CN111040949A - 串联式批量生产大段组织工程骨的灌注式生物反应器 - Google Patents

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Abstract

本发明的实施例公开了一种串联式批量生产大段组织工程骨的灌注式生物反应器，包括多个反应瓶，多个反应瓶通过串联导管串联连通，形成串联反应瓶系统；入液导管一端连通于串联反应瓶系统中处于一端的反应瓶，另一端连接于蠕动泵的出液端；出液导管一端连通于串联反应瓶系统中处于另一端的反应瓶，另一端连接于蠕动泵的回液端；连接装置，每个反应瓶内设置有一个连接装置，连接于入液导管或串联导管。该串联式批量生产大段组织工程骨的灌注式生物反应器能够同时制备生产多个大段组织工程骨，且能够保障灌注液体完全流经大段组织工程骨生产材料，提高灌注液体的利用率，确保大段组织工程骨的质量。

Description

串联式批量生产大段组织工程骨的灌注式生物反应器
技术领域
本发明涉及生物反应器及工程骨生产技术领域，具体涉及一种串联式批量生产大段组织工程骨的灌注式生物反应器。
背景技术
生物反应器在组织工程领域扮演着极其重要的角色，早期的静态培养限制了营养液向内部流动。随后出现了搅拌式生物反应器，该型生物反应器的主要缺点是容易在细胞/支架材料复合体表面形成一层致密的细胞，妨碍氧和营养物质向材料中央弥散，因此还未彻底解决材料充分灌注的问题。此外，在反应器内剪切应力的分布也并不均匀，从上至下呈梯度分布，最大剪切力位于瓶底部，无法精确调节剪切力的大小。紧接着被研发的旋转式生物反应器也存在着明显的缺陷，漂浮于培养液中的细胞/支架复合体容易碰撞容器壁，损伤材料和扰动其上复合的种子细胞；由于无法确保材料中心部位的营养输送，细胞分布和矿化现象仍然局限于复合体的外表面。
灌注型生物反应器摆脱了先前技术的缺陷，是骨组织工程中最为广泛应用的类型。但是目前灌注型生物反应器无法进行大段活性组织工程骨的批量生产，生产效率低下，且在灌注过程中无法保证灌注液体完全流经材料内部无法保障灌注液体的利用效率与大段组织工程骨的质量。
公开于本发明背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明的一般背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。
发明内容
本发明的目的是提供一种串联式批量生产大段组织工程骨的灌注式生物反应器，该串联式批量生产大段组织工程骨的灌注式生物反应器能够同时制备生产多个大段组织工程骨，且能够保障灌注液体完全流经大段组织工程骨生产材料，提高灌注液体的利用率，确保大段组织工程骨的质量。
为了实现上述目的，根据本发明提供了一种串联式批量生产大段组织工程骨的灌注式生物反应器，该串联式批量生产大段组织工程骨的灌注式生物反应器包括：
多个反应瓶，多个所述反应瓶通过串联导管串联连通，形成串联反应瓶系统；
入液导管，所述入液导管一端连通于所述串联反应瓶系统中处于一端的所述反应瓶，另一端连接于蠕动泵的出液端；
出液导管，所述出液导管一端连通于所述串联反应瓶系统中处于另一端的所述反应瓶，另一端连接于蠕动泵的回液端；
连接装置，每个所述反应瓶内设置有一个所述连接装置，连接于所述入液导管或所述串联导管，大段组织工程骨生产材料被适配为套设在所述连接装置上。
优选地，所述反应瓶包括瓶体、主瓶口及两个副瓶口，所述主瓶口设置在所述瓶体顶部，两个所述副瓶口位于所述主瓶口周测，所述入液导管、所述串联导管及所述出液导管通过所述主瓶口连通于所述瓶体。
优选地，还包括底液导管，所述底液导管一端连接于两个所述副瓶口中的一个所述副瓶口，另一端设置在所述瓶体的底部。
优选地，还包括橡胶塞，所述橡胶塞设置在所述副瓶口处。
优选地，所述连接装置包括空心柱及固定盘，所述空心柱上设置有滑槽，所述固定盘通过所述滑槽滑动套设在所述空心柱上，所述空心柱上均匀分布有通孔，所述空心柱通过所述固定盘连接于所述入液导管或所述串联导管，所述大段组织工程骨生产材料被适配为套设在所述连接装置上。
优选地，还包括气动交换装置，所述气动交换装置的输出端连接于所述入液导管。
优选地，气动交换装置包括壳体，所述壳体内形成有腔体，所述腔体内设置有二氧化碳浓度检测仪及风扇；空气阀门，设置在所述壳体上；三通装置，所述三通装置的第一开口连通于所述腔体，第二开口及第三开口设置在所述入液导管上；空气滤过膜，设置在所述第一开口及所述第三开口上，位于所述第二开口及所述第三开口与所述入液导管连通处；控制器，通信连接于所述二氧化碳浓度检测仪、所述风扇及所述空气阀门，所述控制器被适配为基于所述二氧化碳浓度检测仪的检测结果控制所述风扇和/或所述空气阀门的开启与关闭。
优选地，还包括水浴锅，所述串联反应瓶系统设置在所述水浴锅内。
有益效果：
1）本申请通过多个反应瓶串联形成串联反应瓶系统，通过蠕动泵、入液导管及出液导管为多个串联的反应瓶供给灌注液，能够批量生产大段组织工程骨。
2）本申请通过多个反应瓶串联形成串联反应瓶系统，通过蠕动泵、入液导管及出液导管为多个串联的反应瓶供给灌注液，通过一台蠕动泵可为多个反应瓶供给灌注液，且多个反应瓶串联设置，灌注液流速相同，在确保了大段组织工程骨质量的同时减少了蠕动泵的投入数量，能够降低生产成本。
3）本申请通过将大段组织工程骨生产材料套设在连接装置上，连接装置供给的灌注液经由大段组织工程骨生产材料内部流经到大段组织工程骨生产材料的外部，能够保障灌注液体完全流经大段组织工程骨生产材料，提高灌注液体的利用率，确保大段组织工程骨的质量。
附图说明
图1示出了本发明一个实施例的串联式批量生产大段组织工程骨的灌注式生物反应器的结构示意图。
图2示出了本发明一个实施例的反应瓶的结构示意图。
图3示出了本发明一个实施例的连接装置的结构示意图。
图4示出了本发明一个实施例的连接装置的俯视图。
图5示出了本发明一个实施例的大段组织工程骨生产材料的结构示意图。
图6示出了本发明一个实施例的气体交换装置的结构示意图
附图标记说明：
1、蠕动泵；2、气动交换装置；3、三通装置；4、入液导管；5、主瓶口；6、副瓶口；7、出液导管；8、底液导管；9、连接装置；10、大段组织工程骨生产材料；11、固定盘；12、空心柱；13、滑槽；14、空气阀门；15、空气滤过膜；16、风扇；17、壳体；18、控制器。
具体实施方式
下面结合附图详细介绍本发明技术方案。
根据本发明的一方面提供了一种串联式批量生产大段组织工程骨的灌注式生物反应器，该串联式批量生产大段组织工程骨的灌注式生物反应器包括：
多个反应瓶，多个所述反应瓶通过串联导管串联连通，形成串联反应瓶系统；
入液导管，所述入液导管一端连通于所述串联反应瓶系统中处于一端的所述反应瓶，另一端连接于蠕动泵的出液端；
出液导管，所述出液导管一端连通于所述串联反应瓶系统中处于另一端的所述反应瓶，另一端连接于蠕动泵的回液端；
连接装置，每个所述反应瓶内设置有一个所述连接装置，连接于所述入液导管或所述串联导管，大段组织工程骨生产材料被适配为套设在所述连接装置上。
具体地，使用时在每个反应瓶内设置大段组织工程骨生产材料，将大段组织工程骨生产材料套设在连接装置上，蠕动泵通过出液端及入液口管道向串联反应瓶系统内供给灌注液，灌注液经由大段组织工程骨生产材料的内部流经到大段组织工程骨生产材料的外部，而后通过串联导管流经到相邻的反应瓶，灌注液如此循环最后经由出液导管返回至蠕动泵的回液端。
具体地，大段组织工程骨生产材料为中空盲端圆柱材料，通过本发明提供的串联式批量生产大段组织工程骨的灌注式生物反应器，通过多个反应瓶串联形成串联反应瓶系统，通过蠕动泵、入液导管及出液导管为多个串联的反应瓶供给灌注液，能够批量生产大段组织工程骨。
本发明提供的串联式批量生产大段组织工程骨的灌注式生物反应器，通过多个反应瓶串联形成串联反应瓶系统，通过蠕动泵、入液导管及出液导管为多个串联的反应瓶供给灌注液，通过一台蠕动泵可为多个反应瓶供给灌注液，且多个反应瓶串联设置，灌注液流速相同，在确保了大段组织工程骨质量的同时减少了蠕动泵的投入数量，能够降低生产成本。
本发明提供的串联式批量生产大段组织工程骨的灌注式生物反应器，通过将大段组织工程骨生产材料套设在连接装置上，连接装置供给的灌注液经由大段组织工程骨生产材料内部流经到大段组织工程骨生产材料的外部，能够保障灌注液体完全流经大段组织工程骨生产材料，提高灌注液体的利用率，确保大段组织工程骨的质量。
进一步地，所述反应瓶包括瓶体、主瓶口及两个副瓶口，所述主瓶口设置在所述瓶体顶部，两个所述副瓶口位于所述主瓶口周测，所述入液导管、所述串联导管及所述出液导管通过所述主瓶口连通于所述瓶体。
具体地，通过主瓶口的设置，用于供给及循环灌注液，同时便于大段组织工程骨生产材料的取放，通过副瓶口的设置用于向瓶体内注入溶液或取出废液，使得反应瓶的使用更为方便。
进一步地，还包括底液导管，所述底液导管一端连接于两个所述副瓶口中的一个所述副瓶口，另一端设置在所述瓶体的底部。
具体地，通过底液导管的设置，便于取出反应瓶瓶底的废液，提高反应瓶的处理效率。
进一步地，还包括橡胶塞，所述橡胶塞设置在所述副瓶口处。
具体地，通过橡胶塞的设置一方面能够对副瓶口进行密封，另一方面橡胶塞可重复穿刺进行取放溶液，使用方便。进一步地，橡胶塞可以选用医用卫生级别橡胶塞。
进一步地，所述连接装置包括空心柱及固定盘，所述空心柱上设置有滑槽，所述固定盘通过所述滑槽滑动套设在所述空心柱上，所述空心柱上均匀分布有通孔，所述空心柱通过所述固定盘连接于所述入液导管或所述串联导管，所述大段组织工程骨生产材料被适配为套设在所述连接装置上。
具体地，通过在固定盘滑动套设在空心柱上，可以调节固定盘在空心柱上的位置，继而可以根据大段组织工程骨生产材料的长度，调节固定盘的设置位置，使得连接装置能够适用于多种型号的大段组织工程骨生产材料，提高串联式批量生产大段组织工程骨的灌注式生物反应器的适用范围。进一步地，在空心柱均匀分布有通孔，便于空心柱将灌注液均匀的输送给大段组织工程骨生产材料，能够提高大段组织工程骨的质量。
进一步地，还包括气动交换装置，所述气动交换装置的输出端连接于所述入液导管。
进一步地，所述气动交换装置包括：壳体，所述壳体内形成有腔体，所述腔体内设置有二氧化碳浓度检测仪及风扇；空气阀门，设置在所述壳体上；三通装置，所述三通装置的第一开口连通于所述腔体，第二开口及第三开口设置在所述入液导管上；空气滤过膜，设置在所述第一开口及所述第三开口上，位于所述第二开口及所述第三开口与所述入液导管连通处；控制器，通信连接于所述二氧化碳浓度检测仪、所述风扇及所述空气阀门，所述控制器被适配为基于所述二氧化碳浓度检测仪的检测结果控制所述风扇和/或所述空气阀门的开启与关闭。
具体地，通过气动交换装置的设置，用于维持串联反应瓶系统内的气态环境，使气态环境适用于大段组织工程骨的制备。气动交换装置与入液导管的连通处设置有空气滤过膜，只允许空气通过，空气通过气动交换装置弥散进入入液导管，并且将串联反应瓶系统内气体交换代谢的气体弥散进入气体交换装置中。进一步通过二氧化碳浓度检测仪可以检测二氧化碳浓度，控制器被适配为基于所述二氧化碳浓度检测仪的检测结果控制所述风扇和/或所述空气阀门的开启与关闭，进而即可对串联反应瓶系统内的二氧化碳浓度进行调节。
具体地，使用时可以对控制器设定第一二氧化碳浓度阈值及第二二氧化碳浓度阈值，当二氧化碳浓度检测仪的检测结果高于第一二氧化碳浓度阈值或低于第二二氧化碳浓度阈值时，控制器可以控制风扇和所述空气阀门开启；当二氧化碳浓度检测仪的检测结果介于第一二氧化碳浓度阈值与第二二氧化碳浓度阈值控制器可以控制风扇和所述空气阀门关闭，进一步地，第一二氧化碳浓度阈值的取值大于第二二氧化碳浓度阈值的取值。
进一步地，还包括水浴锅，所述串联反应瓶系统设置在所述水浴锅内。
具体地，在串联式批量生产大段组织工程骨的灌注式生物反应器的工作过程中，水浴锅的最佳温度为37℃。
具体地，本发明串联式批量生产大段组织工程骨的灌注式生物反应器结构简单且容易批量生产大段的活性组织工程骨，并且可以保证所有单元同时灌注，节省昂贵的驱动装置；具有结构简单、使用方便和效率高的特点；并且无需价格昂贵的恒温培养箱，仅需水浴锅即可满足细胞所需温度，所有系统满足该系统无需在无菌条件完成批量生产大段的活性组织工程骨，使得实验操作变得简单易操作。
实施例1
图1示出了本发明一个实施例的串联式批量生产大段组织工程骨的灌注式生物反应器的结构示意图。图2示出了本发明一个实施例的反应瓶的结构示意图。图3示出了本发明一个实施例的连接装置的结构示意图。图4示出了本发明一个实施例的连接装置的俯视图。图5示出了本发明一个实施例的
大段组织工程骨生产材料的结构示意图。图6示出了本发明一个实施例的气体交换装置的结构示意图。其中，图1中的箭头方向表示液体流动方向，图3中箭头方向表示连接装置可移动方向，图6中的箭头方向表示气体流动方向。
如图1至图6所示，该串联式批量生产大段组织工程骨的灌注式生物反应器包括：
多个反应瓶，多个所述反应瓶通过串联导管串联连通，形成串联反应瓶系统；
入液导管4，所述入液导管4一端连通于所述串联反应瓶系统中处于一端的所述反应瓶，另一端连接于蠕动泵1的出液端；
出液导管7，所述出液导管7一端连通于所述串联反应瓶系统中处于另一端的所述反应瓶，另一端连接于蠕动泵1的回液端；
连接装置9，每个所述反应瓶内设置有一个所述连接装置9，连接于所述入液导管4或所述串联导管，大段组织工程骨生产材料10被适配为套设在所述连接装置9上。
其中，所述反应瓶包括瓶体、主瓶口5及两个副瓶口6，所述主瓶口5设置在所述瓶体顶部，两个所述副瓶口6位于所述主瓶口5两侧，所述入液导管4、所述串联导管及所述出液导管7通过所述主瓶口5连通于所述瓶体。
其中，还包括底液导管8，所述底液导管8一端连接于两个所述副瓶口6中的一个所述副瓶口6，另一端设置在所述瓶体的底部。
其中，还包括橡胶塞，所述橡胶塞设置在所述副瓶口6处。
其中，所述连接装置9包括空心柱12及固定盘11，所述空心柱12上设置有滑槽13，所述固定盘11通过所述滑槽13滑动套设在所述空心柱12上，所述空心柱12上均匀分布有通孔，所述空心柱12通过所述固定盘11连接于所述入液导管4或所述串联导管，所述大段组织工程骨生产材料10被适配为套设在所述连接装置9上。
其中，还包括气动交换装置2，所述气动交换装置2的输出端连接于所述入液导管4。
其中，气动交换装置2包括壳体17，所述壳体17内形成有腔体，所述腔体内设置有二氧化碳浓度检测仪及风扇16；空气阀门14，设置在所述壳体17上；三通装置3，所述三通装置3的第一开口连通于所述腔体，第二开口及第三开口设置在所述入液导管4上；空气滤过膜15，设置在所述第一开口及所述第三开口上，位于所述第二开口及所述第三开口与所述入液导管4连通处；控制器18，通信连接于所述二氧化碳浓度检测仪、所述风扇16及所述空气阀门14，所述控制器18被适配为基于所述二氧化碳浓度检测仪的检测结果控制所述风扇16和/或所述空气阀门14的开启与关闭。
其中，还包括水浴锅，所述串联反应瓶系统设置在所述水浴锅内。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种串联式批量生产大段组织工程骨的灌注式生物反应器，其特征在于，所述串联式批量生产大段组织工程骨的灌注式生物反应器包括：
多个反应瓶，多个所述反应瓶通过串联导管串联连通，形成串联反应瓶系统；
入液导管，所述入液导管一端连通于所述串联反应瓶系统中处于一端的所述反应瓶，另一端连接于蠕动泵的出液端；
出液导管，所述出液导管一端连通于所述串联反应瓶系统中处于另一端的所述反应瓶，另一端连接于蠕动泵的回液端；
连接装置，每个所述反应瓶内设置有一个所述连接装置，连接于所述入液导管或所述串联导管，大段组织工程骨生产材料被适配为套设在所述连接装置上。
2.根据权利要求1所述的串联式批量生产大段组织工程骨的灌注式生物反应器，其特征在于，所述反应瓶包括瓶体、主瓶口及两个副瓶口，所述主瓶口设置在所述瓶体顶部，两个所述副瓶口位于所述主瓶口周测，所述入液导管、所述串联导管及所述出液导管通过所述主瓶口连通于所述瓶体。
3.根据权利要求2所述的串联式批量生产大段组织工程骨的灌注式生物反应器，其特征在于，还包括底液导管，所述底液导管一端连接于两个所述副瓶口中的一个所述副瓶口，另一端设置在所述瓶体的底部。
4.根据权利要求2所述的串联式批量生产大段组织工程骨的灌注式生物反应器，其特征在于，还包括橡胶塞，所述橡胶塞设置在所述副瓶口处。
5.根据权利要求1所述的串联式批量生产大段组织工程骨的灌注式生物反应器，其特征在于，所述连接装置包括空心柱及固定盘，所述空心柱上设置有滑槽，所述固定盘通过所述滑槽滑动套设在所述空心柱上，所述空心柱上均匀分布有通孔，所述空心柱通过所述固定盘连接于所述入液导管或所述串联导管，所述大段组织工程骨生产材料被适配套设在所述连接装置上。
6.根据权利要求1所述的串联式批量生产大段组织工程骨的灌注式生物反应器，其特征在于，还包括气动交换装置，所述气动交换装置的输出端连接于所述入液导管。
7.根据权利要求6所述的串联式批量生产大段组织工程骨的灌注式生物反应器，其特征在于，所述气动交换装置包括：
壳体，所述壳体内形成有腔体，所述腔体内设置有二氧化碳浓度检测仪及风扇；
空气阀门，设置在所述壳体上；
三通装置，所述三通装置的第一开口连通于所述腔体，第二开口及第三开口设置在所述入液导管上；
空气滤过膜，设置在所述第一开口、所述第三开口以及所述空气阀门的开口处，位于所述第二开口及所述第三开口与所述入液导管连通处；
控制器，通信连接于所述二氧化碳浓度检测仪、所述风扇及所述空气阀门，所述控制器被适配为基于所述二氧化碳浓度检测仪的检测结果控制所述风扇和/或所述空气阀门的开启与关闭。
8.根据权利要求1所述的串联式批量生产大段组织工程骨的灌注式生
物反应器，其特征在于，还包括水浴锅，所述串联反应瓶系统设置在所述水浴锅内。
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