CN115491305B - 一种组织工程血管培养器、培养装置及系统 - Google Patents

Abstract

本申请涉及生物组织工程技术领域，具体而言，涉及一种组织工程血管培养器、培养装置及系统，该培养装置包括培养管、第一密封盖、第二密封盖和脉动管道，第一密封盖和第二密封盖分别设置在培养管两端，脉动管道设置在培养管内，脉动管道包括设于培养管内腔中部的弹性软管，弹性软管的外表面设置有支架，第一密封盖具有连通培养管内腔的进液口，第二密封盖具有连通培养管内腔的出液口，在进液口和弹性软管之间的脉动管道上设置有第一多孔整流器以及分流器，第一多孔整流器位于分流器靠近进液口的一侧，培养基通过第一多孔整流器和分流器后即可使作用在支架上所产生的剪切应力平稳，并通过控制从进液口进入的培养基的流量即可控制剪切应力的大小。

Description

一种组织工程血管培养器、培养装置及系统

技术领域

本申请涉及生物组织工程技术领域，具体而言，涉及一种组织工程血管培养器、培养装置及系统。

背景技术

目前在体外构建组织工程血管时，需要人为施加适宜的力学刺激以在体外模拟血管的流体力学环境，构建成能自我分泌细胞外基质、具有一定力学强度、能够自我重构的功能完整的组织工程血管，这个过程一般通过生物反应器来实现。

生理条件下，血管外壁通常会受到两种力，一种是沿血管周径分布的由血流压力形成的环状张力，另一种是平行于血管长轴的血流对血管内表面造成的剪切应力，因此现有的组织工程血管生物反应器技术主要围绕以上两种应力进行设计以提供相应的力学刺激，而在一般的组织工程血管生物反应器中，血管周围的流场环境并非生理条件下的层流，血管各处受到的剪切应力大小不一致，因而无法使血管各处受到的剪切应力均匀。

针对上述问题，目前尚未有有效的技术解决方案。

发明内容

本申请的目的在于提供一种组织工程血管培养器、培养装置及系统，旨在解决培养组织工程血管过程中无法精确控制剪切应力的问题。

第一方面，本申请提供了一种组织工程血管培养装置，用于体外培养组织工程血管，包括培养管、第一密封盖、第二密封盖和脉动管道，第一密封盖和第二密封盖分别设置在培养管两端，脉动管道设置在培养管内，脉动管道包括设于培养管内腔中部的弹性软管，弹性软管的外表面设置有支架，第一密封盖具有连通培养管内腔的进液口，第二密封盖具有连通培养管内腔的出液口，在进液口和弹性软管之间的脉动管道上设置有第一多孔整流器以及分流器，第一多孔整流器位于分流器靠近进液口的一侧。

本申请提供的组织工程血管培养装置，在培养管内设置脉动管道，脉动管道上设置有弹性软管以及弹性软管外的支架，通过弹性软管产生脉动模拟血管脉动的效果，同时在培养管内还依次设置有第一多孔整流器和分流器，培养基在通过进液口进入培养管内后，先通过第一多孔整流器被分散为多个分流，使流体流动更平缓均匀，随后培养基在经过分流器后保持在靠近支架处平稳流动，培养基作用于支架从而使支架受到均匀的剪切应力，通过对培养基的流量的控制即可实现剪切应力的调控。

可选地，本申请提供的一种组织工程血管培养装置，第一多孔整流器上分布有多个通孔，多个通孔沿培养管的延伸方向贯穿第一多孔整流器，多个通孔呈多重圆周分布在第一多孔整流器上。

本申请通过将多个通孔呈多重圆周分布在第一多孔整流器上，使培养基在穿过第一多孔整流器后的流道均匀分布在培养管内。

可选地，本申请提供的一种组织工程血管培养装置，脉动管道还包括：脉动输入管和脉动输出管，脉动输入管靠近弹性软管的一端设置有第一连接管，脉动输出管靠近弹性软管的一端设置有第二连接管，弹性软管的两端分别通过第一连接管和第二连接管安装在培养管内。

本申请通过设置第一连接管和第二连接管将弹性软管安装在培养管内。

可选地，本申请提供的一种组织工程血管培养装置，分流器与脉动输入管为一体式结构。

本申请通过将分流器和脉动输入管设置为一体式结构减少分流器和脉动输入管之间的间隙，使流道更平稳。

可选地，本申请提供的一种组织工程血管培养装置，脉动输入管与脉动输出管的最短距离与弹性软管的长度之比为1.1:1-1.3:1。

可选地，本申请提供的一种组织工程血管培养装置，第一多孔整流器外周与培养管内壁之间具有间隙，第一多孔整流器的外周设置有密封圈，密封圈与培养管的内壁相抵。

可选地，本申请提供的一种组织工程血管培养装置，分流器包括平滑过渡的分流段和导流段，分流段呈圆台状，导流段呈圆柱状。

本申请提出的组织工程血管培养装置，在培养管内设置脉动管道，脉动管道上设置有弹性软管以及弹性软管外的支架，通过弹性软管产生脉动模拟血管脉动的效果，同时在培养管内还依次设置有第一多孔整流器和分流器，培养基在通过进液口进入培养管内后，先通过第一多孔整流器被分散为多个分流，使流体流动更平缓均匀，随后培养基在经过分流器后保持在靠近支架处平稳流动，培养基作用于支架从而使支架受到均匀的剪切应力，通过对培养基的流量的控制即可实现剪切应力的调控。

第二方面，本申请还提供了一种组织工程血管培养器，包括：组织工程血管培养装置，包括培养管、第一密封盖、第二密封盖和脉动管道，第一密封盖和第二密封盖分别设置在培养管两端，脉动管道设置在培养管内，脉动管道包括设于培养管内腔中部的弹性软管，弹性软管的外表面设置有支架，第一密封盖具有连通培养管内腔的进液口，第二密封盖具有连通培养管内腔的出液口，在进液口和弹性软管之间的脉动管道上设置有第一多孔整流器以及分流器，第一多孔整流器位于分流器靠近进液口的一侧；

组织工程血管培养器还包括：

脉动泵，脉动泵通过脉动流道与脉动管道的入口连接；

灌流泵，灌流泵通过灌流流道与进液口连接。

本申请提供的组织工程血管培养器，在培养管内设置脉动管道，脉动泵通过脉动流道与脉动管道连接，脉动管道上设置有弹性软管以及弹性软管外的支架，通过设置脉动泵的工作频率使脉动液在通过弹性软管时产生脉动，使弹性软管产生周期性形变以模拟血管脉动的效果，同时在培养管内还依次设置有第一多孔整流器和分流器，灌流泵通过灌流流道与进液口连接，培养基通过灌流泵从进液口进入培养管内后，先通过第一多孔整流器被分散为多个分流，使流体流动更平缓均匀，随后培养基经过分流器后保持在靠近支架处平稳流动，从而对支架产生平稳的剪切应力，通过控制灌流泵的输出功率可对灌流流道内的培养基的流量进行控制，从而可实现剪切应力大小的调控。

可选地，本申请提供的一种组织工程血管培养器，脉动流道上设置有单向阀。

本申请通过在脉动流道上设置单向阀，防止脉动液在脉动流道内产生负压时倒流，影响脉动的稳定性。

第三方面，本申请还提供了一种组织工程血管培养系统，包括组织工程血管培养装置，组织工程血管培养装置包括培养管、第一密封盖、第二密封盖和脉动管道，第一密封盖和第二密封盖分别设置在培养管两端，脉动管道设置在培养管内，脉动管道包括设于培养管内腔中部的弹性软管，弹性软管的外表面设置有支架，第一密封盖具有连通培养管内腔的进液口，第二密封盖具有连通培养管内腔的出液口，在进液口和弹性软管之间的脉动管道上设置有第一多孔整流器以及分流器，第一多孔整流器位于分流器靠近进液口的一侧；

脉动调节系统，脉动调节系统包括脉动泵、脉动流道以及压力传感器，脉动泵通过脉动流道与脉动管道首尾连接，压力传感器设置在脉动流道上；

灌流调节系统，灌流调节系统包括灌流泵、灌流流道以及流量传感器，灌流泵的两端通过灌流流道分别与进液口和出液口连接，流量传感器设置在灌流流道上；

控制器，控制器与流量传感器和压力传感器电性连接，控制器用于通过压力传感器获取脉动流道内的压力信息，控制器用于根据脉动流道内的压力信息调节脉动泵的输出功率以及频率，使弹性软管具有目的脉动波形；

控制器用于通过流量传感器获取灌流流道内培养基的流量信息，控制器用于根据灌流流道内培养基的流量信息控制灌流泵的输出功率，使灌流流道中培养基的流量调节至预设流量值。

本申请提供的组织工程血管培养系统，培养管内设置有脉动管道，脉动调节系统中的脉动泵通过脉动流道与脉动管道连接，脉动管道上设置有弹性软管以及弹性软管外的支架，通过设置脉动泵的工作频率使脉动液在通过弹性软管时产生脉动，同时脉动流道上还设置有可获得脉动流道内压力信息的压力传感器，并可根据压力传感器获得的压力信息控制脉动泵调节输出功率及频率，使弹性软管产生周期性形变以模拟血管脉动的效果，同时在培养管内还依次设置有第一多孔整流器和分流器，灌流调节系统中的灌流泵通过灌流流道与进液口连接，灌流泵将培养基通过灌流流道和进液口进入培养管内后，先通过第一多孔整流器被分散为多个分流，使流体流动更平缓均匀，随后培养基在经过分流器后保持在靠近支架处平稳流动，培养基作用于支架从而使支架受到均匀的剪切应力，且在脉动液周期性流过弹性软管时，弹性软管将收缩或舒张，在弹性软管收缩时，弹性软管外的支架受到的剪切应力减小，而在弹性软管舒张时，弹性软管外的支架受到的剪切应力增大，灌流流道上还设置有用于获取灌流流道内培养基的流量信息的流量传感器，通过流量传感器获得的培养基的流量信息可对灌流泵的输出功率进行调整，直到使灌流流道中培养基的流量调节至预设流量值，进而实现剪切应力的准确调控。

由上可知，本申请提出的一种组织工程血管培养器、培养装置及系统，该培养装置在培养管内设置脉动管道，脉动管道上设置有弹性软管以及弹性软管外的支架，通过弹性软管产生脉动模拟血管脉动的效果，同时在培养管内还依次设置有第一多孔整流器和分流器，培养基在通过进液口进入培养管内后，先通过第一多孔整流器被分散为多个分流，使流体流动更平缓均匀，随后培养基在经过分流器后保持在靠近支架处平稳流动，培养基作用于支架从而使支架受到均匀的剪切应力，且在脉动液周期性流过弹性软管时，弹性软管将收缩或舒张，在弹性软管收缩时，弹性软管外的支架受到的剪切应力减小，而在弹性软管舒张时，弹性软管外的支架受到的剪切应力增大，通过对培养基的流量的控制即可实现剪切应力的调控。

本申请的其他特征和优点将在随后的说明书阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本申请了解。本申请的目的和其他优点可通过在所写的说明书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

图1为本申请实施例提供的一种组织工程血管培养装置的结构示意图。

图2为本申请实施例提供的第一多孔整流器的结构示意图。

图3为本申请实施例提供的分流器的结构示意图。

图4为本申请实施例提供的一种组织工程血管培养器的结构示意图。

图5为本申请实施例提供的一种组织工程血管培养系统的结构示意图。

标号说明：1、组织工程血管培养装置；11、脉动输入管；12、脉动输出管；13、第二连接管；2、紧固螺帽；3、第一密封盖；31、进液口；4、培养管；5、第二密封盖；51、出液口；6、第一多孔整流器；61、通孔；7、分流器；71、第一连接管；72、分流段；73、导流段；8、弹性软管；9、支架；10、第二多孔整流器；15、脉动泵；16、脉动流道；17、灌流泵；18、灌流流道；19、压力传感器；20、流量传感器；21、单向阀；22、控制器；23、脉动液储罐；24、培养基储罐。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

第一方面，参考图1，图1为本申请提供的一种组织工程血管培养装置的结构示意图，图1所示的组织工程血管培养装置，用于体外培养组织工程血管，包括培养管4、第一密封盖3、第二密封盖5和脉动管道，第一密封盖3和第二密封盖5分别设置在培养管4两端，脉动管道设置在培养管4内，脉动管道包括设于培养管4内腔中部的弹性软管8，弹性软管8的外表面设置有支架9，第一密封盖3具有连通培养管4内腔的进液口31，第二密封盖5具有连通培养管4内腔的出液口51，在进液口31和弹性软管8之间的脉动管道上设置有第一多孔整流器6以及分流器7，第一多孔整流器6位于分流器7靠近进液口31的一侧。

具体地，在进行组织工程血管培养时，为了使培养的组织工程血管效果更好，需要模拟体内环境，使组织工程血管在近似于体内环境下进行培养，具体地，本申请在培养管4中设置脉动管道，脉动管道穿过培养管4的两端，脉动管道包括设置在培养管4内腔中部的弹性软管8，以及设置在弹性软管8外表面的支架9，该支架9为管状多孔的三维结构，适合细胞生长，在本实施例中，支架9相当于体内的血管，血管在体内环境中会受到脉动作用力而进行收缩和舒张，因此在本实施例中，将支架9套在弹性软管8上，周期流动的脉动液流经弹性软管8时会使弹性软管8产生周期性的形变，进而得到脉动的效果，使支架9收缩或舒张。

进一步地，在模拟体内环境进行组织工程血管培养时，支架9需要模拟在接近体内的液体环境中受到剪切应力的效果，因此，在本实施例中，第一密封盖3上设置有进液口31，第二密封盖5上设置有出液口51，培养基通过进液口31进入培养管4中，经过脉动管道上的第一多孔整流器6，使培养基在穿过第一多孔整流器6后得到多个培养基分流，培养基从每个通孔61流出的流量相同，从而使穿过第一多孔整流器后的培养基流动更稳定均匀，随后培养基在经过分流器7时沿分流器7的形状扩散并保持在靠近支架9处平稳流动形成环形流场，而培养基在支架9的附近产生近似层流的效果，在培养管4内壁附近流动的培养基作用于支架9从而使支架9受到均匀的剪切应力，该剪切应力的方向与培养基的流动方向相同，进一步地，通过设计培养管4的长度以及支架9距离培养管4内壁之间的距离可实现支架9受到的剪切应力的均质化，优选地，在本实施例中，培养管4的长度和支架9与培养管4内壁之间的距离的比值为5:1。

优选地，第一密封盖3和第二密封盖5外设置有紧固螺帽2，脉动管道两端设置有螺纹，紧固螺帽2通过与脉动管道螺纹连接，将第一密封盖3、第二密封盖5与培养管4紧固连接，提高密封效果，防止培养基从培养管4两端漏出，此外，第一密封盖3与第二密封盖5内设置有橡胶密封圈，进一步提高密封效果。

本申请实施例中的组织工程血管培养装置，培养管4内设置脉动管道，脉动管道上设置有弹性软管8以及套接在弹性软管8外的支架9，本申请通过将周期流动的脉动液流经弹性软管8时会使弹性软管8产生周期性收缩或舒张的形变，从而模拟血管的脉动效果，同时在培养管4内还依次设置有第一多孔整流器6和分流器7，培养基在通过进液口31进入培养管4内后，先通过第一多孔整流器6被分散为多个分流，使培养基流动更平缓均匀，随后培养基在经过分流器7时沿分流器7的形状扩散并保持在靠近支架9处平稳流动，培养基作用于支架9从而使支架9受到均匀的剪切应力，且在脉动液周期性流过弹性软管8时，弹性软管8将收缩或舒张，在弹性软管8收缩时，弹性软管8外的支架9受到的剪切应力减小，而在弹性软管8舒张时，弹性软管8外的支架9受到的剪切应力增大，同时通过控制培养基的流量即可控制支架9受到的剪切应力。

在一些优选的实施方式中，第一多孔整流器6上分布有多个通孔61，多个通孔61沿培养管4的延伸方向贯穿第一多孔整流器6，多个通孔61呈多重圆周分布在第一多孔整流器6上。

在本实施例中，如图2所示，图2为本申请实施例提供的第一多孔整流器6的结构示意图，该第一多孔整流器6呈圆柱状，第一多孔整流器6中心开有安装孔，第一多孔整流器6通过安装孔固定安装在脉动管道的外表面，从而固定第一多孔整流器6的位置，防止第一多孔整流器6在脉动管道上滑动或转动，从而使培养基穿过第一多孔整流器6时的流量保持稳定均匀。

进一步地，第一多孔整流器6上具有多个通孔61，可选地，多个通孔61等距阵列分布在第一多孔整流器6上，由于培养管4的内腔为圆柱状，弹性软管8与支架9设置在培养管4的轴线上，为使支架9受到的剪切应力尽可能均匀，优选地，多个通孔61呈多重圆周分布在第一多孔整流器6上，每一重圆周为同心圆，且该圆心位于安装孔的轴线上，从而可使从第一多孔整流器6流出的培养基作用于支架9上任何区域使支架9受到的剪切应力大小相等或相近，即使支架9上各处受到的剪切应力均匀。

优选地，在培养基流经支架9后需要从出液口51排出，而在培养基流向出液口51时，培养管4内的流场可能会被破坏，因此，在本实施例中，参照图1，在支架9与出液口51之间设置第二多孔整流器10，培养基在流经第二多孔整流器10后均匀地从出液口51排出，而不会影响支架9附近的流场，从而进一步保证了支架9受到的剪切应力的均匀性。

在一些优选的实施方式中，脉动管道还包括：脉动输入管11和脉动输出管12，脉动输入管11靠近弹性软管8的一端设置有第一连接管71，脉动输出管12靠近弹性软管8的一端设置有第二连接管13，弹性软管8的两端分别通过第一连接管71和第二连接管13安装在培养管4内。

具体地，在本实施例中，将脉动管道分为三段，依次为脉动输入管11、弹性软管8以及脉动输出管12，弹性软管8用于产生脉动的效果，在脉动输入管11靠近弹性软管8的一端设置第一连接管71，脉动输出管12靠近弹性软管8的一端设置第二连接管13，弹性软管8的两端分别套接在第一连接管71和第二连接管13上。

在一些优选的实施方式中，分流器7与脉动输入管11为一体式结构。

在一些实施方式中，分流器7与脉动输入管11为可拆卸形式，具体地，可以为套接形式或螺纹连接形式，然而当分流器7与脉动输入管11组装后，在组装处会产生间隙，该间隙可能会影响培养基从第一多孔整流器6流出后分流的均匀性，具体地，培养基在流经间隙时，会产生各个方向上的分力，从而阻碍培养基的流动或改变培养基的流动方向，进而影响培养基流动的均匀性，因此，优选地，在本实施例中，参照图3，图3为本申请实施例提供的分流器7的结构示意图，将分流器7与脉动输入管11设置为一体式结构，避免培养基在培养管4内流动时产生各个方向上的分力而影响培养基的流动稳定性。

在一些优选的实施方式中，脉动输入管11与脉动输出管12的最短距离与弹性软管8的长度之比为1.1:1-1.3:1。

具体地，在本实施例中，由于培养基在周期性流过弹性软管8时弹性软管8会收缩或舒张，弹性软管8的长度会随着收缩或舒张发生变化，若弹性软管8的两端与脉动输入管和脉动输出管相抵，则当弹性软管8收缩时，脉动输入管和脉动输出管会阻碍弹性软管拉长，从而阻碍弹性软管8收缩，进而影响产生脉动的效果，因此，在本实施例中，设计脉动输出管12与脉动输入管11的最短距离与弹性软管8的长度之比为1.1：1-1.3:1，优选地，在本实施例中，脉动输入管11与脉动输出管12的最短距离与弹性软管8的长度之比为1.2:1。

进一步地，在本实施例中，还需要考虑第一连接管71与第二连接管13的最短距离与弹性软管8的长度的关系，若第一连接管71与第二连接管13的最短距离与弹性软管8的长度相近，则第一连接管71与第二连接管13难以支撑弹性软管8，在弹性软管8舒张的时候可能会脱落，若第一连接管71与第二连接管13太长可能会影响弹性软管8的收缩与舒张，进而影响脉动的效果，因此，在本实施例中设置第一连接管71与第二连接管13的最短距离与弹性软管8的长度之比为1:1.2。

在一些优选的实施方式中，第一多孔整流器6外周与培养管4内壁之间具有间隙，第一多孔整流器6的外周设置有密封圈，密封圈与培养管4的内壁相抵。

具体地，在本实施例中，第一多孔整流器6与培养管4内腔的截面均为圆形，为确保从第一多孔整流器6流出的培养基均匀流过分流器7，第一多孔整流器6的中轴线与培养管4的中轴线重合，此外，为了便于将第一多孔整流器6从培养管4内取出，本申请设计第一多孔整流器6与培养管4内壁之间存在间隙，进一步地，当第一多孔整流器6与培养管4内壁之间存在间隙，则有部分培养基将从缝隙中流过而不经过第一多孔整流器6中的通孔61，从而导致整流效果降低，因此，在本实施例中，第一多孔整流器6的外周设置有密封圈（未在图中标出），该密封圈与培养管4的内壁相抵，从而将缝隙堵住实现密封，从而使得培养基全部从第一多孔整流器6中的通孔61流出，在一些实施例中，由于通孔61孔径较小，且培养基仅通过通孔61流出，则可能出现培养管4内负压较大的情况，可能造成培养管4破裂，因此，在本实施例中，密封圈选用柔软度较好的橡胶圈，当培养管4内压力过大，会将橡胶圈压至形变，使部分培养基可从橡胶圈与培养管4内壁之间的间隙流过从而实现泄压，防止培养管4破裂。

在一些优选的实施方式中，分流器7包括平滑过渡的分流段72和导流段73，分流段72呈圆台状，导流段73呈圆柱状。

具体地，如图3所示，图3为本申请实施例提供的分流器7的结构示意图，在本实施例中，分流器7中的分流段72呈圆台状，从第一多孔整流器6流出的培养基在流经分流段72时，培养基沿分流段72结构流向培养管4的内周壁，随后在分流段72末端平滑连接导流段73，该导流段73呈圆柱状，培养基从分流段72流出后分流集中靠近培养管4的内壁，随后培养基在经过导流段73后将保持从分流段72流出时的流动状态，使培养基经过分流器7后保持在靠近支架9处平稳流动，而在弹性软管8附近的培养基则产生均匀的类似层流的液体，具体地，层流是流体的一种流动状态，在培养管4中，靠近弹性软管8处的层流流速较快，靠近培养管4的内壁处的层流的流速较慢。

可选地，在一些实施例中，分流段72的横截面为等腰梯形状，而在培养基流经分流段72时，为提高分流的稳定性，在本实施例中，优选地，分流段72的头部和尾部通过平滑曲面连接，使培养基在离开分流段72后流速和流向趋于稳定，从而更平滑地流经导流段73。

本实施例提出的组织工程血管培养装置，在培养管4内设置脉动管道，脉动管道上设置有弹性软管8以及套接在弹性软管8外的支架9，本申请通过将周期流动的脉动液流经弹性软管8时会使弹性软管8产生周期性收缩或舒张的形变，从而模拟血管的脉动效果，同时在培养管4内还依次设置有第一多孔整流器6和分流器7，培养基在通过进液口31进入培养管4内后，先通过第一多孔整流器6被分散为多个分流，使培养基流动更平缓均匀，随后培养基在经过分流器7时沿分流器7的形状扩散并保持在靠近支架9处平稳流动，培养基作用于支架9从而使支架9受到均匀的剪切应力，且在脉动液周期性流过弹性软管8时，弹性软管8将收缩或舒张，在弹性软管8收缩时，弹性软管8外的支架9受到的剪切应力减小，而在弹性软管8舒张时，弹性软管8外的支架9受到的剪切应力增大，本申请通过控制培养基的流量即可控制培养基对支架9产生的剪切应力。

第二方面，参考图4，图4为本申请提供的一种组织工程血管培养器的结构示意图，图4所示的组织工程血管培养器包括：

组织工程血管培养装置，包括培养管4、第一密封盖3、第二密封盖5和脉动管道，第一密封盖3和第二密封盖5分别设置在培养管4两端，脉动管道设置在培养管4内，脉动管道包括设于培养管4内腔中部的弹性软管8，弹性软管8的外表面设置有支架9，第一密封盖3具有连通培养管4内腔的进液口31，第二密封盖5具有连通培养管4内腔的出液口51，在进液口31和弹性软管8之间的脉动管道上设置有第一多孔整流器6以及分流器7，第一多孔整流器6位于分流器7靠近进液口31的一侧；

组织工程血管培养器还包括：

脉动泵15，脉动泵15通过脉动流道16与脉动管道的入口连接；

灌流泵17，灌流泵17通过灌流流道18与进液口31连接。

可选地，脉动泵15和灌流泵17可选用蠕动泵、隔膜泵或注射泵等，在进行组织工程血管培养的过程中，由于支架9需产生对应波形的脉动，因此需要通过对脉动泵15的输出功率和频率进行频繁调整，优选地，在本实施例中，选用隔膜泵作为脉动泵15，脉动泵15从脉动液储罐23中抽取脉动液，脉动液通过脉动流道16进入脉动管道中，而灌流泵17的作用为将培养基从培养基储罐24中抽取，培养基通过灌流流道18进培养管4中，并在支架9受到的剪切应力超过预期范围时调整灌流泵17的输出功率，因此，灌流泵17可选用以上任一种类型的泵，优选地，在本实施例中，灌流泵17选用与脉动泵15相同的隔膜泵。

本实施例提出的组织工程血管培养器，在培养管4内设置脉动管道，脉动泵15通过脉动流道16与脉动管道连接，脉动管道上设置有弹性软管8以及弹性软管8外的支架9，通过设置脉动泵15的工作频率使脉动液在通过弹性软管8时产生脉动，使弹性软管8产生周期性形变以模拟血管脉动的效果，同时在培养管4内还依次设置有第一多孔整流器6和分流器7，灌流泵17通过灌流流道18与进液口31连接，培养基通过灌流泵17从进液口31进入培养管4内后，先通过第一多孔整流器6被分散为多个分流，使培养基流动更平缓均匀，随后培养基在经过分流器7时沿分流器7的形状扩散并保持在靠近支架9处平稳流动，培养基作用于支架9从而使支架9受到均匀的剪切应力，且在脉动液周期性流过弹性软管8时，弹性软管8将收缩或舒张，在弹性软管8收缩时，弹性软管8外的支架9受到的剪切应力减小，而在弹性软管8舒张时，弹性软管8外的支架9受到的剪切应力增大，本申请通过控制培养基的流量即可控制培养基对支架9产生的剪切应力。

在一些优选的实施方式中，脉动流道16上设置有单向阀21。

具体地，在本申实施例中，由于脉动泵15为按照一定的频率波形进行工作，在脉动泵15改变频率进行工作时，脉动流道16中会产生负压，为防止脉动流道16中的脉动液由于负压而倒流，在本实施例中，需要在脉动流道16上增加一个单向阀21，以保证脉动液流动的单向性。

第三方面，参考图5，图5为本申请提供的一种组织工程血管培养系统的结构示意图，该组织工程血管培养系统，包括组织工程血管培养装置，组织工程血管培养装置包括培养管4、第一密封盖3、第二密封盖5和脉动管道，第一密封盖3和第二密封盖5分别设置在培养管4两端，脉动管道设置在培养管4内，脉动管道包括设于培养管4内腔中部的弹性软管8，弹性软管8的外表面设置有支架9，第一密封盖3具有连通培养管4内腔的进液口31，第二密封盖5具有连通培养管4内腔的出液口51，在进液口31和弹性软管8之间的脉动管道上设置有第一多孔整流器6以及分流器7，第一多孔整流器6位于分流器7靠近进液口31的一侧；

脉动调节系统，脉动调节系统包括脉动泵15、脉动流道16以及压力传感器19，脉动泵15通过脉动流道16与脉动管道首尾连接，压力传感器19设置在脉动流道16上；

灌流调节系统，灌流调节系统包括灌流泵17、灌流流道18和流量传感器20，灌流泵17的两端通过灌流流道18分别与进液口31和出液口51连接，流量传感器20设置在灌流流道18上；

控制器22，控制器22与压力传感器19和流量传感器20电性连接，控制器22用于通过压力传感器19获取脉动流道16内的压力信息，控制器22用于根据压力信息调节脉动泵15的输出功率以及频率，使弹性软管8具有目的脉动波形；

控制器22用于通过流量传感器20获取灌流流道18内培养基的流量信息，控制器22用于根据流量信息控制灌流泵17的输出功率，使灌流流道18中培养基的流量调节至预设流量值。

具体地，目的脉动波形为血管在体内的液体环境中脉动而产生的波形。

具体地，在本实施例中，控制器22用于获取压力传感器19所获取的脉动流道16中的压力信息，并根据脉动流道16中的压力信息对脉动泵15的输出功率进行调整，具体地，压力信息的大小会影响弹性软管8的脉动幅度，若压力信息较大，则脉动幅度较大，若压力信息较小，则脉动幅度较小，因此，若需要保证弹性软8的脉动效果在预期范围内，需要设置预设压力最大值和预设压力最小值，当压力信息超过预设压力最大值时，控制器22控制脉动泵15降低输出功率，当压力信息低于预设压力最小值时，控制器22控制脉动泵15增大输出功率；控制器22还用于获取流量传感器20所获取的灌流流道18中的流量信息，并根据灌流流道18中的流量信息对灌流泵17的输出功率进行调整，具体地，流量信息的大小会影响支架9受到的剪切应力的大小，若流量信息较大，则支架9受到的剪切应力较大，若流量信息较小，则支架9受到的剪切应力较小，因此，若需要支架9受到的剪切应力保持在稳定范围内，则需要设置预设流量最大值和预设流量最小值，当流量信息超过预设流量最大值时，控制器22控制灌流泵17降低输出功率，当流量信息低于预设流量最小值时，控制器22控制灌流泵17增大输出功率。

具体地，在本实施例中，为模拟血管在不同环境下的状态，需要对支架9的脉动以及支架9受到的剪切应力进行调整，在本实施例中，控制器22通过调整脉动泵15的输出功率大小即可控制弹性软管8的形变程度，控制器22通过调整脉动泵15的频率即可调整弹性软管8的脉动频率；控制器22通过调整灌流泵17的输出功率从而控制灌流流道18内的流量。

进一步地，在控制器22调节脉动泵15的输出功率时，弹性软管8产生的脉动幅度会随之变化，从而导致培养基作用于弹性软管8外的支架9所产生的剪切应力会随之发生变化，具体地，当支架9的舒张幅度大于预设舒张幅度时支架9受到的剪切应力将变大，当支架9的收缩幅度大于预设收缩幅度时，支架9受到的剪切应力将减小，因此，控制器22根据支架9的收缩和舒张的幅度对灌流泵17的输出功率进行调整，具体地，组织工程血管培养系统还包括可以测量支架9的外径的光学测距仪（图中未标出），具体地，光学测距仪分别测量到支架9的最高点和最低点的距离，通过计算得到支架9的外径信息，控制器22与光学测距仪电性连接，控制器22用于获取光学测距仪测得的支架9的外径信息，若需要将支架9受到的剪切应力保持在稳定范围内，需要设置预设舒张阈值和预设收缩阈值，具体地，控制器22根据实时获取的支架9的外径信息得到支架9的收缩幅度和舒张幅度，当舒张幅度大于预设舒张阈值，则控制器22控制灌流泵17降低输出功率，当收缩幅度大于预设收缩阈值，则控制器22控制灌流泵17增大输出功率。

本实施例提出的组织工程血管培养系统，培养管4内设置有脉动管道，脉动调节系统中的脉动泵15通过脉动流道16与脉动管道连接，脉动管道上设置有弹性软管8以及弹性软管8外的支架9，通过设置脉动泵15的工作频率使脉动液在通过弹性软管8时产生脉动，同时脉动流道16上还设置有可获得脉动流道16内压力信息的压力传感器19，并可根据压力传感器19获得的压力信息控制脉动泵15调节输出功率及频率，使弹性软管8产生周期性形变以模拟血管脉动的效果，同时在培养管4内还依次设置有第一多孔整流器6和分流器7，灌流调节系统中的灌流泵17通过灌流流道18与进液口31连接，灌流泵17将培养基通过灌流流道18和进液口31进入培养管4内后，先通过第一多孔整流器6被分散为多个分流，使流体流动更平缓均匀，随后培养基在经过分流器7时沿分流器7的形状扩散并保持在靠近支架9处平稳流动，培养基作用于支架9从而使支架9受到均匀的剪切应力，且在脉动液周期性流过弹性软管8时，弹性软管8将收缩或舒张，在弹性软管8收缩时，弹性软管8外的支架9受到的剪切应力减小，而在弹性软管8舒张时，弹性软管8外的支架9受到的剪切应力增大，灌流流道18上还设置有用于获取灌流流道18内培养基的流量信息的流量传感器20，通过流量传感器20获得的培养基的流量信息可对灌流泵17的输出功率进行调整，直到使灌流流道18中培养基的流量调节至预设流量值，进而实现剪切应力的准确调控。

由上可知，本申请提出的一种组织工程血管培养器、培养装置及系统，该培养装置在培养管4内设置脉动管道，脉动管道上设置有弹性软管8以及弹性软管8外的支架9，通过弹性软管8产生脉动模拟血管脉动的效果，同时在培养管4内还依次设置有第一多孔整流器6和分流器7，培养基在通过进液口31进入培养管4内后，先通过第一多孔整流器6被分散为多个分流，使流体流动更平缓均匀，随后培养基在经过分流器7时沿分流器7的形状扩散并保持在靠近支架9处平稳流动，培养基作用于支架9从而使支架9受到均匀的剪切应力，且在脉动液周期性流过弹性软管8时，弹性软管8将收缩或舒张，在弹性软管8收缩时，弹性软管8外的支架9受到的剪切应力减小，而在弹性软管8舒张时，弹性软管8外的支架9受到的剪切应力增大，通过对培养基的流量的控制即可实现剪切应力的调控。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

上文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，上文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外，本发明提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施方式”、“某些实施方式”、“示意性实施方式”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合所述实施方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施方式或示例中以合适的方式结合。

以上所述的仅是本发明的一些实施方式。对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种组织工程血管培养装置，用于体外培养组织工程血管，包括培养管（4）、第一密封盖（3）、第二密封盖（5）和脉动管道，所述第一密封盖（3）和所述第二密封盖（5）分别设置在所述培养管（4）两端，所述脉动管道设置在所述培养管（4）内，所述脉动管道包括设于所述培养管（4）内腔中部的弹性软管（8），所述弹性软管（8）的外表面设置有支架（9），其特征在于，所述第一密封盖（3）具有连通培养管（4）内腔的进液口（31），所述第二密封盖（5）具有连通培养管（4）内腔的出液口（51），在所述进液口（31）和所述弹性软管（8）之间的所述脉动管道上设置有第一多孔整流器（6）以及分流器（7），所述第一多孔整流器（6）位于所述分流器（7）靠近所述进液口（31）的一侧，所述分流器（7）包括平滑过渡的分流段（72）和导流段（73），所述分流段（72）呈圆台状，所述导流段（73）呈圆柱状。

2.根据权利要求1所述的一种组织工程血管培养装置，其特征在于，所述第一多孔整流器（6）上分布有多个通孔（61），多个所述通孔（61）沿培养管（4）的延伸方向贯穿所述第一多孔整流器（6），多个所述通孔（61）呈多重圆周分布在所述第一多孔整流器（6）上。

3.根据权利要求1所述的一种组织工程血管培养装置，其特征在于，所述脉动管道还包括：脉动输入管（11）和脉动输出管（12），所述脉动输入管（11）靠近所述弹性软管（8）的一端设置有第一连接管（71），所述脉动输出管（12）靠近所述弹性软管（8）的一端设置有第二连接管（13），所述弹性软管（8）的两端分别通过所述第一连接管（71）和所述第二连接管（13）安装在所述培养管（4）内。

4.根据权利要求3所述的一种组织工程血管培养装置，其特征在于，所述分流器（7）与所述脉动输入管（11）为一体式结构。

5.根据权利要求3所述的一种组织工程血管培养装置，其特征在于，所述脉动输入管（11）与所述脉动输出管（12）的最短距离与所述弹性软管（8）的长度之比为1.1:1-1.3:1。

6.根据权利要求1所述的一种组织工程血管培养装置，其特征在于，所述第一多孔整流器（6）外周与所述培养管（4）内壁之间具有间隙，所述第一多孔整流器（6）的外周设置有密封圈，所述密封圈与所述培养管（4）的内壁相抵。

7.一种组织工程血管培养器，其特征在于，所述组织工程血管培养器包括：

组织工程血管培养装置，包括培养管（4）、第一密封盖（3）、第二密封盖（5）和脉动管道，所述第一密封盖（3）和所述第二密封盖（5）分别设置在所述培养管（4）两端，所述脉动管道设置在所述培养管（4）内，所述脉动管道包括设于所述培养管（4）内腔中部的弹性软管（8），所述弹性软管（8）的外表面设置有支架（9），所述第一密封盖（3）具有连通培养管（4）内腔的进液口（31），所述第二密封盖（5）具有连通培养管（4）内腔的出液口（51），在所述进液口（31）和所述弹性软管（8）之间的所述脉动管道上设置有第一多孔整流器（6）以及分流器（7），所述第一多孔整流器（6）位于所述分流器（7）靠近所述进液口（31）的一侧，所述分流器（7）包括平滑过渡的分流段（72）和导流段（73），所述分流段（72）呈圆台状，所述导流段（73）呈圆柱状；

所述组织工程血管培养器还包括：

脉动泵（15），所述脉动泵（15）通过脉动流道（16）与所述脉动管道的入口连接；

灌流泵（17），所述灌流泵（17）通过灌流流道（18）与所述进液口（31）连接。

8.根据权利要求7所述的一种组织工程血管培养器，其特征在于，所述脉动流道（16）上设置有单向阀（21）。

9.一种组织工程血管培养系统，其特征在于，包括组织工程血管培养装置，所述组织工程血管培养装置包括培养管（4）、第一密封盖（3）、第二密封盖（5）和脉动管道，所述第一密封盖（3）和所述第二密封盖（5）分别设置在所述培养管（4）两端，所述脉动管道设置在所述培养管（4）内，所述脉动管道包括设于所述培养管（4）内腔中部的弹性软管（8），所述弹性软管（8）的外表面设置有支架（9），所述第一密封盖（3）具有连通培养管（4）内腔的进液口（31），所述第二密封盖（5）具有连通培养管（4）内腔的出液口（51），在所述进液口（31）和所述弹性软管（8）之间的所述脉动管道上设置有第一多孔整流器（6）以及分流器（7），所述第一多孔整流器（6）位于所述分流器（7）靠近所述进液口（31）的一侧，所述分流器（7）包括平滑过渡的分流段（72）和导流段（73），所述分流段（72）呈圆台状，所述导流段（73）呈圆柱状；

脉动调节系统，所述脉动调节系统包括脉动泵（15）、脉动流道（16）以及压力传感器（19），所述脉动泵（15）通过脉动流道（16）与所述脉动管道首尾连接，所述压力传感器（19）设置在所述脉动流道（16）上；

灌流调节系统，所述灌流调节系统包括灌流泵（17）、灌流流道（18）以及流量传感器（20），所述灌流泵（17）的两端通过灌流流道（18）分别与所述进液口（31）和所述出液口（51）连接，所述流量传感器（20）设置在所述灌流流道（18）上；

控制器（22），所述控制器（22）与所述压力传感器（19）和所述流量传感器（20）电性连接，所述控制器（22）用于通过所述压力传感器（19）获得所述脉动流道（16）内的压力信息，所述控制器（22）用于根据所述脉动流道（16）内的压力信息调节所述脉动泵（15）的输出功率以及频率，使所述弹性软管（8）具有目的脉动波形；

所述控制器（22）用于通过所述流量传感器（20）获取所述灌流流道（18）内培养基的流量信息，所述控制器（22）根据所述灌流流道（18）内培养基的流量信息控制所述灌流泵（17）的输出功率，使所述灌流流道（18）中培养基的流量调节至预设流量值。

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