CN103131635A - 腔体式动态灌注生物反应装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种腔体式动态灌注生物反应装置，包括生物样品培养部件、培养液流动管件和动力泵部件，所述生物样品培养部件上设有与培养液流动管件相连通的进出口；所述生物样品培养部件包括上盖体、容器体和置样承载架，上盖体和容器体相连接，容器体内壁上设有支撑环，所述置样承载架设置在支撑环上，置样承载架的内侧设有支撑块，在由支撑块和置样承载架所形成的空腔中设有承样板，所述承样板上设有培养通孔，培养通孔纵向设置在承样板中；所述培养液流动管件包括输出管和输入管，所述输出管和输入管分别与动力泵部件相连。
Description
技术领域
本发明涉及应用在植物、动物和人体组织工程等领域中培养样品的装置，尤其涉及一种通过持续动态供给营养和调节力学及生物活性物质的刺激达到促进细胞和组织的增殖及分化的腔体式动态灌注生物组织反应装置。
背景技术
组织工程结合了细胞生物学和工程学原理，研究正常细胞、组织或器官的解剖结构和生理功能，借以生产出可以改善、修复或重建受损组织的结构和功能的人工替代品。其方式是从机体获取少量组织，经分离和扩增而获种子细胞，将其接种到生物支架中，通过体外培养增殖和诱导分化形成组织工程构件，然后用于病损部位的修复和重建，恢复组织和器官外形和功能。
在组织工程发展的同时，为解决组织或器官移植手术所需供体材料的缺乏和产业化问题，生物反应器应运而生。从最初的Petri碟静态培养到后来的动态三维输入式灌流培养，生物反应器的形式和功能在不断变化，但是它们存在的主要问题不是细胞在生物支架中分布不均就是对支架形状有特殊要求，而且它们普遍存在产能低的缺点。
中国专利CN 1352240A披露了一种带双口培养瓶的细胞和组织工程培养的装置。它包括培养箱内安有温度和气体流量调节机构、与温度控制调节器连接的加热器和传感器。培养箱上部有气体入口，其上固定一端***培养箱内的气体管道，另一端通过一气体流量计与气瓶连通;还包括滚动床、其上放2根以上两端开口的滚动培养瓶、其下安一驱动机构，驱动机构与马达连接。
中国专利CN 1542121A 披露了一种动态三维输入式组织反应装置，包括一个可供将细胞接种于具有中心通道的生物支架体上的培养箱。并进一步包括至少一个与生物支架体的中心通道相配合、并伸入该中心通道的导管，和一个与该导管相连通的循环输液装置。该培养箱设有一个输入口和一个输出口，导管通过该输入口与循环输液装置相连通。
现有的生物反应器虽然已经可以向组织工程的生物支架上的细胞提供三维培养环境，但是要么无法使细胞在生物支架中分布均匀，要么在构建不同规格的细胞-生物支架复合体时需要重新定制反应器而且仅能构建中空的细胞-生物支架复合体，这些不利因素都限制了组织工程产品的的大量生产。
发明内容
本发明根据现有技术中存在的不足之处，提供一种腔体式动态灌注生物反应装置，可以通过调节细胞培养液在装置内的流量、应力、营养及活性物质含量，达到促进细胞和组织的增殖及分化而形成组织工程构件。
为了实现上述目的，提供一种腔体式动态灌注生物反应装置，其特征在于，包括生物样品培养部件、培养液流动管件和动力泵部件，所述生物样品培养部件上设有与培养液流动管件相连通的进出口；所述生物样品培养部件包括上盖体、容器体和置样承载架，上盖体和容器体相连接，容器体内壁上设有支撑环，所述置样承载架设置在支撑环上，置样承载架的内侧设有支撑块，在由支撑块和置样承载架所形成的空腔中设有承样板，所述承样板上设有培养通孔，培养通孔纵向设置在承样板中。所述培养液流动管件包括输出管和输入管，所述输出管和输入管分别与动力泵部件相连，所述输出管上设有过滤器。
上盖体和容器体通过螺纹螺旋连接，可以保证良好密封性。上盖体、容器体和置样承载架可以皆使用无毒性无机、有机或金属材料制成，其形状可为长方形、半球形、圆柱形等形状。上盖体、容器体和置样承载架的形状相互匹配。
在上述提供的反应装置中，其中所述生物样品培养部件上还设有气体交换口，所述气体交换口上设有气体交换调节阀门和过滤器，所述过滤器设置在气体交换调节阀门的出口处。在上述提供的反应装置中，其中所述输出管上还有三通阀，所述三通阀的一端与输出管相连，另一端与动力泵部件相连。通过调节气体交换阀和蠕动泵改变应力和氧气环境，同样也可通过三通阀改变培养液的营养和诱导环境，影响细胞和组织的生长和分化。
在上述提供的反应装置中，其中所述进出口和气体交换口的直径为2~100毫米。与进出口连接的输入管和输出管由聚乙烯和医用硅胶制成，直径分别与输入口和输出口的直径相匹配，其长度在20~10000毫米之间。
在上述提供的反应装置中，其中所述上盖体和容器体之间设有硅胶密封垫。
在上述提供的反应装置中，其中所述置样承载架上设有拉环，拉环的两端与置样承载架相连接。
在上述提供的反应装置中，其中所述置样承载架的底部设有凸块，所述凸块与所述支撑环上设置的凹槽相匹配。将凸块嵌入凹槽中，可以防止置样承载架在容器体内转动。
在上述提供的反应装置中，其中所述置样承载架的侧壁上设有延伸阻挡块，延伸阻挡块贴合置样承载架的内壁向上延伸。
在上述提供的反应装置中，其中所述承样板上设有分流板，分流板上液体分流槽，所述分流槽上设有通向承样板底部的液体流道。液体流道可以设置在分流槽的表面，也可以设置在承样板的内部，能确保培养液均匀分流到每个培养样品中。承样板和分流板的厚度在2~200毫米之间。
在上述提供的反应装置中，其中所述动力泵部件为蠕动泵。由蠕动泵偏心轮挤压硅胶管助动培养液形成循环，可根据灌注孔的多少调整流量，也能蠕动泵的顺行或逆行加载改变培养液的流向。
本发明提供的腔体式动态灌注生物反应装置可以在多种环境下培养细胞和组织，且能对不同形态和不同数量的组织工程构件的进行相同时间和相同环境内培养，在培养过程中可以根据需要改变营养环境、添加生物活性物质，以及改变培养应力环境和改变氧环境。
附图说明
图1是本发明腔体式动态灌注生物反应装置的结构示意图。
图2是本发明中生物样品培养部件的剖面图。
图3是本发明中置样承载架的剖面图。
图4是本发明中承样板的示意图。
图5是本发明中分流板的示意图。
具体实施方式
本发明提供一种腔体式动态灌注生物组织反应装置，通过调节细胞培养液在装置内的流量、应力和营养及活性物质含量，达到促进细胞和组织的增殖及分化而形成组织工程构件。
本发明的腔体式动态灌注组织反应装置是利用人体血液循环的原理，采用动态液体灌流培养的方法，使在所培养的每个细胞-生物支架复合体内部和同一腔内不同细胞-生物支架复合体内部的细胞能始终获得足够和均衡的营养，使其更好的进行***增殖，从而形成具有良好功能的组织或器官的替代物。
以下通过实施例来对本发明做进一步详细说明，以便更好理解本发明创造的内容，但实施例并不限制本发明创造的保护范围。
本发明提供的腔体式动态灌注生物反应装置包括生物样品培养部件、培养液流动管件和动力泵部件三部分。
生物样品培养部件包括上盖体1、容器体13和置样承载架23。上盖体1上设有与培养液流动管件相连通的进口，容器体13上设有与培养液流动管件相连通的出口。进出口和气体交换口的直径在2~100毫米之间。上盖体1和容器体13通过螺纹螺旋连接，其中上盖体1和容器体13之间设有用于密封的硅胶密封垫7。
在容器体13内壁上设有支撑环10，使得置样承载架23可以架在支撑环10上。置样承载架上侧设向内延伸的支撑块15。在由支撑块15和置样承载架23所形成的空腔中设有承样板22。在置样承载架23上设有拉环8，拉环8的两端与置样承载架23相连接，便于置样承载架23的拿取。在置样承载架23的底部设有凸块11，凸块11与设置在支撑环上的凹槽相匹配，可以防止置样承载架23在容器体13内转动。在置样承载架23的侧壁上设有延伸阻挡块4，延伸阻挡块4贴合置样承载架4的内壁向上延伸，延伸阻挡块4防止装置内部培养液的因摇晃而翻出反应装置。
根据培养的要求，在承样板22上设有需要数量的培养通孔25，培养通孔25纵向设置在承样板22中。培养通孔25中放置并可以固定培养的样品，培养液可以任意的通过培养通孔25。
在承样板22上设有分流板9，分流板9的形状略小承样板22上。分流板9上液体分流槽213，分流槽213上设有通向承样板22底部的液体流道214。液体流道214可以设置在分流槽213的表面，也可以设置在承样板9的内部。这些槽和流道能确保注入装置后的培养液均匀分流到每个培养样品中。
在生物样品培养部件上还设有气体交换口，气体交换口选优设置在上盖体1上。气体交换口上设有气体交换调节阀311和过滤器310，过滤器310设置在气体交换调节阀311的出口处，过滤器310可以减少在换气过程中细菌进入培养部件中。
上盖体1、容器体13和置样承载架23可以皆使用无毒性无机、有机或金属材料制成，其形状可为长方形、半球形、圆柱形等形状。上盖体、容器体和置样承载架的形状相互匹配。
培养液流动管件包括输出管16和输入管20，输出管16和输入管20分别与动力泵部件相连。输入管20和输出管16上设有过滤器18、三通阀19、硅胶挤压管24等辅助部件，其采用套管式连接，便于更换、洁滤和加载培养液。选用三通阀24的一端与输出管相连，另一端与动力泵部件相连，可以帮助加载营养因子或培养过程中抽检取样。硅胶挤压管具有透气性，可与外界完成气体交换。过滤器18过滤回收的培养液，可以阻止散落的细胞和其他有形物质输入到多孔生物支架当中去。
动力泵部件选用蠕动泵17，通过蠕动泵偏心轮挤压硅胶管使得培养液循环流动。可根据灌注孔的多少调整流量，其流量被控制在0.01~50ml/h之间。通过蠕动泵还可以改变样品的营养供量及应力，影响细胞和组织的增殖及分化。蠕动泵挤压硅胶管可顺行或逆行加载培养液，使得培养液根据实际情况流动。
使用本发明腔体式动态灌注生物组织反应装置时，需要对除蠕动泵外的整个***进行灭菌消毒。按照输入接头3、输入管20、过渡接头21、硅胶硅胶挤压管24、蠕动泵17、三通阀19、过滤器18、输出管16和输出接头14的顺序依次相连接。当启动蠕动泵17后，培养液通过蠕动泵17、输入管20进入生物样品培养部件。在重力作用下，培养液在承样板9上均匀分布流向承样板22上的培养通孔25。流过培养通孔25中的培养物后，流到生物样品培养部件的底部，并通过输出接头14流出生物样品培养部件，在由蠕动泵17重复循环培养液的流动。
本发明提供的腔体式动态灌注生物反应装置可以用于细胞体外培养或组织构建的组合式封闭环境，并且本发明的培养装置可以在普通的细胞培养室内进行，可以同时进行一个或多个、相同或不同规格的均质细胞 -生物支架复合体的构建，具有使用简易、可控、高效、多产、均质和有效避免操作过程造成的污染等优点。
以上对本发明的具体实施例进行了详细描述，但其只是作为范例，本发明并不限制于以上描述的具体实施例。对于本领域技术人员而言，任何对本发明进行的等同修改和替代也都在本发明的范畴之中。因此，在不脱离本发明的精神和范围下所作的均等变换和修改，都应涵盖在本发明的范围内。
Claims (10)
1.一种腔体式动态灌注生物反应装置，其特征在于，包括生物样品培养部件、培养液流动管件和动力泵部件，所述生物样品培养部件上设有与培养液流动管件相连通的进出口；
所述生物样品培养部件包括上盖体、容器体和置样承载架，上盖体和容器体相连接，容器体内壁上设有支撑环，所述置样承载架设置在支撑环上，置样承载架的内侧设有支撑块，在由支撑块和置样承载架所形成的空腔中设有承样板，所述承样板上设有培养通孔，培养通孔纵向设置在承样板中；
所述培养液流动管件包括输出管和输入管，所述输出管和输入管分别与动力泵部件相连。
2.根据权利要求1所述的反应装置，其特征在于，所述生物样品培养部件上还设有气体交换口，所述气体交换口上设有气体交换调节阀门和过滤器，所述过滤器设置在气体交换调节阀门的出口处。
3.根据权利要求1或2所述的反应装置，其特征在于，所述输出管上还有过滤器。
4.根据权利要求1所述的反应装置，其特征在于，所述上盖体和容器体通过螺纹螺旋连接。
5.根据权利要求1所述的反应装置，其特征在于，所述上盖体和容器体之间设有硅胶密封垫。
6.根据权利要求1所述的反应装置，其特征在于，所述置样承载架上设有拉环，拉环的两端与置样承载架相连接。
7.根据权利要求1所述的反应装置，其特征在于，所述置样承载架的底部设有凸块，所述凸块与所述支撑环上设置的凹槽相匹配。
8.根据权利要求1所述的反应装置，其特征在于，所述置样承载架的侧壁上设有延伸阻挡块，延伸阻挡块贴合置样承载架的内壁向上延伸。
9.根据权利要求1所述的反应装置，其特征在于，所述承样板上设有分流板，分流板上液体分流槽，所述分流槽上设有通向承样板底部的液体流道。
10.根据权利要求1所述的反应装置，其特征在于，所述输出管上还有三通阀，所述三通阀的一端与输出管相连，另一端与动力泵部件相连。
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