CN106806039A - 旋转式细胞支架种植装置 - Google Patents

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李婷婷
王亚洲
樊星雨
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Abstract

本发明提供了一种旋转式细胞支架种植装置，包括装置体和上位机界面。所述装置体内设有核心板和接口板，构成微处理器；微处理器分别与温度传感器及通过固态继电器与加热棒相连，实现恒温控制；微处理器控制CO2传感器与CO2气路、紫外灯及通过驱动器与电机相连，电机机轴上固定有共培养模具，模具内放置细胞培养液与血管内支架，提供无菌种植环境。所述上位机界面通过串口与微处理器连接，上位机界面、红外遥控和液晶显示完成温度、转速、CO2的实时监测与调控、数据存储及显示。本发明解决了血管内支架上细胞生长分布不均、粘附不牢等问题，使用方便，不需要使用CO2恒温培养箱即可独立作业，实现细胞支架的种植功能，具有应用及临床价值。

Description

旋转式细胞支架种植装置
【技术领域】
本发明涉及医疗器械及组织工程学领域，特别是提出了一种模拟细胞三维培养的旋转式细胞支架种植装置。
【背景技术】
在冠脉狭窄类心血管类疾病的治疗中，血管内支架的作用举足轻重。目前的血管内支架的研究主要集中在支架载药及可降解方面，但是最终目的都是为了治疗期间的内皮化过程。研究发现，在血管疾病的治疗上，体外细胞种植支架是更为直接的内皮化方法，在同等条件下，内皮细胞种植的支架能取得较好的组织相容性和血液相容性，更有利于心血管疾病的治疗，结合细胞培养工程，细胞支架种植技术应用而生。
细胞支架种植技术是将血管内支架作为细胞载体，在其表面喷涂上一层介质，将基因修饰的细胞种植到支架的表面后，植入体内，以达到细胞接种的目的，从而可以治疗动脉粥样硬化中受损内皮等。细胞支架种植支架带动了细胞支架种植装置的研发。
但是常规的体外静态培养方法由于重力作用，几乎不可能建立体内组织细胞所处的局部三维立体微环境，不能够为组织细胞提供正常生长发育的环境条件，细胞失去原有的立体形态，造成支架上细胞粘附不佳等问题。而细胞三维培养技术又促进了组织工程学的发展，旋转式细胞培养***通过反应器的不断旋转，模拟微重力环境，为其开创了一个新研究领域。
现有细胞支架种植装置虽然能制备出符合一定要求的细胞支架，但是在实验研究和使用中，暴露出的问题如下：1.支架局部出现生长不均匀、粘附不牢、细胞脱落等现象；2.装置需要借助于CO2恒温培养箱提供相应的培养条件；3.不能批量化生产细胞支架；4.不能动态监视培养环境，缺乏培养条件失调时报警***；5.设备自动化程度较低，使用繁琐。
【发明专利内容】
本发明针对上有技术存在的缺陷，提供了一种旋转式细胞支架种植装置。
本发明的技术方案如下：旋转式细胞支架种植装置，包括装置体(1)和上位机界面(2)。所述装置体内设有核心板和接口板，构成微处理器；微处理器与温度传感器及通过固态继电器与加热棒相连，实现恒温控制；微处理器控制CO2传感器与CO2气路、紫外灯及通过驱动器与电机相连，电机机轴上固定连接共培养模具，模具内放置细胞培养液与血管内支架，提供无菌种植环境。所述上位机界面通过串口与微处理器连接，上位机界面、红外遥控和液晶显示完成温度、转速、CO2的实时监测与调控、数据存储及显示。本发明解决了血管内支架上细胞生长分布不均、粘附不牢等问题，使用方便，不需要使用CO2恒温培养箱即可独立作业，实现细胞支架的种植功能，具有应用及临床价值。
所述装置体内设有鼓风机，搅拌使培养室温度更均匀，所述培养室的温控范围：37.0±0.1℃，恒温后培养室的温度波动≤0.1℃，CO2浓度为5％。
所述电机为步进电机，正转、反转的转速均连续可调，转速范围在0～5转/分钟。
所述微处理器上设有温度及CO2浓度异常报警装置。
所述共培养模具内腔直径为60mm，模具上有两个对称支管，直径4mm，便于细胞培养液的更换，共培养模具的一端覆有透气不透液的半透膜，便于气体交换；共培养模具有多个支架固定点，可实现细胞支架的批量化制备。
所述装置通过红红外遥控或者上位机即可使用。
本发明的有益效果在于：装置实现了自动化控制，使用简单；可进行独立作业，无需借助于CO2恒温培养箱；上位机及报警***提高了故障监测率，培养条件失调时，可以使我们在第一时间发现问题，避免实验误操作的发生；可提供稳定的共培养环境，使细胞在血管内支架上均匀、牢固生长；多个支架固定点可实现细胞支架的批量化制备，种植效率高，节约时间。
【附图说明】
图1是旋转式细胞支架种植装置的结构示意图；
图2是共培养模具结构示意图；
图3是CO2气路结构示意图；
图4是上位机端功能图。
图中：1.装置体；9.培养室；151.模具体；152.模具盖；153.固定连接件；154.支架固定点；155.支管；156.小槽；157.螺孔；158.孔道。
【具体实施方式】
以下所述为本发明专利的具体实施方式。
如图1所示，该旋转式细胞支架种植装置主要包括装置体1和上位机2。装置体1内设有核心板3和接口板4，构成微处理器，设有开关组，包括设备电源开关、紫外灯开关、鼓风机开关，上位机2或红外遥控上均设有温控、气体控制及转速控制开关。微处理器与温度传感器5及通过固态继电器6与加热棒7相连，装置体1内的鼓风机8搅拌使培养室9温度更均匀，实现培养室9恒温控制，温控范围：37.0±0.1℃，恒温后温度波动≤0.1℃；微处理器控制CO2传感器10与CO2气路11、紫外灯12及通过驱动器13与步进电机14相连，电机机轴上固定连接共培养模具15，模具内放置细胞培养液与血管内支架，电机正、反转转速均连续可调，转速范围在0～5转/分钟，控制CO2浓度为5％。微处理器内载PID控制算法与报警***，若温度或CO2气路异常时均报警。装置体1上设有红外接收头16与液晶显示屏17，进行红外遥控器的参数设置功能与参数显示功能。
如图2所示，上位机2通过串口18通信，不仅可以设置图中所示的培养环境参数，还可以对其进行同步监测、显示、存储。此外，装置使用时，也可以只使用红外遥控器实现上位机的部分相关操作。
如图3所示，共培养模具15为装置体的核心部件之一，内腔直径为60mm，内置细胞培养液与血管内支架，由模具体151、模具盖152、固定连接件153三部分组成，模具体151底部均匀排列多个血管支架固定点154，***适当长度牙签，将支架套挂在牙签上即可固定支架，可实现细胞支架的批量化制备；侧面对称开有两个对称支管155，直径4mm，便于细胞培养液的更换。模具盖上开有多个小槽156，在该模具盖的左面覆有透气不透液的半透膜，便于气体交换。用固定连接件153通过螺孔157用螺钉固定模具体151和模具盖152，防止液体漏出，电机机轴通过孔道158，螺母固定，实现旋转培养。
如图4所示，CO2气路由储气瓶、调速阀、电磁阀组、节流阀、过滤器、微处理器组成。微处理器控制调速阀、电磁阀1、过滤器三者作用首先使CO2气体充满培养室，此后调整调速阀，打开电磁阀2与节流阀，实现微量补气。
种植前24h，按下紫外灯开关，对箱体进行灭菌，种植前10min打开气体控制开关，使CO2气体充满培养室。种植时，固定好共培养模具后，按下电源开关与鼓风机开关，设备通电，设置温度及旋转相关参数后按下温控及转速控制开关，同时上位机及液晶显示培养条件。控制器内载PID控制算法与报警***，此期间，若温度或气路异常时均报警。种植完成时，依次关闭上位机或红外遥控开关组、装置体开关组。
应说明的是，本发明也适用于人工血管上的细胞种植，以上实施仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围中。

Claims (8)

1.一种旋转式细胞支架种植装置，其特征在于：包括装置体(1)和上位机(2)，所述装置体(1)内设有核心板(3)和接口板(4)，构成微处理器。
2.根据权利要求1所述旋转式细胞支架种植装置，其特征在于：所述微处理器分别与温度传感器(5)及通过固态继电器(6)与加热棒(7)相连，所述装置体(1)内设有鼓风机(8)，搅拌使培养室(9)温度更均匀，实现恒温控制，所述培养室(9)的温控范围：37.0±0.1℃，恒温后培养室(9)的温度波动≤0.1℃。
3.根据权利要求1所述旋转式细胞支架种植装置，其特征在于：微处理器控制CO2传感器(10)与CO2气路(11)、紫外灯(12)及通过驱动器(13)与电机(14)相连，电机机轴上固定有共培养模具(15)，模具内放置细胞培养液与血管内支架，提供无菌种植环境，控制CO2浓度保持在5％。
4.根据权利要求1所述旋转式细胞支架种植装置，其特征在于：所述装置体(1)上设有红外接收头(16)，利用红外遥控器相关参数的设置，所述装置体(1)上设有液晶显示屏(17)，实现参数显示功能。
5.根据权利要求1所述旋转式细胞支架种植装置，其特征在于：上位机界面(2)通过串口(18)与装置体(1)进行通信，实现对温度、转速、CO2相关参数的设置、实时监测、数据存储及显示。
6.根据权利要求2所述旋转式细胞支架种植装置，其特征在于：所述微处理器上设有温度及CO2异常报警装置。
7.根据权利要求2所述旋转式细胞支架种植装置，其特征在于：所述电机(12)的正、反转速度均连续可调，转速范围在0～5转/分钟。
8.根据权利要求2所述旋转式细胞支架种植装置，其特征在于：所述共培养模具(15)内腔直径为60mm，模具上有两个对称支管，直径4mm，便于细胞培养液的更换，共培养模具的一端覆有透气不透液的半透膜，便于气体交换；共培养模具有多个血管内支架固定点，可实现细胞支架的批量化制备。
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