CN104152351B - 一种多位置点循环加载生物反应器 - Google Patents

Abstract

一种多位置点循环加载生物反应器，由动力机构、滑动机构、加载机构和培养室构成，动力机构包括直线电机、导轨条和滑块a；滑动机构包括底板、立柱a、b、c和d、纵向圆柱导轨a和b、滑块b和c、横向圆柱导轨a和b、横向传动带a和b、电机支座a、步进电机a、竖向传动带、传动轴a和b、滑块d；加载机构包括电机支座b、步进电机b、凸轮、活塞轴、复位弹簧、紧固螺栓和加载头；培养室包括培养箱体、弹性橡胶薄膜和卡塞。本发明的优点是：该生物反应器可使培养物在总体时间上受均匀液体压力，克服以往软骨压缩加载对培养物作用不均的缺点，可模拟人体软组织载荷环境施加多位置点循环载荷的生物反应器，应用于软组织的培养。

Description

一种多位置点循环加载生物反应器

技术领域

本发明涉及组织工程生物反应器领域，特别是一种多位置点循环加载生物反应器。

背景技术

随着医学水平和生物技术的提高，软组织修复已经成为生物医学工程领域一个重要的研究课题，而进行软组织修复的一个较好的方法就是软组织的体外重建，然后移植入人体。近几年，针对组织的体外重建，研究者们发明了很多生物反应器，如旋转培养瓶生物反应器、旋转壁式生物反应器和灌流式生物反应器参见：AdvancedDrugDeliveryReviews33(1998)15–30，TissueEngineering.2003,9(3),549-553。但这些生物反应器所生成的力学环境和软组织真实的力学环境还有有所区别，培养出的软组织的力学性能和真实的软组织有一定差距，还达不到临床应用的要求。

力学条件影响着生物体器官、组织、细胞、分子水平不同层次的生物学响应，因此力学环境是生物反应器研制过程中需要考虑的一条重要因素。人体在运动过程中，做不同的动作时，软组织承受载荷的部位是不同的，因此软组织所承受的正常生理载荷是位置点变化的循环载荷。液体压力是是软组织培养的重要因素，对培养物进行定点直接压缩时，培养物液体中心压力大，四周压力小，不利于营养的输送和废物的排出，从而影响培养效率和培养物的性能；而多位置点的循环加载使培养物在总体时间上受均匀液体压力，更加有利于软组织的培养。根据上述力学环境，设计了该生物反应器，可完成多位置点循环加载。

发明内容

本发明的目的是针对上述存在问题，提供一种多位置点循环加载生物反应器，该生物反应器可使培养物在总体时间上受均匀液体压力，克服以往软骨压缩加载对培养物作用不均、不利培养物均匀生长的缺点，可实现多位置点循环加载，有利于软组织的培养。

本发明的技术方案：

一种多位置点循环加载生物反应器，由动力机构、滑动机构、加载机构和培养室构成，动力机构包括直线电机、导轨条和滑块a，直线电机通过螺钉与导轨条固定连接，滑块a与导轨条滑动配合；滑动机构包括底板、四根立柱a、b、c和d、两根纵向圆柱导轨a和b、两个滑块b和c、两根横向圆柱导轨a和b、两条横向传动带a和b、电机支座a、步进电机a、一条竖向传动带、两根传动轴a和b、滑块d，底板、四根立柱a、b、c和d和两根纵向圆柱导轨a和b共同构成固定框架，两根传动轴a和b分别与四根立柱a、b、c和d转动连接并通过两条横向传动带a和b联动，两个滑块b和c的下部分别与两根纵向圆柱导轨a和b滑动配合，上部分别与两条横向传动带a和b用螺栓固定，电机a通过支座a固定在底板上，电机a的输出轴通过竖向传动带与传动轴b连接，两根横向圆柱导轨a和b的两端分别与滑块b和c固定，滑块d与两根横向圆柱导轨a和b滑动配合，滑块d设有圆孔；加载机构包括电机支座b、步进电机b、凸轮、活塞轴、复位弹簧、紧固螺栓和加载头，步进电机b通过电机支座b固定在滑块d上，凸轮固定在步进电机b输出轴上，活塞轴为T型且下端设有螺纹，活塞轴穿过滑块d上的圆孔，复位弹簧位于活塞轴上端的下表面与滑块d的上表面之间，凸轮与活塞轴的上表面相接，加载头与活塞轴下端螺纹连接并通过紧固螺栓固定；培养室包括培养箱体、弹性橡胶薄膜和卡塞，培养箱体固定在底板上，培养箱体两个对应窄面上分别设有营养液进口和废物出口，橡胶薄膜设有与加载头匹配的通孔且与加载头的外圆紧密配合以使橡胶薄膜被夹在紧固螺栓和加载头之间并形成密封，卡塞将弹性橡胶薄膜卡在培养箱体上表面的卡槽中。

本发明的优点是：该多位置点循环加载生物反应器可使培养物在总体时间上受均匀液体压力，克服以往软骨压缩加载对培养物作用不均、不利培养物均匀生长的缺点，可模拟人体软组织载荷环境施加多位置点循环载荷的生物反应器，应用于软组织的培养。

附图说明

图1为该生物反应器的整体结构示意图。

图2为加载机构放大示意图。

图3为培养室放大示意图。

图中：1直线电机，2导轨条，3滑块a，4底板，5立柱a，6立柱b，7立柱c，8立柱d，9纵向圆柱导轨a，10纵向圆柱导轨b，11滑块b，12滑块c，13横向圆柱导轨a，14横向圆柱导轨b，15横向传动带a，16横向传动带b，17电机支座a，18步进电机a，19竖向传动带，20传动轴a，21传动轴b，22滑块d，23电机支座b，24步进电机b，25凸轮，26活塞轴，27复位弹簧，28固定螺栓，29加载头，30培养箱体，31弹性橡胶薄膜，32卡塞。

具体实施方式

实施例：

一种多位置点循环加载生物反应器，由动力机构、滑动机构、加载机构和培养室构成，动力机构包括直线电机1、导轨条2、滑块a3，直线电机1通过螺钉与导轨条2固定连接，滑块a3与导轨条2滑动配合；滑动机构包括底板4、四根立柱a5、b6、c7和d8、两根纵向圆柱导轨a9和b10、两个滑块b11和c12、两根横向圆柱导轨a13和b14、两条横向传动带a15和b16、电机支座a17、步进电机a18、一条竖向传动带19、两根传动轴a20和b21、滑块d22，底板4、四根立柱a5、b6、c7和d8和两根纵向圆柱导轨a9和b10共同构成固定框架，两根传动轴a20和b21分别与四根立柱a5、b6、c7和d8转动连接并通过两条横向传动带a15和b16联动，两个滑块b11和c12的下部分别与两根纵向圆柱导轨a9和b10滑动配合，上部分别与两条横向传动带a15和b16用螺栓固定，电机a18通过支座a17固定在底板4上，电机a18的输出轴通过竖向传动带19与传动轴b20连接，两根横向圆柱导轨a13和b14的两端分别与滑块b11和c12固定，滑块d22与两根横向圆柱导轨a13和b14滑动配合，滑块d22设有圆孔；加载机构包括电机支座b23、步进电机b24、凸轮25、活塞轴26、复位弹簧27、紧固螺栓28和加载头29，步进电机b24通过电机支座b23固定在滑块d22上，凸轮25固定在步进电机b24输出轴上，活塞轴26为T型且下端设有螺纹，活塞轴26穿过滑块d22上的圆孔，复位弹簧27位于活塞轴26上端的下表面与滑块d22的上表面之间，凸轮25与活塞轴26的上表面相接，加载头29与活塞轴26下端螺纹连接并通过紧固螺栓28固定；培养室包括培养箱体30、弹性橡胶薄膜31和卡塞32，培养箱体30固定在底板4上，培养箱体30两个对应窄面上分别设有营养液进口和废物出口，橡胶薄膜31设有与加载头29匹配的通孔且与加载头29的外圆紧密配合以使橡胶薄膜31被夹在紧固螺栓28和加载头29之间并形成密封，卡塞32将弹性橡胶薄膜31卡在培养箱体30上表面的卡槽中。

该生物反应器可以实现加载头29在三维空间的移动，通过控制直线电机1、步进电机a18、步进电机b24能够完成对培养室内的培养物的所有部位施加周期性循环载荷。从起始位置开始，电机b24转动一圈对培养物进行一次加载后，直线电机1带动滑块d22沿横向圆柱轨道移动一个设定距离，然后步进电机b24再转动一圈进行一次加载，如此循环。等到滑块d22达到设定的行程后，步进电机a18通过多个传动带带动滑块b11、c12沿纵向圆柱轨道a9、b10移动一个设定距离，然后滑块d22在直线电机1的驱动下往回运动，如此循环。等到滑块b11和c12达到设定的行程之后，接着在步进电机a18的带动下沿反方向移动。按照上述方法，就可以对培养物进行全面的多位置点循环加载。

Claims (1)

1.一种多位置点循环加载生物反应器，其特征在于：由动力机构、滑动机构、加载机构和培养室构成，动力机构包括直线电机、导轨条和滑块a，直线电机通过螺钉与导轨条固定连接，滑块a与导轨条滑动配合；滑动机构包括底板、立柱a、立柱b、立柱c和立柱d、纵向圆柱导轨a和纵向圆柱导轨b、滑块b和滑块c、横向圆柱导轨a和横向圆柱导轨b、横向传动带a和横向传动带b、电机支座a、步进电机a、一条竖向传动带、传动轴a和传动轴b、滑块d，底板、立柱a、立柱b、立柱c和立柱d和纵向圆柱导轨a和纵向圆柱导轨b共同构成固定框架，传动轴a和传动轴b分别与立柱a、立柱b、立柱c和立柱d转动连接并通过横向传动带a和横向传动带b联动，滑块b和滑块c的下部分别与纵向圆柱导轨a和纵向圆柱导轨b滑动配合，上部分别与横向传动带a和横向传动带b用螺栓固定，电机a通过支座a固定在底板上，电机a的输出轴通过竖向传动带与传动轴b连接，横向圆柱导轨a和横向圆柱导轨b的两端分别与滑块b和滑块c固定，滑块d与横向圆柱导轨a和横向圆柱导轨b滑动配合，滑块d设有圆孔；加载机构包括电机支座b、步进电机b、凸轮、活塞轴、复位弹簧、紧固螺栓和加载头，步进电机b通过电机支座b固定在滑块d上，凸轮固定在步进电机b输出轴上，活塞轴为T型且下端设有螺纹，活塞轴穿过滑块d上的圆孔，复位弹簧位于活塞轴上端的下表面与滑块d的上表面之间，凸轮与活塞轴的上表面相接，加载头与活塞轴下端螺纹连接并通过紧固螺栓固定；培养室包括培养箱体、弹性橡胶薄膜和卡塞，培养箱体固定在底板上，培养箱体两个对应窄面上分别设有营养液进口和废物出口，橡胶薄膜设有与加载头匹配的通孔且与加载头的外圆紧密配合以使橡胶薄膜被夹在紧固螺栓和加载头之间并形成密封，卡塞将弹性橡胶薄膜卡在培养箱体上表面的卡槽中。