CN103555580B - 肌腱组织仿生培养器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种肌腱组织仿生培养器，包括培养室、滑柱，培养室设有进液孔、出液孔，滑柱的一端伸入培养室内，进液孔、出液孔设置于培养室的侧壁上，培养室的两端分别通过第一、第二端盖封口，第一端盖上设有导向孔，所述滑柱间隙配合于该导向孔内，滑柱伸入培养室内的一端设置用于固定肌腱组织的第一固定板，第二端盖上设置用于固定肌腱组织的第二固定板与第一固定板相对，所述第一、第二固定板的相向面上分别设有多个用于固定肌腱组织的挂钩。它模拟机体血液循环的同时，模拟体内生理应力，同时作用于肌腱组织，促进肌腱组织结构和功能的成熟，真实模拟人体生理运动环境的仿生培养。

Description

肌腱组织仿生培养器

技术领域

本发明涉及生物组织工程制备装置领域，特别是涉及一种肌腱组织仿生培养器。

背景技术

肌腱损伤为临床上常见的损伤，肌腱组织自身修复能力有限，缺损后常无法自行修复肌腱修复的传统方法主要有自体肌腱移植、同种异体肌腱移植和异种肌腱移植等。但由于存在供体肌腱缺乏或免疫排斥反应等问题，损伤肌腱的修复是临床上面临的难题之一。近年来，随着生物材料学及临床医学的发展，组织工程化肌腱为缺损肌腱的修复提供一条新的可行性途径。

目前肌腱组织的体外培养，通常采用将培养的肌腱置于培养室中施加牵张应力刺激实现肌腱组织的仿生培养。如公开号为CN101332315 A的《肌腱组织及其体外构建方法》中提到肌腱组织的仿生培养需要予以力学刺激。现有的培育肌腱组织的生物反应器的拉伸应力施加较简单，就是在肌腱组织的两端附着点施加恒定的等长拉伸应力。这种静态应力虽能通过刺激种子细胞的增殖和分泌等活动而增强肌腱组织的机械强度，但是，这种静态应力与生理条件下肌腱所受到的应力负荷显然不同，对增强肌腱组织的力学强度有限。而且现有的培育肌腱组织的培养室中的培养液都是静置的，达不到通过培养液的緩慢流动和不断更新从而改善肌腱组织的传质及供养，不能对组织结构成熟的整个过程产生促进作用；而且培养 液使用一定时间后需开盖更换，容易导致污染。因此现有的肌腱组织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肌腱组织仿生培养，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

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种肌腱组织仿生培养器，它模拟机体血液循环的同时，模拟体内生理应力，同时作用于肌腱组织，促进肌腱组织结构和功能的成熟，真实模拟人体生理运动环境的仿生培养。

本发明的目的是这样实现的：

一种肌腱组织仿生培养器，包括培养室、滑柱，培养室设有进液孔、出液孔，滑柱的一端伸入培养室内，所述进液孔、出液孔设置于培养室的侧壁上，培养室的两端分别通过第一、第二端盖封口，第一端盖上设有导向孔，所述滑柱间隙配合于该导向孔内，滑柱伸入培养室内的一端设置用于固定肌腱组织的第一固定板，第二端盖上设置用于固定肌腱组织的第二固定板与第一固定板相对，所述第一、第二固定板的相向面上分别设有多个用于固定肌腱组织的挂钩。

所述培养室的横截面呈矩形，所述出液孔包括第一、第二出液孔，第二出液孔、进液孔均与第二端盖相邻，且位于培养室同一侧壁的两端，第一出液孔与第一端盖相邻。

所述第一出液孔位于培养室的与进液孔相反一侧的侧壁上。

所述培养室四个侧壁中的一个侧壁与相邻两个侧壁之间通过螺栓连接，形成可拆卸侧壁，可拆卸侧壁与相邻两个侧壁之间设有密封垫，所述第二出液孔与可拆卸侧壁相邻。

所述可拆卸侧壁上设有气体交换孔，气体交换孔位于第一出液孔与第一端盖之间。

所述下端盖通过万向接头与第二固定板连接。

所述挂钩包括钩体、矩形柱，所述矩形柱上设有用于轴向限位的阶梯，所述第一、第二固定板上分别设有若干用于安装挂钩的矩形孔，挂钩的矩形柱嵌入矩形孔内形成定位，并通过螺钉锁紧。

所述第一端盖与滑柱之间设有一个密封胶套，该密封胶套的一端连接于第一端盖，另一端连接于滑柱的外伸端，密封第一端盖与滑柱之间的缝隙。

所述第一端盖设有沿滑柱轴向延伸的导向套筒，所述密封胶套固定在该导向套筒上。

所述滑柱的外伸端通过一具有压缩和拉伸双向储能的螺旋弹簧连接拉力传感器，拉力传感器连接一直线电机的输出轴。

由于采用了上述方案，培养室设有进液孔、出液孔，进液孔、出液孔分别与培养液的输液管道连接，使培养液能够在培养室容腔内循环经过，形成动态流动的培养液，模拟机体血液循环，保证营养的传质。第一端盖上设有导向孔，所述滑柱间隙配合于该导向孔内，使滑柱可在导向孔内轴向移动，对肌腱组织施加模拟体内的生理应力，促进肌腱组织结构和功能的成熟，真实模拟人体生理运动环境的仿生培养。滑柱伸入培养室内的一端设置用于固定肌腱组织的第一固定板，第二端盖上设置用于固定肌腱组织的第二固定板与第一固定板相对，所述第一、第二固定板的相向面上分别设有多个用于固定肌腱组织的挂钩，使多个肌腱组织可固定在第一、第二固定板之间，同时进行培养，提高培养效率。

培养室的横截面呈矩形，使培养室卧置时易于定位。所述出液孔包括第一、第二出液孔，第二出液孔、进液孔均与第二端盖相邻，且位于培养室同一侧壁的两端，培养室卧置时，从进液孔进液，第二出液孔出液。第一出液孔与第一端盖相邻，培养室立置时，从进液孔进液，第一出液孔出液。培养室即可卧置有可立置，应用于不同的工作环境，使用范围广泛。第一出液孔位于培养室的与进液孔相反一侧的侧壁上，培养液的循环过程中，使培养室内的培养液的更新更加彻底。培养室四个侧壁中的一个侧壁与相邻两个侧壁之间通过螺栓连接，形成可拆卸侧壁，拆卸可拆卸侧壁后，便于固定肌腱组织，操作方便。可拆卸侧壁与相邻两个侧壁之间设有密封垫，防止空气进入，污染培养液，以及防止立置培养室时发生漏液。所述第二出液孔与可拆卸侧壁相邻，因此，培养室卧置时，可拆卸侧壁位于培养室上方，便于拆卸。所述可拆卸侧壁上设有气体交换孔，气体交换孔位于第一出液孔与第一端盖之间，用于增加氧气的供应。

下端盖通过万向接头与第二固定板连接，当多个肌腱组织长度不均匀时，可依靠万向接头转动，带动第二固定板转动，使应力施加时，各肌腱组织受力均匀，培养效果更好。

挂钩包括钩体、矩形柱，所述矩形柱上设有用于轴向限位的阶梯，所述第一、第二固定板上分别设有若干用于安装挂钩的矩形孔，挂钩的矩形柱嵌入矩形孔内形成定位，并通过螺钉锁紧，防止培养过程中，挂钩发生自转，损伤肌腱组织，保证培养效果。

第一端盖与滑柱之间设有一个密封胶套，该密封胶套的一端连接于第一端盖，另一端连接于滑柱的外伸端，密封第一端盖与滑柱之间的缝隙，防止空气进入，污染培养液，且能够保证滑柱轴向移动。第一端盖设有沿滑柱轴向延伸的导向套筒，提高了导向孔的长度，防止滑柱轴向移动时产生径向的晃动，导向效果好。

滑柱的外伸端通过一具有压缩和拉伸双向储能的螺旋弹簧连接拉力传感器，拉力传感器连接一直线电机的输出轴。使对肌腱施加拉应力的装置能够对肌腱施加模拟人体生理的拉应力，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、螺旋弹簧传递给对肌腱施加拉应力的装置，由于螺旋弹簧的作用，使传递的动力具有一定的柔性，施加给肌腱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肌腱组织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，一旦将肌腱放进培养室内封盖后，一直到肌腱培养完成才开盖，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。本肌腱组织仿生培养器，真实的提供一种连续灌注，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，并且避免开盖更换培养液导致污染的现象发生；同时，模拟体内生理应力条件作用于肌腱组织，促进肌腱组织结构和功能的成熟。模拟生理条件下肌腱所受到的动态应力；培养室中的培养液流动状态，不断更新从而改善肌腱组织的传质及供养，模拟血液流动，能对组织结构成熟的整个过程产生促进作用；无需开盖，全密封，真正模拟人体生理运动环境的仿生培养。

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为本发明的结构示意图；

图2为图1的A-A剖视示意图；

图3为挂钩的结构示意图；

图4为图3的左视示意图。

附图中，1为培养室，2为滑柱，3为第一端盖，4为第二端盖，5为导向孔，6为肌腱组织，7为第一固定板，8为第二固定板，9为挂钩，10为第一出液孔，11为第二出液孔，12为进液孔，13为可拆卸侧壁，14为气体交换孔，15为万向接头，16为钩体，17为矩形柱，18为阶梯，19为密封胶套，20为导向套筒。

具体实施方式

参见图1～图4，为肌腱组织仿生培养器的一种实施例，包括培养室1、滑柱2，培养室1设有进液孔12、出液孔，滑柱2的一端伸入培养室1内，所述进液孔12、出液孔设置于培养室1的侧壁上，培养室1的两端分别通过第一、第二端盖3、4封口，进一步地，所述培养室1的横截面呈矩形，所述出液孔包括第一、第二出液孔11，第二出液孔11、进液孔12均与第二端盖4相邻，且位于培养室1同一侧壁的两端，第一出液孔10与第一端盖3相邻。进一步地，所述第一出液孔10位于培养室1的与进液孔12相反一侧的侧壁上。进一步地，所述培养室1四个侧壁中的一个侧壁与相邻两个侧壁之间通过螺栓连接，形成可拆卸侧壁13，可拆卸侧壁13与相邻两个侧壁之间设有密封垫，所述第二出液孔11与可拆卸侧壁13相邻。进一步地，所述可拆卸侧壁13上设有气体交换孔14，气体交换孔14位于第一出液孔10与第一端盖3之间。

第一端盖3上设有导向孔5，所述滑柱2间隙配合于该导向孔5内，进一步地，所述第一端盖3与滑柱2之间设有一个密封胶套19，该密封胶套19的一端连接于第一端盖3，另一端连接于滑柱2的外伸端，密封第一端盖3与滑柱2之间的缝隙。进一步地，所述第一端盖3设有沿滑柱2轴向延伸的导向套筒20，所述密封胶套19固定在该导向套筒20上，本实施例中，密封胶套的一端粘接固定于导向套筒，另一端限位于滑柱上设有的限位阶梯，并通过螺母锁紧。进一步地，所述滑柱2的外伸端通过一具有压缩和拉伸双向储能的螺旋弹簧连接拉力传感器，拉力传感器连接一直线电机的输出轴，本实施例中，滑柱上设有用于与螺旋弹簧连接的连接头。滑柱2伸入培养室1内的一端设置用于固定肌腱组织6的第一固定板7，本实施例中，第一固定板通过螺栓固定在滑柱上，以便于拆卸。第二端盖4上设置用于固定肌腱组织6的第二固定板8与第一固定板7相对，进一步地，所述下端盖通过万向接头15与第二固定板8连接，本实施例中，下端盖上设有用于安装万向接头的安装座，该安装座上设有用于对万向接头的球头定位的球窝，万向接头的另一端与第二固定板通过螺栓固定。

所述第一、第二固定板8的相向面上分别设有多个用于固定肌腱组织6的挂钩9。进一步地，所述挂钩9包括钩体16、矩形柱17，所述矩形柱17上设有用于轴向限位的阶梯18，所述第一、第二固定板8上分别设有若干用于安装挂钩9的矩形孔，挂钩9的矩形柱17嵌入矩形孔内形成定位，并通过螺钉锁紧。

还需包括培养液的伸缩泵，控制滑柱行程的行程开关。使用本肌腱组织仿生培养器体外培养肌腱组织时，将培养室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、拉力传感器、行程开关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、出液口与培养液输送管连接，将滑柱连接到螺旋弹簧上，通过操作电脑控制直线电机、拉力传感器、伸缩泵等工作，使培养液注入培养室的内腔将培养的肌腱淹浸，在可编程逻辑控制器的控制下，直线电机工作，通过拉力传感器、螺旋弹簧传递动力，从肌腱纵向对肌腱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，使肌腱在培养过程中得到纵向的拉应力。

本发明不仅仅局限于上述实施例，在不背离本发明技术方案原则精神的情况下进行些许改动的技术方案，应落入本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种肌腱组织仿生培养器，包括培养室、滑柱，培养室设有进液孔、出液孔，滑柱的一端伸入培养室内，其特征在于：所述进液孔、出液孔设置于培养室的侧壁上，培养室的两端分别通过第一、第二端盖封口，第一端盖上设有导向孔，所述滑柱间隙配合于该导向孔内，滑柱伸入培养室内的一端设置用于固定肌腱组织的第一固定板，第二端盖上设置用于固定肌腱组织的第二固定板与第一固定板相对，所述第二端盖通过万向接头与第二固定板连接，所述第一、第二固定板的相向面上分别设有多个用于固定肌腱组织的挂钩，所述挂钩包括钩体、矩形柱，所述矩形柱上设有用于轴向限位的阶梯，所述第一、第二固定板上分别设有若干用于安装挂钩的矩形孔，挂钩的矩形柱嵌入矩形孔内形成定位，并通过螺钉锁紧。

2.根据权利要求1所述的肌腱组织仿生培养器，其特征在于：所述培养室的横截面呈矩形，所述出液孔包括第一、第二出液孔，第二出液孔、进液孔均与第二端盖相邻，且位于培养室同一侧壁的两端，第一出液孔与第一端盖相邻。

3.根据权利要求2所述的肌腱组织仿生培养器，其特征在于：所述第一出液孔位于培养室的与进液孔相反一侧的侧壁上。

4.根据权利要求2所述的肌腱组织仿生培养器，其特征在于：所述培养室四个侧壁中的一个侧壁与相邻两个侧壁之间通过螺栓连接，形成可拆卸侧壁，可拆卸侧壁与相邻两个侧壁之间设有密封垫，所述第二出液孔与可拆卸侧壁相邻。

5.根据权利要求4所述的肌腱组织仿生培养器，其特征在于：所述可拆卸侧壁上设有气体交换孔，气体交换孔位于第一出液孔与第一端盖之间。

6.根据权利要求1所述的肌腱组织仿生培养器，其特征在于：所述第一端盖与滑柱之间设有一个密封胶套，该密封胶套的一端连接于第一端盖，另一端连接于滑柱的外伸端，密封第一端盖与滑柱之间的缝隙。

7.根据权利要求6所述的肌腱组织仿生培养器，其特征在于：所述第一端盖设有沿滑柱轴向延伸的导向套筒，所述密封胶套固定在该导向套筒上。

8.根据权利要求1所述的肌腱组织仿生培养器，其特征在于：所述滑柱的外伸端通过一具有压缩和拉伸双向储能的螺旋弹簧连接拉力传感器，拉力传感器连接一直线电机的输出轴。