装在罐体上的两根管路，两根管路呈上下位置关系。位于上方的管路为出液管10，出液管10连接有储液装置，位于下方的管路为进液管19，进液管19连接有储液装置。所述进液管19与储液装置之间设置有动力装置。考虑到实际情况，储液装置为储液瓶12。动力装置为蠕动泵21，蠕动泵21与储液瓶连通。另外，考虑到实际的需要，循环灌注系统中的各个管路是由硅橡胶管制成的。
另外，罐体1的下部设有管路，管路的一端贯穿并安装在罐体1上，另一端安装有压力表13。根据实际需要，压力表13采用的是316L不锈钢压力表。所述进液管上安装有控制阀20，所述出液管上安装有控制阀11。上述各个部件之间的管路，都是由硅胶管制成的。
本发明的具体实施步骤如下：
步骤1：将进液管上的控制阀与出液管上的控制阀关闭，将培养物置于多孔搁板并向培养腔内倒入细胞培养液使液面盖过培养物，将柔性隔膜置于培养腔与加压腔之间并用螺栓将顶盖与罐体紧密固定连接。
步骤2：打开进液管上的控制阀、出液管上的控制阀以及蠕动泵，将储液瓶内的培养液灌注入培养腔，待出液管有培养液流出，即柔性隔膜已紧贴培养液表面时，关闭所有的控制阀和蠕动泵。
步骤3：关闭泄压阀，打开液压瓶，调节液压瓶的输出压力调节至5Mpa，此时罐体上的压力表显示培养腔内压力为5MPa，保压30分钟；
步骤4：保压结束后，关闭液压瓶，打开泄压阀，调节泄压阀的输出压力至0.1MPa，一段时间后，培养腔内的压力降为0。
步骤5：液压刺激过程结束后，打开进液管上的控制阀、出液管上的控制阀和蠕动泵，实现对反应器内的反应物实现循环灌注培养。
以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.用于组织工程的可控液压生物反应器，包括罐体（1），罐体（1）上设置有顶盖（2），其特征在于：所述顶盖（2）的上端部设置有可控液压系统，所述罐体（1）的下部设置有循环灌注系统；
所述罐体内设置有柔性隔膜（16），柔性隔膜（16）将罐体（1）和顶盖（2）形成的腔体分隔成培养腔（17）和加压腔（18）；
所述培养腔的下部设置有多孔搁板（15），多孔搁板（15）用以放置培养物；
所述可控液压系统包括一端贯穿并安装在顶盖（2）上的管路（8），管路（8）的另一端安装有液压装置； 
所述循环灌注系统包括分别安装在罐体上的两根管路，两根管路呈上下位置关系；位于上方的管路为出液管（10），出液管（10）连接有储液装置，位于下方的管路为进液管（19），进液管（19）连接有储液装置；所述进液管（19）与储液装置之间设置有动力装置。
2.根据权利要求1所述的用于组织工程的可控液压生物反应器，其特征在于：所述顶盖上还设置有两根管路（4、6），管路（4、6）的下端贯穿并安装在顶盖上，上端分别安装有安全阀（5）和泄压阀（7）。
3.根据权利要求2所述的用于组织工程的可控液压生物反应器，其特征在于：所述罐体（1）的下部设有管路（14），管路的一端贯穿并安装在罐体（1）上，另一端安装有压力表（13）。
4.根据权利要求3所述的用于组织工程的可控液压生物反应器，其特征在于：所述进液管（19）上安装有控制阀（20）；所述出液管（10）上安装有控制阀（11）。
5.根据权利要求4所述的用于组织工程的可控液压生物反应器，其特征在于：所述液压装置为高压气瓶（9）；所述动力装置为蠕动泵（21），蠕动泵（21） 与储液瓶（12）连通。
6.根据权利要求1-5中任意一项所述的用于组织工程的可控液压生物反应器，其特征在于：所述罐体（1）通过螺栓（3）与顶盖（2）固定。 
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