CN206167486U - 三合一毛绒线式人工肝生物反应器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了三合一毛绒线式人工肝生物反应器，包括并列且外壁贴壁设置的血浆分离器、氧合器及反应器；血浆分离器的内部与氧合器的内部连通；氧合器的内部与反应器的内部连通；血浆分离器的内部设有中空纤维束；氧合器的内部设有透气纤维膜；反应器的内部设有中空纤维膜和毛绒线。本实用新型的有益效果是：血液进入血浆分离器后，血浆直接依次进入氧合器和反应器，减少不必要的管路；能为细胞提供适宜代谢环境，保障细胞活性；提高有效细胞填充体积，保证细胞横向分布均匀。

Description

三合一毛绒线式人工肝生物反应器

技术领域

本实用新型属于生物人工肝技术领域，尤其涉及一种三合一毛绒线式人工肝生物反应器。

背景技术

生物人工肝支持系统，主要利用具有肝脏代谢功能的细胞群，对肝衰竭患者血液进行净化，实现体外肝脏支持的功能，为肝脏再生或者等待肝脏移植赢得宝贵时间，具有重要临床应用价值。生物人工肝支持系统中，生物反应器作为核心装置，为细胞群提供充足的氧气、适当的营养物质及适宜的pH环境，使细胞能够最大限度的发挥其生物活性，为实现高效的肝功能表达水平提供保障。

目前，已用于临床试验或治疗的生物人工肝支持系统主要包括血浆分离器，氧耦合器及生物反应器三部分。病人血液导出体外后，首先经血浆分离器将血浆及血细胞分离；分离出的血浆经氧耦合器负荷足够氧后进入生物反应器；在生物反应器中细胞群以血浆为基本营养进行物质代谢及交换；去除生物毒素后的血浆再与血浆分离器分离出血细胞混合，回输至患者体内，实现体外人工肝支持功能。血浆分离器，氧耦合器及生物反应器三部分成本较高，操作较繁琐，有待进一步优化。并且，目前常用生物反应器为中空纤维型反应器，该反应器中纤维管排列紧密，纤维管间容积较小，中心部位不易装载入细胞，易造成细胞分布不均，导致系统解毒性能降低，且细胞在纤维管上贴壁生长时易堵塞纤维管膜壁微孔，影响纤维管内外的物质交换，不利于肝细胞的功能与活力的长期有效维持而严重影响治疗效果。

实用新型内容

本实用新型的目的就是要克服现有的生物人工肝支持系统中血浆分离器、氧耦合器及生物反应器三部分成本较高，操作较繁琐，结构复杂，反应器内肝细胞分布不均匀，贴壁率低，细胞活性差的缺陷，提供一种实现血浆分离、氧耦合及生物反应器三合一且同时实现pH调控、细胞灌充均匀、提高肝细胞的生长密度及活性的三合一毛绒线式人工肝生物反应器。

为实现上述目的，本实用新型所设计的三合一毛绒线式人工肝生物反应器，包括并排紧贴设置的血浆分离器、氧合器及反应器；

所述血浆分离器与所述氧合器共用一侧壁，且通过器室连接管从外侧将两者内腔连通，器室连接管上设有分离泵；所述反应器与所述氧合器共用另一侧壁，且通过其上开设的连通孔将两者内腔连通；

所述血浆分离器的上端设有血液/预充液入口，下端设有血细胞出口；所述血液/预充液入口和血细胞出口之间以设于血浆分离器内部的中空纤维束连通；

所述氧合器的上端设有氧气/二氧化碳入口，所述氧合器的内部设有与氧气/二氧化碳入口相连通的透气纤维膜管；

所述反应器的侧壁设有与其内腔连通的营养液/肝细胞悬浮液入口和营养液/肝细胞悬浮液出口，所述反应器的下端设有血浆/预充液出口，所述连通孔和血浆/预充液出口以设于反应器内部的中空纤维膜管连通；所述反应器内部还设有多根毛绒线；多根所述毛绒线与多根所述中空纤维膜管平行排列且交替间隔布置。

进一步地，所述器室连接管的进液口端位于所述血浆分离器的侧壁下端，出液口端位于所述氧合器的下端；所述连通孔位于氧合器和反应器的上端。

再进一步地，所述氧合器内部沿其横截面方向还设有用于阻隔血浆/预充液的密封支架板，所述密封支架板位于连通孔的上方；所述密封支架板上开设有多个小孔，所述透气纤维膜管的上端卡设在小孔内，且通过密封支架板与氧合器内腔顶部形成的空间，与氧气/二氧化碳入口相连通。

上述进一步方案的有益效果是：通过密封支架板将透气纤维膜管固定于氧合器内，既可以保证氧气/二氧化碳入口与透气纤维膜管连通，气体不受阻隔，又能起到阻隔血浆/预充液的作用。

更进一步地，所述血浆分离器内部沿其横截面方向还设有两个用于阻隔细胞及液体通过的聚氨酯树脂支架板，两个聚氨酯树脂支架板分别位于血浆分离器上下两端且与血浆分离器端部内腔保持距离，所述聚氨酯树脂支架板上开设有多个通孔，所述中空纤维束的两端分别卡设于不同聚氨酯树脂支架板的通孔内，所述器室连接管的进液口端位于两个聚氨酯树脂支架板之间。设置聚氨酯树脂支架板可以实现中空纤维束在血浆分离器内部均匀分布的目的，而不是将中空纤维束的端部全部塞入血液/预充液入口和血细胞出口。

优选地，所述反应器内部沿其横截面方向还设有两个用于阻隔细胞及液体通过的聚氨酯树脂支架片，两个聚氨酯树脂支架片分别位于反应器上下两端且与反应器端部内腔保持距离，所述聚氨酯树脂支架片上开设有多个通孔，所述中空纤维膜管的两端分别卡设于不同聚氨酯树脂支架片的通孔内，所述连通孔位于聚氨酯树脂支架片的上方，所述营养液/肝细胞悬浮液入口和营养液/肝细胞悬浮液出口位于两个聚氨酯树脂支架片之间。设置聚氨酯树脂支架片可以实现中空纤维膜管在反应器内部均匀分布的目的。

可选地，所述血浆分离器在两个聚氨酯树脂支架板之间还设有与血浆分离器内腔连通的血浆分离器备用加样口和血浆分离器出样口；所述氧合器的下端设有氧合器加样口；所述器室连接管的进液口端与所述血浆分离器出样口连通；所述器室连接管的出液口端与所述氧合器加样口连通。

进一步地，所述氧合器的上端还设有氧合器备用加样口，所述氧合器备用加样口与密封支架板下方的空间相连通；所述氧合器的下端设有用于输液加药的加样口。

优选地，所述透气纤维膜管曲折设置，其上端与所述氧气/二氧化碳入口连通，下端为封闭端。

进一步地，每三根所述中空纤维膜管包围一根所述毛绒线，每三根所述毛绒线包围一根所述中空纤维膜管；或多根所述毛绒线与多根所述中空纤维膜管呈蜂窝状布置；所述中空纤维膜管和所述毛绒线等距均匀排列。

再进一步地，所述毛绒线上均匀分布有多个由绒丝织成的绒毛；所述绒毛为短绒毛。

上述再进一步方案的有益效果是：毛绒线的存在为肝细胞在反应器内腔贴壁提供支架，从而有利于细胞的均匀分布，而绒毛的存在增大肝细胞的有效贴壁面积，避免肝细胞贴附在中空纤维膜管上影响物质交换效率，有利于肝细胞发挥最大效率。

本实用新型的有益效果是：

1、血液进入血浆分离器后，被中空纤维束分离出的血浆直接依次进入氧合器和反应器，减少不必要的管路，简化操作，实现血浆分离、氧耦合及生物反应器三合一；

2、通过在氧合器的内部曲折设置有透气纤维膜管以及将血浆流入方向与气体充入方向相对设置，为反应器提供足量的氧气，同时向透气纤维膜适时适量参入二氧化碳实现pH调节，维持生物反应器内较稳定的pH环境，能为细胞提供适宜代谢环境，保障细胞活性；

3、毛绒线为反应器内腔中所灌注的肝细胞提供支架，保证肝细胞在反应器内腔中有适宜的条件进行贴壁生长，同时减少肝细胞在中空纤维膜管上贴壁，而降低细胞对中空纤维膜管的膜壁上微孔的堵塞，更有利于中空纤维膜管内外物质的正常交换；

4、毛绒线与中空纤维膜管平行排列且交替间隔布置或呈蜂窝状布置或以三根包围一根的方式排列，使得肝细胞在反应器内腔分布均匀，提高了肝细胞活性及利用率；

5、毛绒线上均匀分布有多个绒毛，这样既增大了肝细胞可贴壁面积，又促进了肝细胞的贴壁生长；

6、显著增加了肝细胞在反应器内的可贴壁面积，提高了肝细胞分布的均匀度，能够保持良好的细胞活性，有利于肝细胞功能的最大发挥，从而达到最佳的治疗效果。

附图说明

图1为本实用新型三合一毛绒线式人工肝生物反应器的结构示意图。

图2为图1的剖视结构示意图。

图3为图2中A-A剖视示意图。

图中，血浆分离器1、氧合器2、反应器3、血液/预充液入口4、血细胞出口5、中空纤维束6、氧气/二氧化碳入口7、透气纤维膜8、连通孔9、营养液/肝细胞悬浮液入口10、营养液/肝细胞悬浮液出口11、血浆/预充液出口12、中空纤维膜管13、加样口14、聚氨酯树脂支架板15、聚氨酯树脂支架片16、器室连接管17、聚醚砜过滤膜18、密封支架板19、血浆分离器备用加样口20、血浆分离器出样口21、氧合器备用加样口22、氧合器加样口23、毛绒线24、绒毛25、微泵备用接口26、分离泵27。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步的详细描述。

如图1、图2、图3所示的三合一毛绒线式人工肝生物反应器，包括并排紧贴设置的血浆分离器1、氧合器2及反应器3；

血浆分离器1与氧合器2共用一侧壁，且通过器室连接管17从外侧将两者内腔连通，器室连接管17上设有分离泵27；反应器3与氧合器2共用另一侧壁，且通过其上开设的连通孔9将两者内腔连通；

血浆分离器1的上端设有血液/预充液入口4，下端设有血细胞出口5，血液/预充液入口4和血细胞出口5之间以设于血浆分离器1的内部的中空纤维束6连通；

氧合器2的上端设有氧气/二氧化碳入口7，氧合器2的内部设有与氧气/二氧化碳入口7相连通的透气纤维膜管8；

反应器3的侧壁设有与其内腔连通的营养液/肝细胞悬浮液入口10和营养液/肝细胞悬浮液出口11，反应器3的下端设有血浆/预充液出口12，连通孔9和血浆/预充液出口12以设于反应器3的内部的中空纤维膜管13连通；反应器3内部还设有多根毛绒线24；多根毛绒线24与多根中空纤维膜管13平行排列且呈蜂窝状交替间隔布置。

其中，器室连接管17的进液口端位于血浆分离器1的侧壁下端，出液口端位于氧合器2的下端；连通孔9位于氧合器2和反应器3的上端。

氧合器2内部沿其横截面方向还设有用于阻隔血浆/预充液的密封支架板19，密封支架板19位于连通孔9的上方；密封支架板19上开设有多个小孔，透气纤维膜管8的上端卡设在小孔内，且通过密封支架板19与氧合器2内腔顶部形成的空间，与氧气/二氧化碳入口7相连通。

血浆分离器1内部沿其横截面方向还设有两个用于阻隔细胞及液体通过的聚氨酯树脂支架板15，两个聚氨酯树脂支架板15分别位于血浆分离器1上下两端且与血浆分离器1端部内腔保持距离，聚氨酯树脂支架板15上开设有多个通孔，中空纤维束6的两端分别卡设于不同聚氨酯树脂支架板15的通孔内，器室连接管17的进液口端位于两个聚氨酯树脂支架板15之间。

反应器3内部沿其横截面方向还设有两个用于阻隔细胞及液体通过的聚氨酯树脂支架片16，两个聚氨酯树脂支架片16分别位于反应器3上下两端且与反应器3端部内腔保持距离，聚氨酯树脂支架片16上开设有多个通孔，中空纤维膜管13的两端分别卡设于不同聚氨酯树脂支架片16的通孔内，连通孔9位于聚氨酯树脂支架片16的上方，营养液/肝细胞悬浮液入口10和营养液/肝细胞悬浮液出口11位于两个聚氨酯树脂支架片16之间。

血浆分离器1在两个聚氨酯树脂支架板15之间还设有与血浆分离器1内腔连通的血浆分离器备用加样口20和血浆分离器出样口21；氧合器2的下端设有氧合器加样口23；器室连接管17的进液口端与血浆分离器出样口21连通；器室连接管17的出液口端与氧合器加样口23连通。氧合器加样口23上还设有与其连通的微泵备用接口26。通过微泵备用接口26补给葡萄糖等营养物质。

氧合器2的上端还设有氧合器备用加样口22，氧合器备用加样口22与密封支架板19下方的空间相连通；氧合器2的下端设有用于输液加药的加样口14。透气纤维膜管8曲折设置，形状可以是螺旋状、蛇形状或其他弯曲形状，其上端与氧气/二氧化碳入口7连通，下端为封闭端。

每三根中空纤维膜管13包围一根毛绒线24，每三根毛绒线24包围一根中空纤维膜管13；中空纤维膜管13和毛绒线24等距均匀排列；或多根毛绒线24与多根所述中空纤维膜管13呈蜂窝状布置。相邻的中空纤维膜管13和毛绒线24的间距为50～200微米。

毛绒线24上均匀分布有多个由绒丝织成的绒毛25；绒毛25为短绒毛。

毛绒线24为以精对苯二甲酸或对苯二甲酸二甲酯和乙二醇为原料，经酯化或酯交换及缩聚反应制得聚对苯二甲酸乙二醇酯，再经纺丝及粘连蛋白生物修饰后制成的聚酯类纤维。

血浆/预充液出口12还可以设有聚醚砜过滤膜18、聚乙烯过滤膜或聚乙烯乙烯醇过滤膜，其膜厚为100μm±25μm，膜孔径为0.5μm±0.1μm。

使用时，首先打开氧气/二氧化碳入口7，然后打开血液/预充液入口4和血浆/预充液出口12，并通过血液/预充液入口4注入生理盐水以预冲洗生物反应器；再关闭血液/预充液入口4，在无菌条件下将带有肝细胞微载体悬液从营养液/肝细胞悬浮液入口10注入反应器3，使整个反应器3的腔体充满微载体细胞悬液；随后将急性肝衰竭猪模型的血液从血液/预充液入口4引入血浆分离器1，血液经过中空纤维束6后，血细胞和部分血浆从血细胞出口5排出，剩余的血浆在分离泵27的作用下通过器室连接管17进入氧合器2内腔，再通过连通孔9进入反应器3内腔，最后经血浆/预充液出口12排出反应器3；血细胞出口5排出的血细胞和部分血浆与血浆/预充液出口12排出的血浆混合后回输至猪体内，形成一个治疗循环回路。在治疗过程中，氧气/二氧化碳入口7向氧合器2内腔充入气体，气体从透气纤维膜管8上端进入透气纤维膜管8内，由于透气纤维膜管8置于氧合器2内腔，从而在保证一定的溶氧、pH(二氧化碳调节)的情况下，可以维持血浆的循环治疗长达数十个小时，结束治疗，Kaplan-Meier生存分析显示此治疗可以显著延长受试动物的存活时间。

Claims (10)

1.一种三合一毛绒线式人工肝生物反应器，其特征在于：包括并排紧贴设置的血浆分离器(1)、氧合器(2)及反应器(3)；

所述血浆分离器(1)与所述氧合器(2)共用一侧壁，且通过器室连接管(17)从外侧将两者内腔连通，器室连接管(17)上设有分离泵(27)；所述反应器(3)与所述氧合器(2)共用另一侧壁，且通过其上开设的连通孔(9)将两者内腔连通；

所述血浆分离器(1)的上端设有血液/预充液入口(4)，下端设有血细胞出口(5)；所述血液/预充液入口(4)和血细胞出口(5)之间以设于血浆分离器(1)内部的中空纤维束(6)连通；

所述氧合器(2)的上端设有氧气/二氧化碳入口(7)，所述氧合器(2)的内部设有与氧气/二氧化碳入口(7)相连通的透气纤维膜管(8)；

所述反应器(3)的侧壁设有与其内腔连通的营养液/肝细胞悬浮液入口(10)和营养液/肝细胞悬浮液出口(11)，所述反应器(3)的下端设有血浆/预充液出口(12)，所述连通孔(9)和血浆/预充液出口(12)以设于反应器(3)内部的多根中空纤维膜管(13)连通；所述反应器(3)内部还设有多根毛绒线(24)；多根所述毛绒线(24)与多根所述中空纤维膜管(13)平行排列且交替间隔布置。

2.根据权利要求1所述的三合一毛绒线式人工肝生物反应器，其特征在于：所述器室连接管(17)的进液口端位于所述血浆分离器(1)的侧壁下端，出液口端位于所述氧合器(2)的下端；所述连通孔(9)位于氧合器(2)和反应器(3)的上端。

3.根据权利要求2所述的三合一毛绒线式人工肝生物反应器，其特征在于：所述氧合器(2)内部沿其横截面方向还设有用于阻隔血浆/预充液的密封支架板(19)，所述密封支架板(19)位于连通孔(9)的上方；所述密封支架板(19)上开设有多个小孔，所述透气纤维膜管(8)的上端卡设在小孔内，且通过密封支架板(19)与氧合器(2)内腔顶部形成的空间，与氧气/二氧化碳入口(7)相连通。

4.根据权利要求2或3所述的三合一毛绒线式人工肝生物反应器，其特征在于：所述血浆分离器(1)内部沿其横截面方向还设有两个用于阻隔细胞及液体通过的聚氨酯树脂支架板(15)，两个聚氨酯树脂支架板(15)分别位于血浆分离器(1)上下两端且与血浆分离器(1)端部内腔保持距离，所述聚氨酯树脂支架板(15)上开设有多个通孔，所述中空纤维束(6)的两端分别卡设于不同聚氨酯树脂支架板(15)的通孔内，所述器室连接管(17)的进液口端位于两个聚氨酯树脂支架板(15)之间。

5.根据权利要求2或3所述的三合一毛绒线式人工肝生物反应器，其特征在于：所述反应器(3)内部沿其横截面方向还设有两个用于阻隔细胞及液体通过的聚氨酯树脂支架片(16)，两个聚氨酯树脂支架片(16)分别位于反应器(3)上下两端且与反应器(3)端部内腔保持距离，所述聚氨酯树脂支架片(16)上开设有多个通孔，所述中空纤维膜管(13)的两端分别卡设于不同聚氨酯树脂支架片(16)的通孔内，所述连通孔(9)位于聚氨酯树脂支架片(16)的上方，所述营养液/肝细胞悬浮液入口(10)和营养液/肝细胞悬浮液出口(11)位于两个聚氨酯树脂支架片(16)之间。

6.根据权利要求4所述的三合一毛绒线式人工肝生物反应器，其特征在于：所述血浆分离器(1)在两个聚氨酯树脂支架板(15)之间还设有与血浆分离器(1)内腔连通的血浆分离器备用加样口(20)和血浆分离器出样口(21)；所述氧合器(2)的下端设有氧合器加样口(23)；所述器室连接管(17)的进液口端与所述血浆分离器出样口(21)连通；所述器室连接管(17)的出液口端与所述氧合器加样口(23)连通。

7.根据权利要求3所述的三合一毛绒线式人工肝生物反应器，其特征在于：所述氧合器(2)的上端还设有氧合器备用加样口(22)，所述氧合器备用加样口(22)与密封支架板(19)下方的空间相连通；所述氧合器(2)的下端设有用于输液加药的加样口(14)。

8.根据权利要求1所述的三合一毛绒线式人工肝生物反应器，其特征在于：所述透气纤维膜管(8)曲折设置，其上端与所述氧气/二氧化碳入口(7)连通，下端为封闭端。

9.根据权利要求1所述的三合一毛绒线式人工肝生物反应器，其特征在于：每三根所述中空纤维膜管(13)包围一根所述毛绒线(24)，每三根所述毛绒线(24)包围一根所述中空纤维膜管(13)；或多根所述毛绒线(24)与多根所述中空纤维膜管(13)呈蜂窝状布置；所述中空纤维膜管(13)和所述毛绒线(24)等距均匀排列。

10.根据权利要求7至9任一项所述的三合一毛绒线式人工肝生物反应器，其特征在于：所述毛绒线(24)上均匀分布有多个由绒丝织成的绒毛(25)；所述绒毛(25)为短绒毛。