CN104593258B - 一种用于建立三维体组织的装置 - Google Patents

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Abstract

本发明属于生物医学领域，提供了一种用于建立三维体组织的装置，一种把不同细胞与基质进行层叠式组合成培养物，同时模拟人体内环境，对培养物进行体外培养的新实验手段。在恒温箱内，把不同的细胞与基质分别装入固定在三轴运动机构Z轴滑块上的容器组的容器内，并由对应的同样固定在喷头组内的微孔喷头喷出；三轴运动机构和喷头组的配合运动在成型腔内制作出内部有液体进出的微型管道的培养物；成型腔与血液循环模拟系统接通，在培养物制作时，控制成型腔内液面的高度不高于正在成型的面；完成培养物的制作后对培养物进行组织培养，盖上成型盖，向培养物提供可控制血流，压力，药物浓度的模拟人体内环境，并可对培养物的排出物进行过滤。

Description

一种用于建立三维体组织的装置
技术领域
本发明属于生物医学领域，涉及一种用于建立三维体组织的装置，装置提供了一种把细胞与基质进行层叠式组合成培养物，同时模拟人体内环境，对培养物进行体外培养的新实验手段。
背景技术
单纯的细胞培养只是二维或者离散的，而人体组织与器官是三维立体空间的架构；当前先进的三维体组织的培养方式是先建立支撑结构，然后在结构上进行细胞种植，之后再降解掉支撑材料的方式进行三维体培养，然而这种方式难以进行多细胞的综合培养；同时人体组织不是由单一的细胞组成，要用细胞培植出组织或器官，首先是多细胞的综合培养。
人体内肝脏在尚存1/4的情况下还能重新生长成一个完整的肝脏，是因为人体自身系统知道肝脏需要做什么；因此建立体外三维体组织时，建立更真实更接近人体的环境有利于细胞群的培养，从而实现体外利用细胞进行组织的培养打下基础。
器官、组织、细胞的体外存活时间不同，越是高级形态其体外存活难度越大，同时体外静态培养条件下组织与器官的存活时间相当短暂，而需要体外培养人体器官，首先需要能够使组织在体外能够存活；而让组织存活则需要为其不断的供给需要的物质并排出细胞排出的废物，同时需为其准备一个人体内环境，包括血液流动，营养，激素等。
发明内容
本发明提供了一种建立三维体组织的装置，为体外组织培养提供了一种把一种或者多种细胞与基质进行层叠式组合成培养物，同时模拟人体内环境，对培养物进行体外培养的新实验手段。
为了实现上述目的本发明采用的技术方案是一种用于建立三维体组织的装置：包括在恒温箱内，有一个由X、Y、Z三个直线运动单元通过X、Y、Z轴滑块联动起来的三轴运动机构，其中Y轴直线运动单元固定在基台上，X轴直线运动单元固定在2个Y轴滑块上，Z轴直线运动单元固定在X轴滑块上，从而实现三轴联动的三轴运动机构；在相互独立的用于装细胞与基质材料的容器内分别装入细胞和基质，容器的组合称为容器组，容器组内各容器连接喷头组内所对应的微孔喷头,喷头孔内径在0.01mm到0.2mm范围之内，并一同固定在三轴运动机构的Z轴滑块上；由三轴运动机构和喷头组配合运动实现在成型腔内制作培养物，该培养物是层叠式成型三维结构，所制作的培养物在内部留出用于液体进出的微型管道，成型腔与血液循环模拟系统接通，为培养物提供模拟人体的内环境。
成型腔与血液循环模拟系统接通，血液循环模拟系统由心脏模拟器，压力调节器，压力传感器，血阻模拟器，微孔过滤器，静脉单向阀，微量加药器通过硅胶管连接起来组成系统。
其中心脏模拟器由液囊，前置单向阀，心室模拟泵，后置单向阀组成模拟心脏的泵血运动过程，为培养物提供仿真的血流环境。
压力调节器用以调节培养体的压力环境；压力传感器在压力调节器调节的时候观察压力的变化。
血阻模拟器用以调节血阻造成的内压环境，从而调节血液循环的压力、对局部流速进行调节；血阻模拟器造成的堵塞范围为硅胶管的内径截面积的7/8至无堵塞。
微孔过滤器对培养体排出物质进行过滤，微孔过滤器截面空隙至少是硅胶管内径的三倍，同时降低后续液体的脉动程度。
通过微量加药器加入不同的药物，激素等影响培养体。
本系统的有益效果是：
本发明可以实现以下功能
1、本发明在于直接建立三维体结构进行人体组织的培养；
2、本发明在于用建立接近的人体内环境进行对三维体组织的培养；
3、本发明在于提供了一种新的实验手段：把一种或者多种细胞与基质进行三维层叠式组合，形成多细胞综合体时直接用接近与人体内环境的方式进行体外组织的培养。
因此本发明为建立接近的人体内环境，直接进行对三维体组织的培养，提供了新的实验手段。
附图内容
图1 一种建立三维体组织的装置框图
图2 三轴运动机构结构示意图
图3 细胞及基质容器组与喷头组位置示意图
图4 培养盒结构示意图
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明作进一步的说明。
如图1,2,3，本发明的一种建立三维体组织装置，包括在恒温箱（27）内，有一个由X、Y、Z三个直线运动单元（4，2，6）通过X、Y、Z轴滑块（5，3，7）联动起来的三轴运动机构（1），其中Y轴直线运动单元（2）固定在基台（8）上，X轴直线运动单元（4）固定在2个Y轴滑块（3）上，Z轴直线运动单元（6）固定在X轴滑块（7）上，从而实现三轴联动的三轴运动机构（1）；在相互独立的用于装细胞与基质材料的容器内分别装入细胞和基质，容器的组合称为容器组（9），容器组（9）内各容器连接喷头组（10）内所对应的微孔喷头,喷头孔内径在0.01mm到0.2mm范围之内，并一同固定在三轴运动机构的Z轴滑块（7）上；由三轴运动机构（1）和喷头组（10）配合运动实现在成型腔内制作培养物（28），该培养物（28）是层叠式成型三维结构，所制作的培养物（28）在内部留出用于液体进出的微型管道，成型腔（23）与血液循环模拟系统（25）接通，为培养物（28）提供模拟人体的内环境。
血液循环模拟系统（25）由心脏模拟器（22），压力调节器（16），压力传感器（17），血阻模拟器（18），微孔过滤器（19），静脉单向阀(20)，微量加药器(21)通过硅胶管连接起来组成系统；硅胶管的尺寸在0.5-6mm内径；在培养物(28)制作时，控制成型腔液面随着培养物(28)高度的增加而增加；在完成培养物(28)制作后，盖上成型盖(24)后，成型腔（23）与成型腔盖（24）组成培养盒（11），对培养盒（11）内的培养物（28）进行模拟人体内环境的三维体组织的培养。
心脏模拟器（22）由液囊（12），前置单向阀（13），心室模拟泵（14），后置单向阀（15）组成模拟心脏的泵血运动过程，泵血周期在30-120次每分钟，提供培养体的血流环境。
压力调节器调节培养盒（11）内的压力环境，可调范围0-40千帕；压力传感器在压力调节器调节的时候观察压力的变化。
血阻模拟器（18）调节血阻造成的内压环境，从而调节血液循环的压力、对局部流速进行调节；血阻模拟器造成的堵塞范围为硅胶管的内径截面积的7/8至无堵塞。
微孔过滤器（19）对培养体排出物质进行过滤，微孔过滤器截面空隙至少是硅胶管内径的三倍，同时降低后续液体的脉动程度。
通过微量加药器（21）加入不同的药物，激素等用以影响培养体。

Claims (8)

1.一种用于建立三维体组织的装置， 包括在恒温箱（27）内，有相互独立的用于装细胞与基质材料的容器的容器组（9），容器组内各容器连接的喷头组（10）内的微孔喷头，并一同固定在三轴运动机构（1）的Z轴滑块（7）上；三轴运动机构（1）和喷头组（10）中的微孔喷头配合运动，在成型腔（23）内制作培养物（28）该培养物（28）是层叠式成型三维结构，成型腔（23）接血液循环模拟系统（25）；其特征在于：所述的血液循环模拟系统（25）由心脏模拟器（22），压力调节器（16），压力传感器（17），血阻模拟器（18），微孔过滤器（19），静脉单向阀（20），微量加药器（21）通过硅胶管连接而成，硅胶内径在0.5mm-6mm范围内；其中心脏模拟器（22）由液囊（12），前置单向阀（13），心室模拟泵（14），后置单向阀（15）组成；在制作培养物（28）的过程中，由心脏模拟器（22）驱动，血液循环模拟系统（25）向成型腔（23）内供给营养液体，使已经制作部分的培养物（28）尽量多的浸在营养液体内；在完成培养物（28）制作用培养物（28）培养三维体组织时，对培养物（28）提供仿真人体血液流。
2.根据权利要求1 所述一种用于建立三维体组织的装置，其特征在于：所述的三轴运动机构（1）由基台(8)、Y轴直线运动单元（2）、Y轴滑块（3），X轴直线运动单元（4），X轴滑块（5），Z轴直线运动单元（6），Z轴滑块（7）组成，其中Y轴直线运动单元（2）固定在基台（8）上，X轴直线运动单元（4）固定在Y轴滑块（3）上跟随Y轴滑块（3）运动；Z轴直线运动单元（6）固定在X轴滑块（5）上跟随X轴滑块（3）运动；Z轴滑块（7）上固定的喷头组（10）随Z轴滑块（7）运动，由于运动的传递，形成喷头组（10）在成型腔（23）内进行自下而上的以层叠成型的方式制作培养物（28）。
3.根据权利要求1 所述一种用于建立三维体组织的装置，其特征在于：所述成型腔（23）固定在基台（8）上的固定工作台（26）上，三轴运动机构（1）与喷头组（10）配合完成培养物（28）制作后，把成型腔盖（24）盖在成型腔（23）上后作为一个整体:培养盒（11），培养盒（11）由成型腔（23）和成型腔盖（24）组成，成型腔（23）两端接的血液循环模拟系统（25），之后血液循环模拟系统（25）对 培养盒（11）提供人体内环境的模拟。
4.根据权利要求1 所述一种用于建立三维体组织的装置，其特征在于：所述的喷头组（10）中的微孔喷头的喷头孔内径在0.01mm到0.2mm之间，利用三轴运动机构（1）与喷头组（10）配合运动制作的培养物（28）制作时，在培养物（28）内部留出用于液体进出的微型管道。
5.根据权利要求1 所述一种用于建立三维体组织的装置，其特征在于：所述压力调节器（16）装置运转过程中，压力调节器（16）对密封的培养盒内的压力进行调节，调节时由压力传感器反应压力值。
6.根据权利要求1 所述一种用于建立三维体组织的装置，其特征在于：所述血阻模拟器（18），其堵塞范围为硅胶管的内径截面积的7/8至无堵塞；装置运转过程中，血阻模拟器（18）对密封的血液循环的压力、局部流速进行调节。
7.根据权利要求1 所述一种用于建立三维体组织的装置，其特征在于：所述微孔过滤器（19），其截面空隙面积应大于3倍的硅胶连接管的内径，用于对培养物的排出物进行过滤，同时降低后续液体的脉动程度。
8.根据权利要求1 所述一种用于建立三维体组织的装置，其特征在于：所述微量加药器（21），装置运转过程中，微量加药器（21）对培养物（28）进行微量加药刺激。
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