CN201154961Y - 施加滚动载荷与滑动载荷的生物反应器 - Google Patents

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CN201154961Y CNU2007200961998U CN200720096199U CN201154961Y CN 201154961 Y CN201154961 Y CN 201154961Y CN U2007200961998 U CNU2007200961998 U CN U2007200961998U CN 200720096199 U CN200720096199 U CN 200720096199U CN 201154961 Y CN201154961 Y CN 201154961Y
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王月新
叶金铎
崔元璐
刘海英
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Abstract

本实用新型公开了一种施加滚动载荷与滑动载荷的生物反应器。包括底板，与底板连接的培养室，培养室内的培养液灌注系统，及由曲柄连杆机构带动滚动加载体的滚动加载机构，其特征在于所说的生物反应器还有一个使滚动加载体与培养室之间有相对滑动的机构；所说的滑动机构是将滚动加载机构中的滚动加载体所处的培养室通过滑动连接杆连接在由凸轮控制的驱动板上。本实用新型的有益效果是：该施加滚动载荷与滑动载荷的生物反应器结构简单，可以实现滚动载荷与滑动载荷同时作用，使其加载方式更接近软骨组织生长发育的力学环境，在此载荷条件可能有利于细胞、组织的生长、发育。

Description

施加滚动载荷与滑动载荷的生物反应器
【技术领域】
本实用新型涉及组织工程领域的生物反应器，特别在滚动载荷和滑动载荷作用下培养人工软骨或骨软骨的生物反应器。
【背景技术】
组织工程是近年来正在兴起的一门新学科，是继细胞生物学和分子生物学之后，生命科学发展史上又一个新的里程碑，标志着医学将走出器官移植的范畴，步入制造组织和器官的新时代。
关节软骨缺损是外科常见的疾病之一，通常由外伤、手术切除、骨性关节炎等慢性疾病引起。临床上自体移植或异体移植也存在较大的限制和弊端。特别是力学环境作用下培养不同形状、具有承力功能的人工软骨，可以更好地满足临床需求。
滚动载荷确实是关节软骨力学环境重要组成部分[2007100573319“滚动载荷用于培养物培养的方法及生物反应器”中国专利申请]，在关节运动过程中还有滑动现象，人工软骨软骨培养的力学环境应当尽可能模拟其天然环境，因此，滚动载荷与滑动载荷耦合作用，是人工软骨培养的重要环境。
专利WO2004/046304给出了压力和剪应力耦合作用的生物反应器；发明专利(申请号200480038317.9，公开号CN 1898375A)介绍了用于对具有三维形状、活性和机械抗力的细胞移植体进行培养和刺激的方法和生物反应器。以软骨组织工程为例，Schulz和Bader，Ivan Martin总结了组织培养时的环境[TRENDS inBiotechnology Vol.22 No.2，2004，pp80-86；Eur Biophys J，DOI10.1007/s00249-007-0139-1，2007]。包括(a)为电场；(b)锥形粘度计条件，细胞在旋转锥形体下方受到剪切力作用；(c)旋转壁式生物反应器给细胞提供微重力环境，传质过程较好；(d)单项灌流系统；(e)拉伸条件；(f)水压及灌流条件；(g)直接压缩。其后介绍了各种培养条件的耦合系统；特别是各种力学条件的联合使用。但都没有涉及滚动加载与滑动载荷耦合的培养。
生物反应器是组织工程化培养的重要因素，生物反应器的目的是为体外组织工程构建提供合适的生长条件，使工程化组织获得与活体组织有相似的结构与功能。软骨组织工程、骨组织工程是一门仿生科学，因此培养环境尽可能接近自然条件，软骨、骨是人体的承力组织，力学对软骨、骨结构、功能都有重要影响。在骨软骨培养中滚动加载与滑动载荷同时作用是合适的力学环境。
【实用新型内容】
本实用新型的目的旨在为克服现有技术的不足，提供一种的人工软骨或骨软骨体外培养的施加滚动载荷与滑动载荷的生物反应器。该生物反应器可以对人工软骨或骨软骨培养物在施加在滚动载荷的同时施加滑动载荷，形成人工软骨或骨软骨生长的力学环境。
本实用新型为实现上述目的设计了一种施加滚动载荷与滑动载荷的生物反应器。包括底板，与底板连接的培养室，培养室内的培养液灌注系统，及由曲柄连杆机构带动滚动加载体的滚动加载机构，其特征在于所说的生物反应器还有一个使滚动加载体与培养室之间有相对滑动的机构；所说的滑动机构是将滚动加载机构中的滚动加载体所处的培养室通过滑动连接杆连接在由凸轮控制的驱动板上。凸轮旋转带动驱动板再带动培养室移动，与加载体形成相对移动。
本发明的有益效果是：该施加滚动载荷与滑动载荷的生物反应器结构简单，可以实现滚动载荷与滑动载荷同时作用，使其加载方式更接近软骨组织生长发育的力学环境，在此载荷条件可能有利于细胞、组织的生长、发育。实验表明滚动与滑动载荷耦合作用组的软骨细胞分泌的粘蛋白多糖高于仅滚动加载组和静态培养组。培养后的有不同曲面的培养物可作为移植物，应用于不同部位软骨缺损的修复。
【附图说明】
图1为生物反应器立体示意图；
图2为生物反应器俯视示意图；
图3为生物反应器主视示意图；
图4为滑动加载机构中凸轮与驱动板示意图；
图5为鞍形滚动加载体与培养物示意图；
图6为单侧鼓形滚动加载体与培养物示意图。
图中：1电机(a)；2驱动轴；3曲柄轴；4培养室上盖；5叉形连杆；6培养液出口；7培养室；8培养物；9高度调节螺杆；10支架；11轨道；12导轨轴；13加载体轴；14导向轮；15滚动加载体；16培养液进口；17滑动连接杆；18驱动板；19凸轮；20驱动轴(b)；21电机(b)；22滑动支架；23底板；24人工骨或培养物底模。
以下结合本实用新型的实施例参照附图进行详细叙述。
【具体实施方式】
如图1-4所示。生物反应器包括在底板23上安装的培养室7，滚动加载机构，培养液灌注系统，滑动加载机构和上盖4等。各系统由计算机控制，滚动加载体在培养箱内运行，培养室设有培养液进口16和培养液出口6。生物反应器的滚动加载机构将滚动加载体15置于培养室内，滚动加载体轴的两端通过一个叉形连杆5连接在由电机(a)1带动的曲柄轴3上。生物反应器的滑动加载机构是在培养室与底板之间设置一副滑轨与滑槽组件，与培养室连接的滑动连接杆外端固定有一个内部为滑动配合安装凸轮19的驱动板，凸轮则通过驱动轴(b)20与电机(b)21连接。
滚动加载体通过轴部支撑结构调整滚动加载体距离培养室底面的高度。这种调整高度的机构，可以是滚动加载体轴13的两端于培养室7的外侧各装有一个导向轮14，与导向轮接触的轨道11通过高度调节螺杆9调整滚动加载体距离培养室底面的高度。即：与轨道11接触，在轨道上做纯滚动；轨道11可沿导轨轴12上下滑动，通过高度调节螺杆9调整轨道11高度，也调整导向轮14的高度，这样就调整了滚动加载体15距离培养室底面的高度。该导向轮的直径可与滚动加载体的直径相等或不等。
本实用新型的加载过程：电机(a)1带动驱动轴2驱动曲柄轴3，带动叉形连杆5，通过加载体轴13拉动滚动加载体15作往复直线滚动。导向轮14沿轨道11滚动，轮与轨道11之间磨擦足够大，轮只能纯滚动。滑动加载机构中，电机(b)21带动驱动轴(b)20再带动凸轮19旋转，凸轮的旋转又带动装在滑动支架22中的滑动连接杆17按一定的速度往返移动，使得培养室携带着培养物与滚动加载体之间产生滑动。
通过高度调节螺杆9可以调整滚动加载体的水平高度，使培养物达到合适的变形。根据实际需要滚动加载体的表面可以是需要的任何旋转曲面(如图5、图6所示)，也可以在培养物的下面衬垫培养物底模24，培养物就是骨软骨，培养形成不同形状的培养物。

Claims (3)

1、一种施加滚动载荷与滑动载荷的生物反应器，包括底板(23)，与底板连接的培养室(7)，培养室内的培养液灌注系统，及由曲柄连杆机构带动滚动加载体(15)的滚动加载机构，其特征在于所说的生物反应器还有一个使滚动加载体与培养室之间有相对滑动的机构；所说的滑动机构是将滚动加载机构中的滚动加载体(15)所处的培养室(7)通过滑动连接杆(17)连接在由凸轮(19)控制的驱动板(18)上。
2、根据权利要求1所述的施加滚动载荷与滑动载荷的生物反应器，其特征在于所说的滚动加载体的表面是旋转曲面。
3、根据权利要求1或2所述的施加滚动载荷与滑动载荷的生物反应器，其特征在于所说的滚动加载体轴(13)的两端于培养室(7)的外侧各装有一个导向轮(14)，与导向轮接触的轨道(11)通过高度调节螺杆(9)调整滚动加载体距离培养室底面的高度。
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