CN103396935A - 一种生物支架材料固定架及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种生物支架材料固定架及其使用方法，其包括夹持部和支撑夹持部使之保持水平的立式支架，所述夹持部至少具有一对夹臂，且每个夹臂的夹持面均为边框式；所述的夹臂设置2对以上，且每对夹臂在垂直方向上层叠排列；所述的立式支架的材料为具有回弹力的材料，表面耐腐蚀、惰性强、耐高温高压。本发明将夹持原理应用于生物材料的固定过程中，大大减少了固定装置对生物材料本身及培养基所产生的影响，并且使生物支架材料稳定的处在细胞培养板的使用高度范围内，从而为细胞培养提供了一个稳定的微环境。其结构简单，便于生产，方便使用，使用效率高，具有广阔的应用前景。

Description

一种生物支架材料固定架及其使用方法

技术领域

本发明属于生物医用材料技术领域，尤其涉及一种生物支架材料固定架，具体为可适用于各种型号细胞培养孔板，使材料可以稳定处于细胞培养板的有效使用高度范围内，并可在一个固定架上固定多层支架材料，以满足细胞三维立体培养需要的生物支架材料固定架，以及其使用方法。

背景技术

生物支架材料，是指在构建组织工程化组织的过程中，承载种子细胞，为其提供良好的生存环境的一些高分子材料。这些材料可以是人工合成的，例如PLGA，PHB等，也可以是自然界中本来就存在的高分子材料，例如壳聚糖，丝素蛋白等。生物支架材料在组织工程中，首先微观上为细胞提供支撑骨架，其次提供良好的营养交换通道及细胞迁移和增殖的空间，另外，宏观上良好的生物支架材料可以根据具体产品的用途，为最终产物塑形成需要的整体形状。

在进行细胞的体外二维或三维培养时，为了最大限度的既让目的细胞生长于所选支架材料上，又同时不破坏和影响支架的结构和稳定性，需要的第一个步骤是：将目的细胞与材料结合，并使这个复合物稳定地存在于培养环境中。

目前将生物支架材料固定于培养基中的方法主要有三种：

其一是粘合胶水及原理类似物（例如：美国BD公司出品的人工基底膜基质凝胶（matrigel），明胶，鼠尾胶原等），这种固定方法的主要作用原理是：先将细胞复合于细胞体外富含营养物质的粘性基质中，再将细胞与基质的复合物接种于材料上。这种固定方法优势是在实验中使用方便，但胶水本身对于所固定材料微观结构的维持，及所复合细胞正常生长的影响是不可忽视的。

其二是直接固定架，这种支架多为绝缘体，采用的材料有硬支架类型，如塑料，木材。原理是：将支架材料与固定架卡槽嵌合后，再浸入培养基中进行普通的细胞培养。这种固定方式过于繁琐，且多应用于干细胞这种对体外定向培养要求严格的细胞体外培养过程中。[Martin parizek,Douglas TEL,Novotna K,et al.Nanofibrous poly(lactide-co-glycolide)membranes loaded with diamond nanoparticles as promising substrates for bone tissueengineering.International Journal of Nanomedicine.2012,7:1931-1951.]。

其三是支架材料夹持装置，这种装置采用惰性金属为材料的较多，因其原理对于支架材料的固定多采用类似弹簧的扭力和压力。采用这种夹持装置时，操作简单，但由于没有系统和专门的设计，目前采用的装置结构各异，其体积和形态也无法满足在所有应用环境下进行细胞培养。现在所被大家使用的固定装置中，有采用橡胶环直接扣在材料上，利用橡胶环与孔壁的摩擦力来固定材料的方法(例如ERIKS公司的O-RING橡胶环)，这种方法使用简单，但更换培养板孔内培养液及取出材料检测时操作较繁琐。另外还有利用塑料卡槽将材料夹持于塑料模具中心的夹持装置[Martin parizek,Douglas TEL,Novotna K,et al.Nanofibrouspoly(lactide-co-glycolide)membranes loaded with diamond nanoparticles as promisingsubstrates for bone tissue engineering.International Journal ofNanomedicine.2012,7:1931-1951.]，这种方法会损坏所夹持支架材料边缘，不利于后续的细胞与材料复合物实验检测时的整体性。另外，本发明采用的是惰性金属材料，这样在进行一些实验操作（例如微电流诱导细胞定向迁移等）时就可以被直接选取，而同时不用担心材料本身或其余操作对材料环境产生的干扰作用。

发明内容

生物支架材料由于其物理特性，在液态培养基中只能漂浮或沉底，这两种情况都不利于细胞在支架材料上的二维或三维培养，而生产出可在细胞培养过程中始终悬浮于培养基中的材料显然是不现实的，这就要求必须使用一种装置将生物支架材料固定于适当高度的培养基中，而这种装置又必须不会对培养基的成分产生影响。基于此，本发明的目的在于提供一种可适用于多种培养环境下使用的生物支架材料的固定装置，尤其适用于在各种细胞培养板中利用生物支架材料进行的二维和三维细胞培养。其采用如下技术方案实现：

本发明一方面在于：保护一种生物支架材料固定架，其具体结构为：包括夹持部和支撑夹持部使之保持水平的立式支架，所述夹持部至少具有一对夹臂，且每个夹臂的夹持面均为边框式。

在具体的实施方案中，优选的情况下，所述的生物支架材料固定架的夹持部，其在自然状态下，每一对夹臂之间可以为紧密的压合状态，也可以为间隔一个细小狭缝的分隔状态；

在具体的实施方案中，优选的情况下，上文所述的夹臂之间的表面为了增加摩擦力可制成磨砂面、凹凸面或齿状面；

在具体的实施方案中，优选的情况下，上文所述的边框式夹持面可以选用半边框或全边框式，且不限定框体的具体几何形状，框体形状可以根据试验条件的具体要求设计，可以设置成即方便固定生物支架材料，又能提供生物支架材料上空出足够的细胞生长空间的形状即可。

本发明的另一方面在于：保护如上文所有的技术方案中所述的生物支架材料固定架中，所述的夹臂设置2对以上，且每对夹臂在垂直方向上层叠排列。

在具体的实施方案中，优选的情况下，上文所述的每对夹臂在垂直方向上层叠排列设置的目的是，满足同一培养基中，同时固定多层的生物支架材料从而提高培养基利用率或增加细胞培养量，也利于研究处于培养基中不同深度细胞的培养状态差异等。

本发明的另一方面在于：保护如上文所有的技术方案中所述的生物支架材料固定架中，所述的立式支架的材料为具有回弹力的材料。

本发明的另一方面在于：保护如上文所有的技术方案中所述的生物支架材料固定架中，所述的立式支架的材料为钢材、各种合金、聚苯乙烯或聚丙烯。

在具体的实施方案中，优选的情况下，上文所述的具有回弹力的材料，要求材料表面要耐腐蚀、惰性强、耐高温高压，在优选的情况下，选用多种钢材（例如高碳钢、合金钢、青铜丝）及聚苯乙烯、聚丙烯、绝缘体、导体或半导体等均可。

本发明的另一方面在于：保护如上文所有的技术方案中所述的生物支架材料固定架中，所述的立式支架为圆柱形螺旋弹簧结构。

在具体的实施方案中，优选的情况下，圆柱形螺旋弹簧是指外廓呈圆柱形且具有多个螺旋圈体的螺旋状弹簧。

①对于上述技术方案中，当使用无回弹力的材料制造立式支架本体的情况下，如果所述夹持部的每对夹臂间自然状态下为紧密的压合状态，则向夹臂之间插入生物支架材料的过程需靠外力释放夹臂的夹力即可；如果所述夹持部的每对夹臂间自然状态下为细小狭缝的分隔状态，则生物支架材料可以由每对夹臂的狭缝内插入即可将生物支架材料固定。

②对于上述技术方案中，当使用有回弹力的材料制造立式支架本体的情况下，无论每对夹臂自然状态下为紧密的压合状态还是细小狭缝的分隔状态，向夹臂之间插入生物支架材料的过程，都可以通过拉伸或反向弯曲立式支架的方式，达到释放夹臂夹持力的目的。

③对于上述技术方案中，尤其在使用有回弹力的圆柱形螺旋弹簧制造立式支架本体的情况下，夹持部中的每对夹臂分别固定于圆柱形螺旋弹簧的圈上，欲向夹臂之间插入生物支架材料的时候，可以通过弯曲或拉伸立式支架（圆柱形螺旋弹簧）的方式，达到使每对夹臂张开的目的。

本发明的另一方面在于：保护如上文所有的技术方案中所述的生物支架材料固定架中，所述的夹持部和立式支架共同组成的结构为圆柱形螺旋弹簧。

对于上述技术方案中，优选的情况下，在使用有回弹力的圆柱形螺旋弹簧制造夹持部和立式支架的情况下，夹持部中的每对夹臂分别相当于圆柱形螺旋弹簧的相邻簧圈，圆柱形螺旋弹簧本体同时作为立式支架，因此，当欲向夹臂（即圆柱形螺旋弹簧的相邻簧圈）之间插入生物支架材料的时候，可以通过弯曲或拉伸立式支架（圆柱形螺旋弹簧）的方式，从而达到调整每对夹臂（即圆柱形螺旋弹簧的相邻簧圈）张开角度的目的。

本发明的另一方面在于：保护如上文所有的技术方案中所述的生物支架材料固定架中，所述的圆柱形螺旋弹簧为压缩弹簧或拉伸弹簧。

对于上述技术方案中，优选的情况下，本发明所述的圆柱形螺旋弹簧是承受扭转变形的弹簧：

①当其选用压缩弹簧时，自然状态下，相邻簧圈的间隙略大于生物支架材料的厚度即可，这样相邻簧圈作为夹臂，达到固定生物支架材料以及方便生物支架材料的插入或取出的目的。

②当选用拉伸弹簧时，自然状态下，相邻簧圈的间隙小于生物支架材料的厚度即可，这样相邻簧圈作为夹臂，达到固定生物支架材料以及方便生物支架材料的插入或取出的目的。

本发明的另一方面在于：保护如上文所有的技术方案中所述的生物支架材料固定架中，所述的立式支架的下部还固定连接底座。

对于上述技术方案中，优选的情况下，所述的底座为腿式或基座式。

本发明的另一方面在于：保护如上文所有的技术方案中所述的生物支架材料固定架中，所述的底座结构为：与立式支架下方固定连接，且与夹臂所在平面相垂直的方向上设置的立环或立柱；或者是与立式支架下方固定连接，且与夹臂所在平面相平行的方向上设置的圆环、四边形或十字形座。

①上文所述的与立式支架下方固定连接，且与夹臂所在平面垂直方向设置的立环或立柱，此设计方便生产制造，更利于减少使用材料，从而减少底座在培养基中占用的空间，利于培养基中的液体流动或营养交换。

②上文所述的与立式支架下方固定连接，且与夹臂所在平面平行方向设置的圆环、四边形或十字形座，此设计有利于增大稳定性，从而更利于稳固夹持部和立式支架，使其很好的保持在某一指定平面。

对于上述技术方案中，优选的情况下，所述的立式支架的上部还固定连接有提拉部。

对于上述技术方案中，所述的提拉部，其优选的方案为：与立式支架上方固定连接，且与夹臂所在平面平行方向设置的圆环、四边形或十字形座，或者为与立式支架上方固定连接，且与夹臂所在平面垂直方向设置的立环或立柱，所述提拉部能作为弯曲或拉伸立式支架的支点，方便弯曲或拉伸立式支架，其形状不做限定，能实现支点功能即可，通常为圈状、叉状或片状等；此设计易于生产制造，同时为移动本发明所述的生物支架材料固定架提供了方便。

对于上述技术方案中，优选的情况下，本发明上文中所述的固定连接方式为：通过圆弧过渡连接。

本发明的另一方面在于：保护如上文所有的技术方案中所述的，生物支架材料固定架的使用方法，其步骤包括：

①先利用夹持部的一对夹臂的边框将生物支架材料的边缘固定；

②调整立式支架的夹持部，使其所处平面保持水平；

③将步骤②设置好的、固定有生物支架材料的生物支架材料固定架置于细胞培养基中；

有益效果：本发明将夹持原理应用于生物材料的固定过程中，大大减少了固定装置对生物材料本身及培养基所产生的影响，并且使生物支架材料稳定的处在细胞培养板的使用高度范围内，从而为细胞培养提供了一个稳定的微环境。其结构简单，便于生产，方便使用，使用效率高，具有广阔的应用前景。

附图说明

图1为拉簧式生物支架材料固定架的结构示意图；

图2～4为拉簧式生物支架材料固定架的使用方法示意图；

图5底座为圈式的半夹环式生物支架材料固定架的结构示意图；

图6底座为交叉式的夹环式生物支架材料固定架的结构示意图；

其中，1.拉簧式立式支架；2.立环式底座；3.平圈式提拉部；4.弹簧圈夹臂；5.生物支架材料；11.棒状立式支架I；12.圈式底座；13.半环状夹臂；21.棒状立式支架II；22.叉式底座；24.环状夹臂。

具体实施方式

以下结合附图和附图说明，对本发明做进一步举例解释。为了便于理解，在本说明书中，用于描述相应部件直接的位置和方向关系，如上、下、上部、底部、上端、下端的词语仅指附图中的位置关系和方向。

实施例1

本发明公开了一种拉簧式生物支架材料固定架，如图1所示，整体由拉簧式立式支架(1)、立环式底座(2)和平圈式提拉部(3)三个结构相连组成；所述拉簧式立式支架(1)具有拉簧式的结构、所述的立环式底座(2)与拉簧式立式支架(1)底端固定连接，且呈立环状，所述的平圈式提拉部(3)与拉簧式立式支架(1)上部固定连接，且呈圈状，所述平圈式提拉部(3)实现便于弯曲或拉伸拉簧式立式支架(1)的作用；所述拉簧式立式支架(1)上的每相邻两个呈平环状的弹簧圈之间，在闭合状态下为紧密的压合状态，即弹簧圈夹臂(4)。

所述的立环式底座(2)与拉簧式立式支架(1)的弹簧圈夹臂(4)平面保持垂直，立环式底座(2)的直径略小于拉簧式立式支架(1)的弹簧圈夹臂(4)直径，且立环式底座(2)与拉簧式立式支架(1)设置有一定间距；所述的弹簧圈夹臂(4)之间的表面为了增加摩擦力可制成磨砂面、凹凸面或齿状面。

上述的拉簧式生物支架材料固定架要求材料要有回弹力、表面耐腐蚀、惰性强、耐高温高压，绝缘体、导体或半导体均可，具体采用各类钢材或合金均可。

上述结构采用弹簧原理，拉簧式立式支架(1)上每相邻两个呈平环状的弹簧圈之间形成的弹簧圈夹臂(4)，均能够固定生物支架材料(5)，同时由于拉簧式立式支架(1)的弹簧圈夹臂(4)彼此在垂直方向上的水平层叠，因此可以实现同一个拉簧式立式支架(1)上固定多层的生物支架材料(5)的目的。

本发明可用于细胞培养过程中固定生物支架材料(5)，尤其适用于各种型号的细胞培养板中，具体操作过程如下（如图2～4所示）：以平圈式提拉部(3)为支点，弯折拉簧式立式支架(1)，使拉簧式立式支架(1)上的弹簧圈夹臂(4)之间的间隙张开，也可直接提拉拉簧式立式支架(1)使弹簧圈夹臂(4)间存在间隙，在适当的间隙内插入生物支架材料(5)，再放松拉簧式立式支架(1)，使其上的弹簧圈夹臂(4)之间呈压紧状态，则生物支架材料(5)就被夹持住，裁掉多余的支架材料(5)，再将其放入培养基中或培养板的培养孔中即可。

图1根据96孔细胞培养板参数特点，设计拉簧式生物支架材料固定架各种技术参数如下（如使用其他细胞培养板，则根据其参数特点改变固定架的相应参数进行制作）：生物支架材料固定架全长：11.25mm，弹簧圈夹臂(4)的弹簧圈外径：6.3mm，拉簧式立式支架(1)部分的长度：6.25mm，平圈式提拉部(3)呈环状，直径为6.1mm，立环式底座(2)立环直径：3mm，平圈式提拉部(3)环状与拉簧式立式支架(1)距离：2mm，拉簧式立式支架(1)采用钢丝直径：0.3mm。拉簧式生物支架固定架在96孔细胞培养板中使用情况如图2～4所示。

只有在拉簧式立式支架(1)的直径略小于细胞培养板孔径时，才能使得拉簧式立式支架(1)的弹簧圈在细胞培养板的孔内直立，如需将拉簧式立式支架(1)直立于直径远大于其弹簧圈直径的细胞培养板或其他大容量培养器皿中，则只需更换立环式底座(2)为叉形或平圈形，或者其他能够支撑拉簧式立式支架(1)，使其保持直立的结构即可。

实施例2

本发明另外公开了一种半夹环式生物支架材料固定架I，如图5所示，整体由棒状立式支架I(11)、圈式底座(12)相连组成；所述棒状立式支架I(11)具有回弹力的棒状结构，实现便于弯曲的作用；所述的圈式底座(12)与棒状立式支架I(11)底端固定连接，且呈圆圈状，所述棒状立式支架I(11)上设置多个呈半环状的夹臂(14)，在闭合状态下为紧密的压合状态。

所述的圈式底座(12)与棒状立式支架I(11)的半环状夹臂(14)平面保持垂直，圈式底座(12)的直径略大于棒状立式支架I(11)的半环状夹臂(14)直径；所述的半环状夹臂(14)之间的表面为了增加摩擦力可制成磨砂面、凹凸面或齿状面。

上述的半夹环式生物支架材料固定架要求其制备材料有回弹力、表面耐腐蚀、惰性强、耐高温高压。

上述结构中棒状立式支架I(11)上设置的，每相邻两个半环状夹臂(14)之间，均能够固定生物支架材料(5)，同时由于棒状立式支架I(11)的半环状夹臂(14)彼此在垂直方向上的水平层叠，因此可以实现同一个棒状立式支架I(11)上固定多层的生物支架材料(5)的目的。

本发明可用于细胞培养过程中固定生物支架材料(5)，尤其适用于各种型号的细胞培养板中，具体操作过程如下为：弯折棒状立式支架I(11)，使棒状立式支架I(11)上的半环状夹臂(14)之间的间隙张开，在适当的间隙内插入生物支架材料(5)，再放松棒状立式支架I(11)，使其上的半环状夹臂(14)之间呈压紧状态，则生物支架材料(5)就被夹持住，再将其放入培养基中或培养板的培养孔中，以圈式底座(12)支撑直立于培养基中即可。

实施例3

本发明另外公开了一种交叉式的夹环式生物支架材料固定架II，如图6所示，整体由棒状立式支架II（21）、叉式底座（22）相连组成；所述棒状立式支架II（21）为具有回弹力的棒状结构，实现便于弯曲的作用；所述的呈十字叉式的叉式底座（22）与棒状立式支架II（21）底端固定连接，所述的叉式底座（22）与棒状立式支架II（21）的环状夹臂（24）平面保持平行。叉式底座（22）的直径略大于棒状立式支架II（21）的环状夹臂（24）直径，所述棒状立式支架II（21）上设置多个呈环状夹臂（24），在闭合状态下每对夹臂间为紧密的压合状态；所述的环状夹臂（24）之间的表面为了增加摩擦力可制成磨砂面、凹凸面或齿状面。

上述的夹环式生物支架材料固定架整体材料均有回弹力、表面耐腐蚀、惰性强、耐高温高压。

上述结构中棒状立式支架II（21）上设置的，每相邻两个环状夹臂（24）之间，均能够固定生物支架材料(5)，同时由于棒状立式支架II（21）的环状夹臂（24）彼此在垂直方向上的水平层叠，因此可以实现同一个棒状立式支架II（21）上固定多层的生物支架材料(5)的目的。

本发明可用于细胞培养过程中固定生物支架材料(5)，尤其适用于各种型号的细胞培养板中，具体操作过程如下为：弯折棒状立式支架II（21），使固定在棒状立式支架II（21）上的环状夹臂（24）之间的间隙随弯折的动作张开，在张开适当的间隙内插入生物支架材料(5)，再放松棒状立式支架I(11)，使其上的环状夹臂（24）之间呈压紧状态，则生物支架材料(5)就被夹持住，再将其放入培养基中或培养板的培养孔中，以叉式底座（22）支撑直立于培养基中即可。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围不仅限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种生物支架材料固定架，其特征在于：包括夹持部和支撑夹持部使之保持水平的立式支架，所述夹持部至少具有一对夹臂，且每个夹臂的夹持面均为边框式。

2.根据权利要求1所述的生物支架材料固定架，其特征在于：所述的夹臂设置2对以上，且每对夹臂在垂直方向上层叠排列。

3.根据权利要求1或2所述的生物支架材料固定架，其特征在于：所述的立式支架的材料为具有回弹力的材料。

4.根据权利要求3所述的生物支架材料固定架，其特征在于：所述的立式支架为圆柱形螺旋弹簧结构。

5.根据权利要求4所述的生物支架材料固定架，其特征在于：所述的夹持部和立式支架共同组成的结构为圆柱形螺旋弹簧。

6.根据权利要求4或5所述的生物支架材料固定架，其特征在于：所述的圆柱形螺旋弹簧为压缩弹簧或拉伸弹簧。

7.根据权利要求1或6所述的生物支架材料固定架，其特征在于：所述的立式支架的下部还固定连接底座。

8.根据权利要求7所述的生物支架材料固定架，其特征在于：所述的底座结构为：与立式支架下方固定连接，且与夹臂所在平面相垂直的方向上设置的立环或立柱；或者是与立式支架下方固定连接，且与夹臂所在平面相平行的方向上设置的圆环、四边形或十字形座。

9.根据权利要求1或6所述的生物支架材料固定架，其特征在于：所述的立式支架的上部还固定连接有提拉部。

10.如权利要求1所述的生物支架材料固定架的使用方法，其特征在于：

①先利用夹持部的一对夹臂的边框将生物支架材料的边缘固定；

②调整立式支架，使得夹持部所处平面保持水平；

③将固定有生物支架材料的生物支架材料固定架置于培养基中。

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