專利名稱：施加滾動載荷與滑動載荷的生物反應(yīng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
施加滾動載荷與滑動載荷的生物反應(yīng)器
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及組織工程領(lǐng)域的生物反應(yīng)器，特別在滾動載荷和滑動載荷作 用下培養(yǎng)人工軟骨或骨軟骨的生物反應(yīng)器。
背景技術(shù)：
組織工程是近年來正在興起的一門新學(xué)科，是繼細(xì)胞生物學(xué)和分子生物學(xué)之 后，生命科學(xué)發(fā)展史上又一個新的里程碑，標(biāo)志著醫(yī)學(xué)將走出器官移植的范疇，步 入制造組織和器官的新時代。
關(guān)節(jié)軟骨缺損是外科常見的疾病之一，通常由外傷、手術(shù)切除、骨性關(guān)節(jié)炎 等慢性疾病引起。臨床上自體移植或異體移植也存在較大的限制和弊端。特別是 力學(xué)環(huán)境作用下培養(yǎng)不同形狀、具有承力功能的人工軟骨，可以更好地滿足臨床 需求。
滾動載荷確實是關(guān)節(jié)軟骨力學(xué)環(huán)境重要組成部分[2007100573319"滾動載荷用 于培養(yǎng)物培養(yǎng)的方法及生物反應(yīng)器"中國專利申請]，在關(guān)節(jié)運(yùn)動過程中還有滑 動現(xiàn)象，人工軟骨軟骨培養(yǎng)的力學(xué)環(huán)境應(yīng)當(dāng)盡可能模擬其天然環(huán)境，因此，滾動 載荷與滑動載荷耦合作用，是人工軟骨培養(yǎng)的重要環(huán)境。
專利WO2004/046304給出了壓力和剪應(yīng)力耦合作用的生物反應(yīng)器；發(fā)明專利 (申請?zhí)?00480038317.9，公開號CN 1898375A)介紹了用于對具有三維形狀、活 性和機(jī)械抗力的細(xì)胞移植體進(jìn)行培養(yǎng)和刺激的方法和生物反應(yīng)器。以軟骨組織工 程為例，Schulz和Bader， Ivan Martin總結(jié)了組織培養(yǎng)時的環(huán)境[TRENDS in Biotechnology Vol.22 No.2 ， 2004， pp80-86; EurBiophysJ， DOI 10.1007/s00249-007-0139-l， 2007]。包括(a)為電場；(b)錐形粘度計條件， 細(xì)胞在旋轉(zhuǎn)錐形體下方受到剪切力作用；(C)旋轉(zhuǎn)壁式生物反應(yīng)器給細(xì)胞提供微 重力環(huán)境，傳質(zhì)過程較好；(d)單項灌流系統(tǒng)；(e)拉伸條件；(f)水壓及灌 流條件；(g)直接壓縮。其后介紹了各種培養(yǎng)條件的耦合系統(tǒng)；特別是各種力學(xué) 條件的聯(lián)合使用。但都沒有涉及滾動加載與滑動載荷耦合的培養(yǎng)。
生物反應(yīng)器是組織工程化培養(yǎng)的重要因素，生物反應(yīng)器的目的是為體外組織 工程構(gòu)建提供合適的生長條件，使工程化組織獲得與活體組織有相似的結(jié)構(gòu)與功能。軟骨組織工程、骨組織工程是一門仿生科學(xué)，因此培養(yǎng)環(huán)境盡可能接近自然 條件，軟骨、骨是人體的承力組織，力學(xué)對軟骨、骨結(jié)構(gòu)、功能都有重要影響。 在骨軟骨培養(yǎng)中滾動加載與滑動載荷同時作用是合適的力學(xué)環(huán)境。

實用新型內(nèi)容
本實用新型的目的旨在為克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種的人工軟骨或骨軟 骨體外培養(yǎng)的施加滾動載荷與滑動載荷的生物反應(yīng)器。該生物反應(yīng)器可以對人工 軟骨或骨軟骨培養(yǎng)物在施加在滾動載荷的同時施加滑動載荷，形成人工軟骨或骨 軟骨生長的力學(xué)環(huán)境。
本實用新型為實現(xiàn)上述目的設(shè)計了一種施加滾動載荷與滑動載荷的生物反應(yīng) 器。包括底板，與底板連接的培養(yǎng)室，培養(yǎng)室內(nèi)的培養(yǎng)液灌注系統(tǒng)，及由曲柄連 桿機(jī)構(gòu)帶動滾動加載體的滾動加載機(jī)構(gòu)，其特征在于所說的生物反應(yīng)器還有一個 使?jié)L動加載體與培養(yǎng)室之間有相對滑動的機(jī)構(gòu)；所說的滑動機(jī)構(gòu)是將滾動加載機(jī) 構(gòu)中的滾動加載體所處的培養(yǎng)室通過滑動連接桿連接在由凸輪控制的驅(qū)動板上。 凸輪旋轉(zhuǎn)帶動驅(qū)動板再帶動培養(yǎng)室移動，與加載體形成相對移動。
本發(fā)明的有益效果是該施加滾動載荷與滑動載荷的生物反應(yīng)器結(jié)構(gòu)簡單， 可以實現(xiàn)滾動載荷與滑動載荷同時作用，使其加載方式更接近軟骨組織生長發(fā)育 的力學(xué)環(huán)境，在此載荷條件可能有利于細(xì)胞、組織的生長、發(fā)育。實驗表明滾動 與滑動載荷耦合作用組的軟骨細(xì)胞分泌的粘蛋白多糖高于僅滾動加載組和靜態(tài)培 養(yǎng)組。培養(yǎng)后的有不同曲面的培養(yǎng)物可作為移植物，應(yīng)用于不同部位軟骨缺損的 修復(fù)。


圖l為生物反應(yīng)器立體示意圖2為生物反應(yīng)器俯視示意圖3為生物反應(yīng)器主視示意圖4為滑動加載機(jī)構(gòu)中凸輪與驅(qū)動板示意圖5為鞍形滾動加載體與培養(yǎng)物示意圖6為單側(cè)鼓形滾動加載體與培養(yǎng)物示意圖。
圖中l(wèi)電機(jī)(a) ;2驅(qū)動軸3曲柄軸；4培養(yǎng)室上蓋；5叉形連桿；6培養(yǎng)液 出口；7培養(yǎng)室；8培養(yǎng)物；9高度調(diào)節(jié)螺桿；10支架；ll軌道；12導(dǎo)軌軸13加載體軸；14導(dǎo)向輪；15滾動加載體；16培養(yǎng)液進(jìn)口 ；17滑動連接桿；18驅(qū)動板；19凸輪；20 驅(qū)動軸(b); 21電機(jī)(b);22滑動支架；23底板；24人工骨或培養(yǎng)物底模。以下結(jié)合本實用新型的實施例參照附圖進(jìn)行詳細(xì)敘述。
具體實施方式如圖1-4所示。生物反應(yīng)器包括在底板23上安裝的培養(yǎng)室7，滾動加載機(jī)構(gòu)， 培養(yǎng)液灌注系統(tǒng)，滑動加載機(jī)構(gòu)和上蓋4等。各系統(tǒng)由計算機(jī)控制，滾動加載體在 培養(yǎng)箱內(nèi)運(yùn)行，培養(yǎng)室設(shè)有培養(yǎng)液進(jìn)口16和培養(yǎng)液出口6。生物反應(yīng)器的滾動加載 機(jī)構(gòu)將滾動加載體15置于培養(yǎng)室內(nèi)，滾動加載體軸的兩端通過一個叉形連桿5連接 在由電機(jī)(a) l帶動的曲柄軸3上。生物反應(yīng)器的滑動加載機(jī)構(gòu)是在培養(yǎng)室與底板 之間設(shè)置一副滑軌與滑槽組件，與培養(yǎng)室連接的滑動連接桿外端固定有一個內(nèi)部 為滑動配合安裝凸輪19的驅(qū)動板，凸輪則通過驅(qū)動軸(b)20與電機(jī)(b)21連接。滾動加載體通過軸部支撐結(jié)構(gòu)調(diào)整滾動加載體距離培養(yǎng)室底面的高度。這種 調(diào)整高度的機(jī)構(gòu)，可以是滾動加載體軸13的兩端于培養(yǎng)室7的外側(cè)各裝有一個導(dǎo)向 輪14，與導(dǎo)向輪接觸的軌道11通過高度調(diào)節(jié)螺桿9調(diào)整滾動加載體距離培養(yǎng)室底面 的高度。即與軌道ll接觸，在軌道上做純滾動；軌道11可沿導(dǎo)軌軸12上下滑動， 通過高度調(diào)節(jié)螺桿9調(diào)整軌道11高度，也調(diào)整導(dǎo)向輪14的高度，這樣就調(diào)整了滾動 加載體15距離培養(yǎng)室底面的高度。該導(dǎo)向輪的直徑可與滾動加載體的直徑相等或 不等。本實用新型的加載過程電機(jī)(a)l帶動驅(qū)動軸2驅(qū)動曲柄軸3，帶動叉形連桿5， 通過加載體軸13拉動滾動加載體15作往復(fù)直線滾動。導(dǎo)向輪14沿軌道11滾動，輪 與軌道ll之間磨擦足夠大，輪只能純滾動。滑動加載機(jī)構(gòu)中，電機(jī)(b) 21帶動驅(qū) 動軸(b) 20再帶動凸輪19旋轉(zhuǎn)，凸輪的旋轉(zhuǎn)又帶動裝在滑動支架22中的滑動連接 桿17按一定的速度往返移動，使得培養(yǎng)室攜帶著培養(yǎng)物與滾動加載體之間產(chǎn)生滑 動。通過高度調(diào)節(jié)螺桿9可以調(diào)整滾動加載體的水平高度，使培養(yǎng)物達(dá)到合適的變 形。根據(jù)實際需要滾動加載體的表面可以是需要的任何旋轉(zhuǎn)曲面(如圖5、圖6所 示)，也可以在培養(yǎng)物的下面襯墊培養(yǎng)物底模24，培養(yǎng)物就是骨軟骨，培養(yǎng)形成 不同形狀的培養(yǎng)物。
權(quán)利要求1、 一種施加滾動載荷與滑動載荷的生物反應(yīng)器，包括底板(23)，與底板 連接的培養(yǎng)室(7)，培養(yǎng)室內(nèi)的培養(yǎng)液灌注系統(tǒng)，及由曲柄連桿機(jī)構(gòu)帶動滾動加 載體(15)的滾動加載機(jī)構(gòu)，其特征在于所說的生物反應(yīng)器還有一個使?jié)L動加載體 與培養(yǎng)室之間有相對滑動的機(jī)構(gòu)；所說的滑動機(jī)構(gòu)是將滾動加載機(jī)構(gòu)中的滾動加 載體(15)所處的培養(yǎng)室(7)通過滑動連接桿(17)連接在由凸輪(19)控制的驅(qū)動板 (18)上。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的施加滾動載荷與滑動載荷的生物反應(yīng)器，其特征在 于所說的滾動加載體的表面是旋轉(zhuǎn)曲面。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的施加滾動載荷與滑動載荷的生物反應(yīng)器，其特征 在于所說的滾動加載體軸(13)的兩端于培養(yǎng)室(7)的外側(cè)各裝有一個導(dǎo)向輪(14)， 與導(dǎo)向輪接觸的軌道(11)通過高度調(diào)節(jié)螺桿(9)調(diào)整滾動加載體距離培養(yǎng)室底面 的高度。
專利摘要本實用新型公開了一種施加滾動載荷與滑動載荷的生物反應(yīng)器。包括底板，與底板連接的培養(yǎng)室，培養(yǎng)室內(nèi)的培養(yǎng)液灌注系統(tǒng)，及由曲柄連桿機(jī)構(gòu)帶動滾動加載體的滾動加載機(jī)構(gòu)，其特征在于所說的生物反應(yīng)器還有一個使?jié)L動加載體與培養(yǎng)室之間有相對滑動的機(jī)構(gòu)；所說的滑動機(jī)構(gòu)是將滾動加載機(jī)構(gòu)中的滾動加載體所處的培養(yǎng)室通過滑動連接桿連接在由凸輪控制的驅(qū)動板上。本實用新型的有益效果是該施加滾動載荷與滑動載荷的生物反應(yīng)器結(jié)構(gòu)簡單，可以實現(xiàn)滾動載荷與滑動載荷同時作用，使其加載方式更接近軟骨組織生長發(fā)育的力學(xué)環(huán)境，在此載荷條件可能有利于細(xì)胞、組織的生長、發(fā)育。
文檔編號C12M3/00GK201154961SQ200720096199

公開日2008年11月26日 申請日期2007年6月1日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月1日
發(fā)明者劉海英, 葉金鐸, 崔元璐, 張春秋, 王月新, 門玉濤 申請人:天津理工大學(xué)