CN111249554B - 生物型人工肝净化循环单元及人工肝支持系统 - Google Patents

Abstract

本申请实施例公开了一种生物型人工肝净化循环单元及人工肝支持系统，该申请实施例将血液滤过、血浆吸附等非生物血液净化手段与生物反应器结合，在解毒基础上添加了生物转换和合成功能，充分发挥各种手段的净化优势。本申请实施例提供的生物型人工肝净化循环单元，包括通过循环管路顺次连接的血浆储存袋、管路加温器、血浆循环泵、高通量滤过器、中性树脂吸附器、溶氧‑PH监测器以及生物反应器。

Description

生物型人工肝净化循环单元及人工肝支持系统

技术领域

本发明涉及一种医疗设备，尤其涉及一种生物型人工肝净化循环单元及人工肝支持系统。

背景技术

人工肝替代治疗的血液净化技术发展迅猛，目前国内以成分性血浆置换治疗为主，而国外的研究热点是白蛋白透析吸附系统，其代表性的方法为分子吸附再循环系统（MARS）。该类方法基本原理是在蛋白透析循环中利用白蛋白液作为透析液，使患者血液中的与蛋白结合的毒素以及其它类型的毒素分子，通过MARS透析膜转移到白蛋白液中，使血液得到净化，与此同时，蛋白液净化再生循环对已受污染的白蛋白液通过透析，树脂、活性炭吸附进行净化，使蛋白液能够重复使用。MARS治疗因透析膜毒素交换效率过低，蛋白净化循环中大量人血白蛋白最终得不到充分利用，缺乏对患者白蛋白、凝血因子等物质的补充，临床疗效受一定影响，但其三循环，通过活性炭、树脂吸附及血液透析进行净化的方案确值得借鉴。

专利CN 201310168782.5公开的就是一种配备储浆袋的血浆置换吸附滤过净化系统及其应用方法，它通过专用血浆储存袋构建血浆分离循环与血浆净化循环的流速差，通过高通量血滤、活性炭-树脂吸附等手段对储存于循环袋中血浆器进行高速血浆吸附滤过净化处理。它能暂时代偿肝脏的解毒作用，但该系统仅为非生物手段进行血液净化，缺乏肝脏合成和生物转换能力的替代。

发明内容

本申请实施例提供一种生物型人工肝净化循环单元及人工肝支持系统，该申请实施例将吸附等非生物血液净化手段与生物反应器结合，在解毒基础上添加了生物转换和合成功能，充分发挥各种手段的净化优势。

为此，本申请实施例一方面提供一种生物型人工肝净化循环单元，包括通过循环管路顺次连接的血浆储存袋、管路加温器、血浆循环泵、高通量滤过器、中性树脂吸附器、溶氧-PH监测器以及生物反应器。

在本申请实施例中，血浆进入生物反应器前先经过高通量滤过器与中性树脂吸附器，初步清除血浆中小分子水溶性毒素及蛋白结合毒素，减轻肝衰竭血浆对体外肝细胞的毒性作用，保证生物反应器能更持久的发挥功能，具有生物合成和转换功能的生物反应器的加入，也能有效减少临床对于新鲜血浆的用量需求。

申请实施例将吸附等非生物血液净化手段与生物反应器结合，在解毒基础上添加了生物转换和合成功能，充分发挥各种手段的净化优势。

在一些实施方式中，所述生物反应器包括反应器外壳和用于肝细胞体外培养的蜂窝载板，所述蜂窝载板上的蜂窝孔分为第一蜂窝孔和第二蜂窝孔；其中，

所述第一蜂窝孔顶端开口，底端封闭，用于容置肝细胞；

所述第二蜂窝孔顶端封闭，底端开口；

每个蜂窝孔的各个蜂窝壁上均设有第一通孔；

所述第一蜂窝孔和第二蜂窝孔的封闭端上均设有第二通孔；

所述第一通孔和第二通孔的孔径均小于所述肝细胞的直径；

每个所述第二蜂窝孔均与相邻的六个所述第一蜂窝孔共边设置；

每个所述第一蜂窝孔均与相邻且交替分布的三个所述第一蜂窝孔和三个所述第二蜂窝孔共边设置。

当然在实际应用中，所述第二蜂窝孔也可以两端直接敞开设置。

在本申请实施例中，在细胞悬液灌流时，肝细胞从两层肝细胞蜂窝载板中间流过，肝细胞向下沉降至开口朝上的第一蜂窝孔内，而落在反向开口的第二蜂窝孔上的肝细胞因不能受到腔体的保护，在液体流动过程中会继续向前，直至落入下一个开口朝上的第一蜂窝孔内，最终上开口的第一蜂窝孔填充满肝细胞，而反向开口的第二蜂窝孔内无肝细胞填充，用以方便液体通过，且为第一蜂窝孔内的肝细胞提供物质交换的场所。

在本申请实施例中，因蜂窝结构具有生物表面积大，空间利用率高的特点，因此能为微球样肝细胞团提供充足的生长空间，更能促进肝细胞的生长和繁殖，同时每个第一蜂窝孔的六个侧壁有三面与第二蜂窝孔共边，使得第一蜂窝孔内的肝细胞一直浸泡于培养液或血浆之中，既有利于恢复肝细胞极性，又为物质交换提供便利。

在一些实施方式中，所述蜂窝壁的壁厚控制在50um-100um，所述第一通孔和第二通孔的孔径大于等于300nm，这是因为上述尺寸的微孔血浆中蛋白成分能自由通过，但肝细胞大小是数十微米级的，都难以通过第一、第二通孔，只会陷在蜂巢开口朝上的蜂窝孔里，也即第一蜂窝孔中。

在一些实施方式中，所述蜂窝载板采用生物相容性好的聚丙烯或聚乙烯-乙烯醇制作。具体的，上述蜂窝载板可通过3D打印模型框架后使用具有一定弹性的聚丙烯膜或聚乙烯进行制备，载板上的第一通孔和第二通孔可以在蜂窝载板成型后采用激光打孔制备，当然，也可以预先在化学制造工艺上进行设计，使得聚丙烯或聚乙烯-乙烯醇成膜状并于膜上形成疏松孔，这样就省去了后续激光开孔的步骤，制作也相对简单。

优选的，在实际应用中，聚丙烯膜或聚乙烯多孔膜的微孔直径可以做1um级或更大。这是因为，一般人体血液中最大的蛋白成分300nm的孔径就能完全通过，而肝细胞直径一般20-30um，这样的孔径设置工艺难度不大，而且对液体流动阻力更小，层层叠加也不至于液体流动压力过高。

在一些实施方式中，所述第一通孔在所述蜂窝壁上均匀分布；所述第二通孔在所述封闭端上均匀分布。

具体的，为满足仿生结构设计的要求，所述蜂窝孔的孔径大小控制在0.8-1.2mm，高度控制在1-2mm，这是因为上述尺寸的蜂窝孔与正常肝脏肝小叶大小相近。

在一些实施方式中，若干所述蜂窝载板纵向间隔叠加设置在所述反应器外壳中；

任意相邻的两所述蜂窝载板之间均形成有细胞悬液灌流通道；

所述细胞悬液灌流通道中设有透气中空纤维膜管；

所述反应器外壳的顶端和底端分别设有与其内腔连通的液体入口和液体出口；

所述反应器外壳的侧壁对向设有气体入口和气体出口，所述透气中空纤维膜管的两端分别与所述气体入口和气体出口连通；

所述反应器外壳的侧壁上还设有与所述细胞悬液灌流通道连通的细胞悬液入口和细胞悬液出口。

在本申请实施例中，蜂窝载板能为微球样肝细胞团提供充足的生长空间，而且蜂窝载板蜂窝孔能为内部的肝细胞提供保护，减轻流体剪切力对细胞的冲击及损害，促进肝细胞球形体的生成，更有利于高密度、高活性肝细胞的获得和长久培养。此外，因每个第一蜂窝孔的六个侧壁有三面贴近第二蜂窝孔内的培养液或血浆，既有利于恢复肝细胞极性，又为物质交换提供便利。透气中空纤维膜管置于蜂窝载板底面，具有氧气交换功能，保证了反应器中组织液或血浆中溶氧充足，为其上方蜂窝孔内的肝细胞提供充分的氧气供应。

在一些实施方式中，所述液体入口与最顶端的所述蜂窝载板之间以及所述液体出口与最底端的所述蜂窝载板之间均设有细胞滤网。

在一些实施方式中，所述蜂窝载板通过水平并排间隔设置的多根所述透气中空纤维膜管支撑设置于所述反应器外壳中。

在本申请实施例中，透气中空纤维膜管置于蜂窝载板底面，既为蜂窝载板提供三维支撑，又因其兼具氧气交换功能，保证了反应器中组织液或血浆中溶氧充足。此外，蜂窝载板与透气中空纤维膜管层层叠加交替设置，空间利用率高，液体冲击压力逐层分散，机械强度大，反应器兼具氧合、三维立体培养、高效率物质交换等功能。

在一些实施方式中，所述细胞悬液入口与细胞悬液出口在所述反应器外壳上相对设置，且所述细胞悬液入口靠近所述反应器外壳的顶部设置，所述细胞悬液出口靠近所述反应器外壳的底部设置。这样的设计能保证在细胞悬液灌流时细胞从上至下逐层填充蜂窝载板。

在一些实施方式中，反应器外壳采用生物相容性较好的透明的聚碳酸酯树脂或聚丙烯或聚乙烯制成，其生物相容性好，并且可以方便的观察反应器内情况。

本申请实施例另一方面提供一种人工肝支持系统，包括上述申请实施例的生物型人工肝净化循环单元和血浆分离回输循环单元；

所述血浆分离回输循环单元包括血泵、血浆分离器、血浆分离泵和返浆泵，所述血泵、血浆分离器、血浆分离泵、血浆储存袋和返浆泵通过管路顺次连接；

肝素泵连接在所述血泵与所述血浆分离器之间的管路上；

所述血浆分离泵与所述血浆分离器的血浆出口相连；

所述返浆泵与所述血浆分离器的血液返回管路相连。

在本申请实施例中，将血浆置换与吸附、透析等非生物血液净化手段与生物反应器结合，在解毒基础添加了生物转换和合成功能，充分发挥各种手段的净化优势。在生物人工肝净化循环部分中，血浆进入生物反应前先经过高通量血液滤过柱与活性炭、树脂吸附柱，能初步清除血浆中小分子水溶性毒素及蛋白结合毒素，减轻肝衰竭血浆对体外肝细胞的毒性作用，保证生物反应器能更持久的发挥功能。因为生物反应器的生物合成和转换功能的加入，也能有效减少临床对于新鲜血浆的用量需求。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的生物型人工肝净化循环单元的结构示意图；

图2是本发明实施例中涉及的生物反应器的结构示意图；

图3是本发明实施例涉及的生物反应器中蜂窝载板与透气中空纤维膜管布置示意图；

图4是本发明实施例涉及的蜂窝载板的结构示意图；

图5是本发明实施例涉及的蜂窝载板的轴侧示意图；

图6是本发明实施例涉及的蜂窝载板的俯视图；

图7为本发明实施例提供的人工肝支持系统结构示意图。

具体实施方式：

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本申请实施例提供一种生物型人工肝净化循环单元及人工肝支持系统，该申请实施例将吸附等非生物血液净化手段与生物反应器结合，在解毒基础上添加了生物转换和合成功能，充分发挥各种手段的净化优势。

参见图1，本申请实施例一方面提供的生物型人工肝净化循环单元，该净化循环单元包括通过循环管路顺次连接的血浆储存袋1、管路加温器2、血浆循环泵3、高通量滤过器4、中性树脂吸附器5、溶氧-PH监测器6以及人工肝用生物反应器7。

在本申请实施例中，血浆进入生物反应器7前先经过高通量滤过器4与中性树脂吸附器5，初步清除血浆中小分子水溶性毒素及蛋白结合毒素，减轻肝衰竭血浆对体外肝细胞的毒性作用，保证生物反应器7能更持久的发挥功能，具有生物合成和转换功能的生物反应器7的加入，也能有效减少临床对于新鲜血浆的用量需求。综上，申请实施例将吸附等非生物血液净化手段与生物反应器7结合，在解毒基础上添加了生物转换和合成功能，充分发挥各种手段的净化优势。

参见图2和图3，在一些实施例中，本申请实施例中的生物反应器7包括反应器外壳8和用于肝细胞体外培养的蜂窝载板9，若干蜂窝载板9纵向间隔叠加设置在该反应器外壳8中，任意相邻的两蜂窝载板9之间均形成有细胞悬液灌流通道10，在细胞悬液灌流通道10内设有透气中空纤维膜管11，反应器外壳8的顶端和底端分别设有与其内腔连通的液体入口12和液体出口13，反应器外壳8的侧壁对向设有气体入口14和气体出口15，透气中空纤维膜管11的两端分别与气体入口14和气体出口15连通，反应器外壳8的侧壁上还设有与细胞悬液灌流通道10连通的细胞悬液入口16和细胞悬液出口17。

参见图4-图6，具体的，该蜂窝载板9上的蜂窝孔依据开口的情况分为两类，为方便说明取名为第一蜂窝孔901和第二蜂窝孔902。其中，第一蜂窝孔901为顶端开口，底端封闭的蜂窝孔，用于容置肝细胞；第二蜂窝孔902为顶端封闭，底端开口的蜂窝孔，用于充入液体，且为第一蜂窝孔901内的肝细胞提供物质交换的场所。这里需要解释说明的是，上述肝细胞可以为微球样成团生长的肝细胞或海藻酸-壳聚糖包裹的肝细胞球，当然，也可以为其他结构形态的肝细胞。

每个蜂窝孔的各个蜂窝壁上均设有第一通孔，第一蜂窝孔901和第二蜂窝孔902的封闭端上均设有第二通孔，第一通孔和第二通孔的孔径均小于肝细胞的直径，每个第二蜂窝孔902均与相邻的六个第一蜂窝孔901共边设置；每个第一蜂窝孔901均与相邻且交替分布的三个第一蜂窝孔901和三个第二蜂窝孔902共边设置。第一蜂窝孔901内的肝细胞通过第一通孔与第二蜂窝孔902内的液体进行物质交换。需要解释的，第二蜂窝孔902顶端也可以直接敞开设置。

在本申请实施例中，在细胞悬液灌流时，肝细胞从两层蜂窝载板9中间的细胞悬液灌流通道10流过，肝细胞向下沉降至开口朝上的第一蜂窝孔901内，而落在反向开口的第二蜂窝孔902上的肝细胞因不能受到腔体的保护，在液体流动过程中会继续向前，直至落入下一个开口朝上的蜂窝孔内，最终上开口蜂窝孔填充满肝细胞，而反向开口的蜂窝孔内无肝细胞填充，用以方便液体通过，且为周围六面网格内的肝细胞提供物质交换的场所，使其一直浸泡于组织液或血浆之中。透气中空纤维膜管是由透气但不透水的聚醚砜中空纤维或聚砜中空纤维制成，内部是气体通道，用以通过肝细胞生长所需的二氧化碳和氧气的混合气体，其叠层均匀的分布保证了反应器中组织液或血浆中溶氧稳定和充足，为其上方蜂窝孔内的肝细胞提供充分的氧气供应。

在本申请实施例中，蜂窝载板9能为微球样肝细胞提供充足的三维生长空间，而且蜂窝载板9蜂窝孔能为内部的肝细胞提供保护，减轻流体剪切力对细胞的冲击及损害，促进肝细胞球形体的生成，更有利于高密度、高活性肝细胞的获得和长久培养。此外，因每个第一蜂窝孔901的六个侧壁有三面贴近第二蜂窝孔902内的培养液或血浆，既有利于恢复肝细胞极性，有为物质交换提供便利。透气中空纤维膜管置于蜂窝载板9底面，具有氧气交换功能，保证了反应器中组织液或血浆中溶氧充足，为其上方蜂窝孔内的肝细胞提供充分的氧气供应。当然在实际应用中，第二蜂窝孔902也可以两端直接敞开设置，此外，上下两层蜂窝载板9上的第二蜂窝孔902优先错开设置。

参见图5，在一些实施例中，蜂窝载板9通过水平并排间隔设置的多根透气中空纤维膜管支撑设置于反应器外壳8中，多根水平并排间隔设置透气中空纤维膜管构成纤维膜管网。在本申请实施例中，两层纤维膜管网中间填充蜂窝载板9这样的结构，类似于三合板结构，上下两面为板，中间为填充蜂窝网格，质地轻，用料省，重量小但抗压机械强度大，中间结构疏松，生物空间利用度高。

在本申请实施例中，透气中空纤维膜管既为蜂窝载板9提供三维支撑，又因其兼具氧气交换功能，保证了反应器中组织液或血浆中溶氧充足。此外，蜂窝载板9与透气中空纤维膜管11层层叠加交替设置，空间利用率高，液体冲击压力逐层分散，机械强度大，反应器兼具氧合、三维立体培养、高效率物质交换等功能。

本申请实施例中，蜂窝载板9的蜂窝孔能为内部的肝细胞提供保护，减轻流体剪切力对细胞的冲击及损害，促进肝细胞球形体的生成，更有利于高密度、高活性肝细胞的获得和长久培养；因肝细胞及微球均沉积于蜂窝孔内，而不会沿蜂窝孔下方的纤维膜管网表面生长，从而极大的减少了纤维膜管膜孔堵塞的风险，更能保证氧气供应充足。此外，细胞因反应器中整合了氧合功能，省去了一般生物人工肝系统中需配备独立的氧合器，且氧合效率大大提高。

参见图4和图5，在一些实施例中，本申请实施例蜂窝载板9上的第一通孔和第二通孔的孔径大于300nm，所述蜂窝壁的壁厚控制在50um-100um，这是因为上述尺寸的微型通孔和血浆分离器20的膜孔差不多，血浆都能自由通过，但肝细胞大小是10几个um级的，都穿不过去，只会陷在蜂巢开口朝上的蜂窝孔里，也即第一蜂窝孔901中。此外，为保障物质传输的均匀性，第一通孔在蜂窝壁上均匀分布，第二通孔在封闭端上均匀分布。

在实际设计中，蜂窝载板9一般采用生物相容性好的聚丙烯或聚乙烯-乙烯醇制作。具体的，上述蜂窝载板9由亲水的聚丙烯膜或聚乙烯-乙烯醇膜构成，所需蜂窝结构可通过3D打印模型框架后使用具有一定弹性的聚丙烯膜或聚乙烯制备，膜上的第一通孔和第二通孔采用激光打孔制备。当然，也可以预先在化学制造工艺上进行设计，使得聚丙烯或聚乙烯-乙烯醇成膜状并于膜上形成疏松孔，这样就省去了后续激光开孔的步骤，制作也相对简单些。

优选的，在实际应用中，聚丙烯膜或聚乙烯多孔膜的微孔直径可以做成1um级或更大。这是因为，一般人体血液中最大的蛋白成分300nm的孔径就能完全通过，而肝细胞直径一般20-30um，这样的孔径设置工艺难度不大，而且对液体流动阻力更小，层层叠加也不至于液体流动压力过高。在体外肝细胞培养或血液净化的过程中，液体从上至下通过蜂窝载板9，向上开口的蜂窝孔因填充满肝细胞，流体阻力大，而反向开口的蜂窝孔上存在的第二通孔能为液体提供流过的空间，这样的液体通道减少了流体阻力和对肝细胞的剪切损伤。

具体的，为满足仿生结构设计的要求，所述蜂窝孔的孔径大小控制在0.8-1.2mm，高度控制在1-2mm，这是因为上述尺寸的蜂窝孔与正常肝脏肝小叶大小相近。

需要解释说明的是，在具体的设计中，每根透气中空纤维膜管11内径可以设置为300um，膜厚为50um，孔隙率为>80%。两层透气中空纤维膜管11按1.8mm的间距粘合叠加，透气中空纤维膜管11所支撑的蜂窝载板9厚度可以设置为1mm，其顶面距上一层透气中空纤维膜管间距0.4mm，透气中空纤维膜管厚约0.4mm。一般肝细胞大小孔径约20-30um，而成团的肝细胞直径亦不超过0.4mm，蜂窝载板9顶面与透气中空纤维膜管11间0.4mm的间距能保证肝细胞能顺利从两层之间穿过。这样的设置能在提供支撑的同时，不影响上开口的蜂窝孔底部的细胞与透气中空纤维膜管11下的组织液进行物质交换，也不影响血浆或培养基在从上至下灌流时通过反向开口蜂窝孔再通过透气中空纤维膜管11，进入下一层蜂窝载板9。

需要说明的是，以上仅仅为具体的设计实例，本申请实施例中的生物反应器7的两层蜂窝载板9间距、蜂窝孔大小以及反应器规模可根据实际应用放大或缩小。

在实际应用中，在液体入口12与最顶端的蜂窝载板9之间以及液体出口13与最底端的蜂窝载板9之间均设有细胞滤网18。在本申请实施例中，因在反应器外壳8中设置细胞滤网18，可以防止肝细胞及微球从反应器流出。

可以理解的是，细胞悬液入口16与细胞悬液出口17在反应器外壳8上相对设置，且细胞悬液入口16靠近反应器外壳8的顶部设置，细胞悬液出口17靠近反应器外壳8的底部设置。

在另一些实施例中，反应器外壳8采用生物相容性较好的透明的聚碳酸酯树脂或聚丙烯或聚乙烯制成，其生物相容性好，并且可以方便的观察反应器内情况。生物反应器7外壳可以设置为方形，亦可改为圆柱形以进一步减少循环死腔。

在具体的应用中，生物反应器7外壳包括中间筒体、顶盖和底盖，顶盖和底盖与中间筒体的连接处采用可拆卸设计；液体入口12设置在顶盖中间区域，液体出口13设置在底盖中间区域，顶盖及底盖均内衬细胞滤网18，气体入口14和气体出口15对向设置在中间筒体相对的两侧壁上。

参见图7，本申请实施例另一方面提供的人工肝支持系统，包括上述申请实施例中的生物型人工肝净化循环单元A和血浆分离回输循环单元B。其中，血浆分离回输循环单元B包括血泵19、血浆分离器20、血浆分离泵21和返浆泵22，血泵19、血浆分离器20、血浆分离泵21、血浆储存袋1和返浆泵22通过管路顺次连接，肝素泵23连接在血泵19与血浆分离器20之间的管路上，血浆分离泵21与血浆分离器20的血浆出口相连，返浆泵22与血浆分离器20的血液返回管路相连。

在本申请实施例中，将血浆置换与吸附、透析等非生物血液净化手段与生物反应器7结合，在解毒基础添加了生物转换和合成功能，充分发挥各种手段的净化优势。在生物人工肝净化循环部分中，血浆进入生物反应前先经过高通量血液滤过柱与活性炭、树脂吸附柱，能初步清除血浆中小分子水溶性毒素及蛋白结合毒素，减轻肝衰竭血浆对体外肝细胞的毒性作用，保证生物反应器7能更持久的发挥功能。因为生物反应器7的生物合成和转换功能的加入，也能有效减少临床对于新鲜血浆的用量需求。

在本申请实施例中，因采用了上述实施例中的生物型人工肝净化循环单元，因此本申请实施例中的人工肝支持系统也具有对应的优点，在此不再详细复述。

在实际应用中，血浆储存袋1可以采用普通的单腔血浆储存袋1，其上下各设置两个开口。其上端一开口通过血浆分离泵21与血浆分离器20的血浆出口连接，另一开口与生物反应器7的出液口连接；其下端一开口通过返浆泵22与血浆分离器20的血液返回管路连接，另一开口与加热器连通。通过血浆储存袋1储存血浆提供缓冲，可使生物型人工肝净化循环以数倍甚至数十倍于血浆分离的速度运行。当然血浆储存袋1也可以采用专利CN203280813U中的内外双腔结构。

具体的，高通量滤过器4的血浆液出口端并联有基础血液置换液供给器。本系统所用连接管路，可采用医用PVC制成，较优方案为泵管内径6.5mm，外径10.0mm。

上述实施例生物型人工肝支持系统的工作过程如下：使用专用生物人工肝治疗设备进行操作，采用血泵19从肝衰竭人体或实验动物体内引出血液，体外引血流速100-120ml/min，进入旭化成OP-08W血浆分离器20，分离血液中的成分血浆，并用新鲜血浆进行的血浆置换治疗，分离置换速度为20mL/min，先进行半小时左右，完成500ml左右的血浆置换量。在血浆置换过程中，分离的废弃血浆从血浆分离器20的血浆出口经血浆分离泵21进入血浆储存袋1，整个过程收集500ml肝衰竭血浆。

收集完血浆后运行生物人工肝净化循环，血浆从储存袋下端出口以200ml/min的流速进入净化单元，顺次通过管路加温器2、高通量滤过器4、中性树脂吸附器5、溶氧-PH监测器6和生物反应器7。进行高速血浆净化。

其中，管路加温器2能将管路中血浆温度加热到生物反应最适合的36-38℃。

AEF-10高通量血滤器两端并联有基础血液置换液供给器，可以50ml/min的速度供应基础血液置换液，进行高通量血滤，可通过调节置换液的溶质浓度，在有效清除中小分子量血浆毒素的同时，能纠正血浆置换带来的血浆中血钙降低、枸橼酸浓度升高等问题，也能帮助维持后续生物反应器7中进行肝细胞生物反应所需的水电解质及酸碱平衡。

中性树脂吸附器5可采用适用于肝病治疗的HA330-II吸附柱，它能有效清除白蛋白结合毒素及大量的肝衰竭炎性介质等，这样使得在进行生物处理前血浆得到初步净化，从而减轻血浆对反应器内肝细胞的毒性。

溶氧-PH监测器6能为整个反应系统提供血浆溶解氧和血浆pH值监测，为生物反应器7中氧流量供应速度参数及血滤置换液参数调整提供参考。

血浆从反应器顶部的液体入口自上而下的进入反应器内，通过蜂窝载板9，与蜂窝孔中的微球状肝细胞充分进行物质交换，再反复逐层通过透气中空纤维膜管11网、蜂窝载板9，交替完成氧合并充分与载板内微球状肝细胞进行物质交换，完成生物合成及净化后，通过底层的细胞滤网18，从液体出口流出，返回血浆储存袋1。

在工作过程中，将整个生物型人工肝净化循环单元放置于保温作用的恒温培养箱中，能为生物反应器7中进行肝细胞生物反应提供适合的条件。

生物净化后的血浆进入血浆储存袋1储存，储存袋中经生物净化的能替代新鲜血浆，以20ml/min的速度经返浆泵22完成置换回输。因为储浆袋所提供的缓冲，可形成血浆分离回输循环单元与生物人工肝净化循环单元之间数倍甚至数十倍的血浆流速差，以生物人工肝净化循环200ml/min的血浆流速计算，10倍的流速比使得每毫升废弃血浆至少经过10次净化循环后才经内腔回输人体，多次循环的生物净化使得本系统内净化效率极大的提高。

这样的话，上述生物型人工肝支持系统在运行时，以生物反应器7为核心，血浆储存袋1为连接枢纽，使得血浆置换与血浆吸附滤过、生物净化以并联的形式连接，既能最大利用生物反应器7发挥生物合成与生物转化功能，又能有效的与其它非生物手段进行联合，取长补短，充分发挥各自不同的净化功能，更好的实现体外肝功能替代这一目的。

另外，采用生物反应器7或生物人工肝净化循环部用于体外肝细胞三维培养过程如下：

（1）四部灌流法获取原代肝细胞，制备10⁶-10⁷ cells/mL细胞悬液，接种于T-75平板，平板置于摇臂平台，0.125HZ低频震荡3维培养，制备微球状肝细胞，接种后24小时孔径小于400微米。或使用海藻酸-壳聚糖包裹原代肝细胞，制成肝细胞微球；

（2）关闭反应器液体出口13、细胞悬液出口17，从生物反应器7的细胞悬液入口16将微球状肝细胞悬液注入反应器内，直至有液体成分从反应器顶部液体入口12溢出为止，打开细胞悬液出口17，关闭顶部液体入口12，循环灌注肝细胞悬液，在液体流动过程中，微球状肝细胞平行于透气中空纤维膜管4网平面进入两层蜂窝载板9间的间隙，因流体冲击和细胞沉降，只有沉入第一蜂窝孔901内才能固定下来，其余细胞将跟随液体继续前进流动，直至悬液中微球状肝细胞完全沉降至后续的第一蜂窝孔901内，填充满整个生物反应器7；

（3）将血浆储存袋1、管路加温器2、血浆循环泵3以及人工肝用生物反应器7串联，连成肝细胞培养循环通路；

（4）血浆储存袋1填充组织培养液，打开氧气入口和氧气出口，使用氧气和二氧化碳的混合气体开始为生物反应器7供氧；

（5）新鲜的培养基从生物反应器7的液体入口12流入，充分完成生物净化后从液体出口13流出；反应器运行过程中即便出现单层蜂窝载板9蜂内肝细胞破碎或者蜂窝孔破裂，破碎成分也会被其下层蜂窝载板9阻拦；

（6）将反应器按图6中生物人工肝净化循环单元所示连接入净化循环，进行体外三维肝细胞培养，反应器中肝细胞代谢废弃物及相关毒素（胆红素、血氨、尿素等）经过高通量血滤及中性树脂得以清除；

（7）培养合适时间后，待肝细胞增殖至所需细胞量，更换组织培养液为生理盐水进行预充后，可以按图6所示连接组合成生物人工肝支持系统。

上述实施例仅仅是清楚地说明本发明所作的举例，而非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里也无需也无法对所有的实施例予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

Claims (9)

1.生物型人工肝净化循环单元，其特征在于:包括通过循环管路顺次连接的血浆储存袋、管路加温器、血浆循环泵、高通量滤过器、中性树脂吸附器、溶氧-PH监测器以及生物反应器；所述生物反应器包括反应器外壳和用于肝细胞体外培养的蜂窝载板，所述蜂窝载板上的蜂窝孔分为第一蜂窝孔和第二蜂窝孔；其中，

所述第一蜂窝孔顶端开口，底端封闭，用于容置肝细胞；

所述第二蜂窝孔顶端封闭或开口，底端开口，用于充入液体；

每个蜂窝孔的各个蜂窝壁上均布有第一通孔；

所述第一蜂窝孔和第二蜂窝孔的封闭端上均布有第二通孔；

所述第一通孔和第二通孔的孔径均小于肝细胞的直径；

每个所述第二蜂窝孔均与相邻的六个所述第一蜂窝孔共边设置；

每个所述第一蜂窝孔均与相邻且交替分布的三个所述第一蜂窝孔和三个所述第二蜂窝孔共边设置。

2.根据权利要求1所述的生物型人工肝净化循环单元，其特征在于：第一通孔和所述第二通孔的孔径大于等于300nm，所述蜂窝壁的壁厚控制在50um-100um。

3.根据权利要求1所述的生物型人工肝净化循环单元，其特征在于：所述蜂窝孔的孔径大小为0.8-1.2mm，高度为1-2mm。

4.根据权利要求1所述的生物型人工肝净化循环单元，其特征在于：所述蜂窝载板采用生物相容性好的聚丙烯或聚乙烯-乙烯醇制作。

5.根据权利要求1-4任一项所述的生物型人工肝净化循环单元，其特征在于:

若干所述蜂窝载板纵向间隔叠加设置在所述反应器外壳中；

任意相邻的两所述蜂窝载板之间均形成有细胞悬液灌流通道；

所述细胞悬液灌流通道中设有透气中空纤维膜管；

所述反应器外壳的顶端和底端分别设有与其内腔连通的液体入口和液体出口；

所述反应器外壳的侧壁对向设有气体入口和气体出口，所述透气中空纤维膜管的两端分别与所述气体入口和气体出口连通；

所述反应器外壳的侧壁上还设有与所述细胞悬液灌流通道连通的细胞悬液入口和细胞悬液出口。

6.根据权利要求5所述的生物型人工肝净化循环单元，其特征在于：所述液体入口与最顶端的所述蜂窝载板之间以及所述液体出口与最底端的所述蜂窝载板之间均设有细胞滤网。

7.根据权利要求5所述的生物型人工肝净化循环单元，其特征在于：所述蜂窝载板通过水平并排间隔设置的多根所述透气中空纤维膜管支撑设置于所述反应器外壳中。

8.根据权利要求5所述的生物型人工肝净化循环单元，其特征在于：所述细胞悬液入口与细胞悬液出口在所述反应器外壳上相对设置，且所述细胞悬液入口靠近所述反应器外壳的顶部设置，所述细胞悬液出口靠近所述反应器外壳的底部设置。

9.人工肝支持系统，其特征在于：包括权利要求1-8任一项所述的生物型人工肝净化循环单元和血浆分离回输循环单元；

所述血浆分离回输循环单元包括血泵、血浆分离器、血浆分离泵和返浆泵，所述血泵、血浆分离器、血浆分离泵、血浆储存袋和返浆泵通过管路顺次连接；

肝素泵连接在所述血泵与所述血浆分离器之间的管路上；

所述血浆分离泵与所述血浆分离器的血浆出口相连；

所述返浆泵与所述血浆分离器的血液返回管路相连。

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