專利名稱：一種人體韌帶組織工程生物反應(yīng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種人體韌帶組織工程生物反應(yīng)器，屬組織工程生物反應(yīng)器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
生物反應(yīng)器是組織工程研究中用于人體韌帶等組織體外培養(yǎng)的關(guān)鍵設(shè)備。在韌帶體外培養(yǎng)過(guò)程中，適度的機(jī)械應(yīng)力刺激對(duì)組織的形成以及組織的功能化起促進(jìn)作用，能夠改善工程化組織的特性。但是對(duì)于所需應(yīng)力的強(qiáng)度大小、作用頻率、持續(xù)性或間斷性以及工作循環(huán)等特性仍知之甚少。
目前，該類型的生物反應(yīng)器主要由反應(yīng)器培養(yǎng)室、直線和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)、培養(yǎng)液循環(huán)控制裝置、參數(shù)測(cè)量裝置、溫度控制裝置等部分構(gòu)成。將種植了干細(xì)胞的三維支架裝夾到反應(yīng)器培養(yǎng)室內(nèi)上下兩個(gè)錨軸上，運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)使支架隨錨軸產(chǎn)生直線拉伸/壓縮和圓周扭轉(zhuǎn)位移，從而對(duì)支架及其上的細(xì)胞或組織產(chǎn)生拉/壓和扭轉(zhuǎn)應(yīng)力刺激。直線運(yùn)動(dòng)由步進(jìn)電機(jī)、齒輪副和滑動(dòng)絲杠螺母副實(shí)現(xiàn)，旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)由另一臺(tái)步進(jìn)電機(jī)和齒輪副實(shí)現(xiàn)?，F(xiàn)有的這些組織工程生物反應(yīng)器的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)部件隨著拉伸錨軸一起作直線位移，增加了直線運(yùn)動(dòng)的慣量，從而對(duì)直線位移的速度控制產(chǎn)生不利影響；實(shí)現(xiàn)直線位移的傳動(dòng)鏈的傳動(dòng)效率較低，且易因潤(rùn)滑不良而產(chǎn)生振動(dòng)和噪音，有可能對(duì)細(xì)胞生長(zhǎng)不利；并列的多培養(yǎng)室結(jié)構(gòu)需要較大的安裝操作空間，且不利于肉眼觀察培養(yǎng)室內(nèi)的細(xì)胞生長(zhǎng)情況；當(dāng)采用多個(gè)培養(yǎng)室同時(shí)進(jìn)行細(xì)胞或組織培養(yǎng)時(shí)，由于支架的松弛程度不一致而引起拉/壓應(yīng)力不一致時(shí)，不便于調(diào)整；缺少必要的直線位移和扭轉(zhuǎn)位移的檢測(cè)與顯示裝置。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種人體韌帶組織工程生物反應(yīng)器，能進(jìn)行拉伸/壓縮和雙向扭轉(zhuǎn)多維應(yīng)力加載，可自動(dòng)檢測(cè)支架松弛情況并能進(jìn)行支架松弛在線補(bǔ)償，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊，使用方便的特點(diǎn)。本發(fā)明是通過(guò)如下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)上述目的的。在一種人體韌帶組織工程生物反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)中，設(shè)置有底座、底盤、連接桿、下固定盤、主動(dòng)齒輪、旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)電機(jī)、立柱、上固定盤、直線驅(qū)動(dòng)電機(jī)、移動(dòng)盤、頂盤、直線位移傳感器、驅(qū)動(dòng)桿、拉/壓應(yīng)力和扭矩傳感器、聯(lián)軸器、錨桿、反應(yīng)器培養(yǎng)室、支架、錨座、轉(zhuǎn)盤、從動(dòng)齒輪、滾針推力軸承；在頂盤和下固定盤之間，對(duì)稱分布并固定連接有三根立柱；在下固定盤上，呈圓周對(duì)稱分布設(shè)置有六個(gè)反應(yīng)器培養(yǎng)室；在立柱上，在頂盤和下固定盤之間，依次設(shè)置有移動(dòng)盤和上固定盤；移動(dòng)盤和立柱之間通過(guò)滾動(dòng)軸承相連接；上固定盤固定連接在立柱上；直線驅(qū)動(dòng)電機(jī)固定安裝在上固定盤上，其輸出軸通過(guò)螺紋連接固定在移動(dòng)盤的中心上；直線位移傳感器安裝在上固定盤上，其測(cè)量探頭連接在移動(dòng)盤上；驅(qū)動(dòng)桿的上部設(shè)有螺紋，通過(guò)螺紋連接固定在移動(dòng)盤上；驅(qū)動(dòng)桿的下部安裝有拉/壓應(yīng)力和扭矩傳感器，并通過(guò)聯(lián)軸器與錨桿相連接；反應(yīng)器培養(yǎng)室安裝在轉(zhuǎn)盤上、錨座安裝在反應(yīng)器培養(yǎng)室的底部；錨桿的下端插入到反應(yīng)器培養(yǎng)室中；種植了細(xì)胞的支架安裝在錨桿與錨座之間；旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)電機(jī)安裝在下固定盤的中心上、其輸出軸向下穿過(guò)下固定盤，主動(dòng)齒輪安裝在旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的輸出軸上；轉(zhuǎn)盤的中心軸向下穿過(guò)下固定盤，從動(dòng)齒輪安裝在轉(zhuǎn)盤的中心軸上；主動(dòng)齒輪與從動(dòng)齒輪相嚙合；底盤通過(guò)滾針推力軸承安裝在底座上。本發(fā)明與現(xiàn)有的技術(shù)相比具有如下有益效果I.本發(fā)明可提供拉伸/壓縮和雙向扭轉(zhuǎn)等多維應(yīng)力加載，可實(shí)現(xiàn)單獨(dú)控制和聯(lián)動(dòng)控制的直線運(yùn)動(dòng)和雙向扭轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，能實(shí)現(xiàn)應(yīng)力、位移的自動(dòng)測(cè)量、控制和顯示，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便。
2.本發(fā)明的6個(gè)反應(yīng)器培養(yǎng)室呈圓周對(duì)稱分布，反應(yīng)器整體可±180°轉(zhuǎn)位，便于安裝和觀察各個(gè)培養(yǎng)室。3.本發(fā)明可自動(dòng)檢測(cè)各支架松弛情況并獨(dú)立進(jìn)行支架松弛在線補(bǔ)償。


圖I為本發(fā)明的總體結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明的培養(yǎng)室位置的分布示意圖。在圖中1.底座、2.底盤、3.連接桿、4.下固定盤、5.主動(dòng)齒輪、6.旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)電機(jī)、7.立柱、8.上固定盤、9.直線驅(qū)動(dòng)電機(jī)、10.移動(dòng)盤、11.頂盤、12.直線位移傳感器、13.驅(qū)動(dòng)桿、14.拉/壓應(yīng)力和扭矩傳感器、15.聯(lián)軸器、16.錨桿、17.反應(yīng)器培養(yǎng)室、18.支架、19.錨座、20.轉(zhuǎn)盤、21.從動(dòng)齒輪、22.滾針推力軸承。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明一種人體韌帶組織工程生物反應(yīng)器由底座I、底盤2、連接桿3、下固定盤4、主動(dòng)齒輪5、旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)電機(jī)6、立柱7、上固定盤8、直線驅(qū)動(dòng)電機(jī)9、移動(dòng)盤10、頂盤11、直線位移傳感器12、驅(qū)動(dòng)桿13、拉/壓應(yīng)力和扭矩傳感器14、聯(lián)軸器15、錨桿16、反應(yīng)器培養(yǎng)室17、支架18、錨座19、轉(zhuǎn)盤20、從動(dòng)齒輪21、滾針推力軸承22組成；在頂盤11和下固定盤4之間，對(duì)稱分布并固定連接有三根立柱7 ;在下固定盤4上，呈圓周對(duì)稱分布設(shè)置有六個(gè)反應(yīng)器培養(yǎng)室17 ;在立柱7上，在頂盤11和下固定盤4之間，依次設(shè)置有移動(dòng)盤10和上固定盤8 ;移動(dòng)盤10和立柱7之間通過(guò)滾動(dòng)軸承相連接；上固定盤8固定連接在立柱7上；直線驅(qū)動(dòng)電機(jī)9固定安裝在上固定盤8上，其輸出軸通過(guò)螺紋連接固定在移動(dòng)盤10的中心上；移動(dòng)盤10可以沿立柱7作上下直線運(yùn)動(dòng)；直線位移傳感器12安裝在上固定盤8上，其測(cè)量探頭連接在移動(dòng)盤10上；通過(guò)測(cè)量移動(dòng)盤10直線位移的大小從而得到支架18的拉伸/壓縮位移量；驅(qū)動(dòng)桿13的上部設(shè)有螺紋，通過(guò)螺紋連接固定在移動(dòng)盤10上，驅(qū)動(dòng)桿13的下部安裝有拉/壓應(yīng)力和扭矩傳感器14，并通過(guò)聯(lián)軸器15與錨桿16相連接；拉/壓應(yīng)力和扭矩傳感器14為集成傳感器，可測(cè)得支架18的拉伸/壓縮應(yīng)力和扭轉(zhuǎn)力矩的大??；采用透明工程塑料制成的圓柱形的反應(yīng)器培養(yǎng)室17安裝在轉(zhuǎn)盤20上、錨座19安裝在反應(yīng)器培養(yǎng)室17的底部；錨桿16的下端插入到反應(yīng)器培養(yǎng)室17中；種植了細(xì)胞的支架18安裝在錨桿16與錨座19之間；旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)電機(jī)6安裝在下固定盤4的中心上、其輸出軸向下穿過(guò)下固定盤4，主動(dòng)齒輪5安裝在旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)電機(jī)6的輸出軸上；轉(zhuǎn)盤20的中心軸向下穿過(guò)下固定盤4，從動(dòng)齒輪21安裝在轉(zhuǎn)盤20的中心軸上；主動(dòng)齒輪5與從動(dòng)齒輪21相嚙合；底盤2通過(guò)滾針推力軸承22安裝在底座I上，使生物反應(yīng)器能實(shí)現(xiàn)± 180°的轉(zhuǎn)位。
權(quán)利要求
1.一種人體韌帶組織工程生物反應(yīng)器，由底座(I)、連接桿(3)、下固定盤(4)、立柱(7)、上固定盤(8)、頂盤(11)、驅(qū)動(dòng)桿(13)、聯(lián)軸器(15)、錨桿(16)、反應(yīng)器培養(yǎng)室(17)、支架(18)、錨座(19)組成，其特征在于在其結(jié)構(gòu)中設(shè)置有底盤(2)、主動(dòng)齒輪(5)、旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)電機(jī)出)、直線驅(qū)動(dòng)電機(jī)(9)、移動(dòng)盤(10)、直線位移傳感器(12)、拉/壓應(yīng)力和扭矩傳感器(14)、轉(zhuǎn)盤(20)、從動(dòng)齒輪(21)、滾針推力軸承(22);在頂盤(11)和下固定盤(4)之間，對(duì)稱分布并固定連接有三根立柱(7);在下固定盤(4)上，呈圓周對(duì)稱分布設(shè)置有六個(gè)反應(yīng)器培養(yǎng)室(17);在立柱(7)上，在頂盤(11)和下固定盤(4)之間，依次設(shè)置有移動(dòng)盤(10)和上固定盤(8);上固定盤(8)固定連接在立柱(7)上；直線驅(qū)動(dòng)電機(jī)(9)固定安裝在上固定盤(8)上，其輸出軸通過(guò)螺紋連接固定在移動(dòng)盤(10)的中心上；直線位移傳感器(12)安裝在上固定盤(8)上，其測(cè)量探頭連接在移動(dòng)盤(10)上；驅(qū)動(dòng)桿(13)的上部設(shè)有螺紋，通過(guò)螺紋連接固定在移動(dòng)盤(10)上，驅(qū)動(dòng)桿(13)的下部安裝有拉/壓應(yīng)力和扭矩傳感器(14)，并通過(guò)聯(lián)軸器(15)與錨桿(16)相連接；反應(yīng)器培養(yǎng)室(17)安裝在轉(zhuǎn)盤(20)上、錨座(19)安裝在反應(yīng)器培養(yǎng)室(17)的底部；錨桿(16)的下端插入到反應(yīng)器培養(yǎng)室(17)中；支架(18)安裝在錨桿(16)與錨座(19)之間；旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)電機(jī)(6)安裝在下固定盤⑷的中心上、其輸出軸向下穿過(guò)下固定盤(4)，主動(dòng)齒輪(5)安裝在旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)電機(jī)￠)的輸出軸上;轉(zhuǎn)盤(20)的中心軸向下穿過(guò)下固定盤(4)，從動(dòng)齒輪(21)安裝在轉(zhuǎn)盤(20)的中心軸上；主動(dòng)齒輪(5)與從動(dòng)齒輪(21)相嚙合。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種人體韌帶組織工程生物反應(yīng)器，其特征在于移動(dòng)盤(10)和立柱(7)之間通過(guò)滾動(dòng)軸承相連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種人體韌帶組織工程生物反應(yīng)器，其特征在于底盤(2)通過(guò)滾針推力軸承(22)安裝在底座(I)上。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種人體韌帶組織工程生物反應(yīng)器，其特征在于在頂盤(11)和下固定盤(4)之間，對(duì)稱分布并固定連接有三根立柱(7)；在下固定盤(4)上，呈圓周對(duì)稱分布設(shè)置有六個(gè)反應(yīng)器培養(yǎng)室(17)；直線驅(qū)動(dòng)電機(jī)(9)安裝在上固定盤(8)上，其輸出軸連接固定在移動(dòng)盤(10)的中心上；直線位移傳感器(12)安裝在上固定盤(8)上，拉/壓應(yīng)力和扭矩傳感器(14)通過(guò)聯(lián)軸器(15)與錨桿(16)相連接；支架(18)安裝在錨桿(16)與錨座(19)之間；旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)電機(jī)(6)安裝在下固定盤(4)的中心上。本發(fā)明能進(jìn)行拉伸/壓縮和雙向扭轉(zhuǎn)多維應(yīng)力加載，可自動(dòng)檢測(cè)支架松弛情況并能進(jìn)行支架松弛在線補(bǔ)償，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊，使用方便的特點(diǎn)。
文檔編號(hào)C12M3/00GK102796664SQ20111013914
公開日2012年11月28日 申請(qǐng)日期2011年5月27日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月27日
發(fā)明者吳修德, 王雄 申請(qǐng)人:長(zhǎng)江大學(xué)