專利名稱：一種人工皮膚培養(yǎng)裝置及其使用方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于組織工程學(xué)醫(yī)用生物材料的制備裝置技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及人工皮膚培養(yǎng)裝置及其使用方法的改進(jìn)。
背景技術(shù)：
皮膚是覆蓋與保護(hù)體表的重要組織器官。由于炎癥、潰瘍、外傷、燒傷、醫(yī)源性以及先天性畸形等原因常造成皮膚的缺損和異常。近年來，隨著組織工程技術(shù)的發(fā)展，在體外構(gòu)建的組織工程皮膚已廣泛應(yīng)用于皮膚缺損的移植治療。組織工程皮膚是采用組織工程學(xué)原理與方法在體外制備的人工皮膚替代物，是將人成纖維細(xì)胞和表皮細(xì)胞大量擴(kuò)增后，再將表皮細(xì)胞、真皮成纖維細(xì)胞復(fù)合于膠原蛋白支架重組而成。由于組織工程技術(shù)還處于起步階段，在人工皮膚的生產(chǎn)中尚無成熟的專用設(shè)備及生產(chǎn)器具。中國專利200910024283. 2公開了一種用于組織工程皮膚生產(chǎn)的培養(yǎng)盒，由帶換液槽的底盒、盒蓋、以及培養(yǎng)托組成；其培養(yǎng)托在底盒內(nèi)為單層平鋪放置。該培養(yǎng)盒在應(yīng)用中存在以下問題(1)培養(yǎng)盒的應(yīng)用方式為靜態(tài)培養(yǎng)，其培養(yǎng)體系缺乏動(dòng)態(tài)監(jiān)控，僅憑經(jīng)驗(yàn)來控制調(diào)整培養(yǎng)過程(如更換培養(yǎng)液)，對于規(guī)模生產(chǎn)過程難以實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)范化的操作管理，導(dǎo)致產(chǎn)品的質(zhì)量不穩(wěn)定、效果不理想；(2)培養(yǎng)托側(cè)壁有均布的豎向通槽，在人工皮膚培養(yǎng)過程中會(huì)使托內(nèi)液體養(yǎng)分滲出，易造成所培養(yǎng)皮膚邊緣形成不規(guī)則突起；尤其是在復(fù)合細(xì)胞時(shí)，會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞混合液的滲出，造成細(xì)胞流失，導(dǎo)致所培養(yǎng)皮膚中細(xì)胞數(shù)量的不均勻；(3)培養(yǎng)托外底面的支腳結(jié)構(gòu)，使培養(yǎng)托在底盒內(nèi)容易發(fā)生位移，使位置不固定，尤其是對培養(yǎng)托或皮膚表面的自動(dòng)操作中，導(dǎo)致難以準(zhǔn)確定位；(4)換液槽位置在底盒側(cè)邊，加大了培養(yǎng)盒的橫向體積，在密集培養(yǎng)和存放時(shí)需要更大空間；(5)底盒與盒蓋間無縫隙，不利于氣體交換，影響皮膚培養(yǎng)的效果。

發(fā)明內(nèi)容
為解決上述現(xiàn)有技術(shù)所存在的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種人工皮膚培養(yǎng)裝置及其使用方法，使其更利于人工皮膚的自動(dòng)化和規(guī)范化生產(chǎn)。本發(fā)明所提出的人工皮膚培養(yǎng)裝置，包括培養(yǎng)底盒、盒蓋及培養(yǎng)托；其特征在于，所述的人工皮膚培養(yǎng)裝置由控制單元和培養(yǎng)單元組成，所述的控制單元包括計(jì)算機(jī)控制的氣體控制模塊、液體控制模塊、傳感器、氣體混合室、液體儲(chǔ)存室及控制面板；所述的培養(yǎng)單元包括培養(yǎng)底盒、盒蓋和培養(yǎng)托以及連接若干培養(yǎng)底盒的管路；其中氣體混合室和液體儲(chǔ)存室通過控制閥由管路分別與培養(yǎng)底盒相連接，氣體混合室內(nèi)的若干傳感器通過線路經(jīng)氣體控制模塊與控制面板連接，可以實(shí)現(xiàn)對培養(yǎng)過程中混合室內(nèi)氣體循環(huán)的動(dòng)態(tài)監(jiān)控；液體儲(chǔ)存室內(nèi)的若干傳感器通過線路經(jīng)液體控制模塊與控制面板連接，可以實(shí)現(xiàn)對培養(yǎng)過程中儲(chǔ)存室內(nèi)培養(yǎng)液循環(huán)的動(dòng)態(tài)監(jiān)控；通過控制面板的操作能實(shí)現(xiàn)對培養(yǎng)過程的設(shè)置、監(jiān)控及調(diào)整。本發(fā)明所述培養(yǎng)底盒的內(nèi)底表面設(shè)有突狀定位柱，用于錨定培養(yǎng)托的位置；培養(yǎng)底盒的尺寸與培養(yǎng)托的尺寸相適應(yīng)，培養(yǎng)托在底盒內(nèi)為I 4排排放，每排放置4 8個(gè)培養(yǎng)托；所述底盒外底部設(shè)有四個(gè)支腿，高4_ 10_，可防止外部液體的浸泡、便于搬運(yùn)；在底盒兩側(cè)分別設(shè)有氣、液體進(jìn)出的管路接ロ，通過管路將若干培養(yǎng)盒串接或并接，使盒內(nèi)的氣、液體分別形成流通回路，以便于進(jìn)行氣體和培養(yǎng)液的動(dòng)態(tài)監(jiān)控及更換；底盒與盒蓋間扣合密封。本發(fā)明所述培養(yǎng)托的底面有均勻分布的通孔，孔徑為Imm 2_，以保證皮膚培養(yǎng)過程中液體的滲透；培養(yǎng)托內(nèi)的高度為4mm IOmm,是根據(jù)所培養(yǎng)皮膚的厚度確定,側(cè)壁完整無開ロ ；培養(yǎng)托外底部均勻設(shè)有至少三個(gè)外翻支腳，在外翻支腳的橫折部位中央開有定位孔，定位孔與培養(yǎng)底盒內(nèi)的定位柱配合鑲嵌，使培養(yǎng)托能準(zhǔn)確錨定在底盒內(nèi)，便于自動(dòng)化操作的精確定位；培養(yǎng)托的總高度低于培養(yǎng)底盒內(nèi)高度4mm以上，以保證培養(yǎng)液的供給。
本發(fā)明的特征還在于，另設(shè)有與培養(yǎng)托能密封配合的附設(shè)圈，插入培養(yǎng)托內(nèi)増加側(cè)壁高度，附設(shè)圈高2mm 10mm，用于人工皮膚培養(yǎng)過程中避免細(xì)胞懸液的流失。本發(fā)明人工皮膚培養(yǎng)裝置的使用方法，在培養(yǎng)托底部鋪設(shè)與其相同大小的尼龍膜，將含細(xì)胞的凝膠溶液注入培養(yǎng)托，其側(cè)壁可有效避免溶液在固化前的流失；再將培養(yǎng)托以支腳上的定位孔與培養(yǎng)底盒定位柱相嵌錨定，密封扣合盒蓋，將培養(yǎng)盒用氣、液體管路分別連接，井分別與氣體混合室和培養(yǎng)液儲(chǔ)存室連通，在控制面板對培養(yǎng)過程及條件設(shè)置，并啟動(dòng)培養(yǎng)。培養(yǎng)期間，細(xì)胞逐漸伸展導(dǎo)致培養(yǎng)物的高度及面積收縮，使培養(yǎng)物脫離培養(yǎng)托內(nèi)壁。打開培養(yǎng)盒盒蓋，采用自動(dòng)打孔設(shè)備對培養(yǎng)物表面打孔后，在培養(yǎng)托內(nèi)套插入附設(shè)圏，注入細(xì)胞懸液，密封扣合盒蓋后繼續(xù)培養(yǎng)，至人工皮膚培養(yǎng)完成。本發(fā)明的人工皮膚培養(yǎng)裝置與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)1)人工皮膚的培養(yǎng)方式從靜態(tài)培養(yǎng)轉(zhuǎn)變?yōu)閯?dòng)態(tài)培養(yǎng)，可以對培養(yǎng)過程中的氣體(o2、co2)和培養(yǎng)液(葡萄糖、溫度、PH值、溶氧濃度)的組分條件分別進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)控和調(diào)整，實(shí)現(xiàn)培養(yǎng)液的自動(dòng)更換，増加了培養(yǎng)體系的穩(wěn)定性，減少了換液的盲目性和工作量，使得培養(yǎng)條件更科學(xué)、合理及穩(wěn)定；由于采用封閉體系培養(yǎng)，可顯著降低外界微生物侵入與污染的風(fēng)險(xiǎn)。2)培養(yǎng)方式從單個(gè)培養(yǎng)轉(zhuǎn)變?yōu)檎w培養(yǎng)，具有更加一致的培養(yǎng)條件，提高了批次間的均一性，増加了產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性，易于實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。3)培養(yǎng)托在底盒內(nèi)被精確錨定，使培養(yǎng)托在操作中不會(huì)發(fā)生位移，保證了自動(dòng)化操作的精確定位。4)封閉的自動(dòng)化培養(yǎng)無需換液槽等附屬結(jié)構(gòu)，使密集培養(yǎng)和存放的空間增加；5)培養(yǎng)托側(cè)壁無開ロ，避免了液體蛋白的滲漏，改善了人工皮膚的外形及穩(wěn)定性；附設(shè)圈結(jié)構(gòu)在復(fù)合細(xì)胞時(shí)，能有效避免細(xì)胞液的溢出，利于細(xì)胞的均勻分布，可以顯著提高人工皮膚的質(zhì)量。


附圖I為本發(fā)明人工皮膚培養(yǎng)裝置之培養(yǎng)盒的結(jié)構(gòu)示意圖，圖中I為盒蓋，2為密封墊圈，3為底盒，4為氣體管路接ロ，5為液體管路接ロ，6為定位柱，7為支腿，底盒與盒蓋采用卡扣結(jié)構(gòu)密封。附圖2為本發(fā)明所設(shè)計(jì)培養(yǎng)托與附設(shè)圈的結(jié)構(gòu)示意圖，圖中8為附設(shè)圏，9為定位孔，10為外翻支腳，11為培養(yǎng)托(側(cè)壁)。附圖3為本發(fā)明人工皮膚培養(yǎng)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，(三個(gè))培養(yǎng)盒采用串聯(lián)方式連接。附圖4為附圖3的另ー種結(jié)構(gòu)示意圖，(三個(gè))培養(yǎng)盒采用并聯(lián)方式連接。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對本發(fā)明技術(shù)方案作進(jìn)一步詳細(xì)說明。本發(fā)明中的培養(yǎng)盒、培養(yǎng)托和附設(shè)圈可選擇醫(yī)用級高分子材料或是金屬材料制備。如附圖I所示，培養(yǎng)盒由培養(yǎng)底盒與盒蓋構(gòu)成。底盒內(nèi)表面有突起的定位柱,用于錨定培養(yǎng)托的位置；底盒的長、寬與培養(yǎng)托的尺寸相適應(yīng)，培養(yǎng)托在底盒內(nèi)為2排排放，每排可放置7個(gè)培養(yǎng)托；底盒外底部有四個(gè)支腿，高度為5_。在底盒兩側(cè)各有上、下兩個(gè)管路接口，使培養(yǎng)室內(nèi)外相通；其中上方為氣體管路接口用于氣體交換，其高度要超過培養(yǎng)底盒內(nèi)培養(yǎng)液的液面；下方為培養(yǎng)液管路接口用于培養(yǎng)液的循環(huán)，其高度應(yīng)低于培養(yǎng)液的液面，以利于培養(yǎng)液的流動(dòng)；通過這些管路接口，可采用硅膠管將多個(gè)培養(yǎng)盒串接或是并接(參見圖3、4)，使體系內(nèi)的氣體和液體能分別形成流通的回路，以便于進(jìn)行氣體和培養(yǎng)液的動(dòng)態(tài)監(jiān)控及更換。底盒與盒蓋的密封方式可采用卡扣結(jié)構(gòu)，在底盒與盒蓋的外側(cè)設(shè)有相配合的卡扣結(jié)構(gòu)，其之間可以設(shè)有密封墊圈，以保證培養(yǎng)底盒與盒蓋的緊密閉合，避免漏氣。如附圖2所示，培養(yǎng)托底面有均勻分布的通孔，孔徑1mm，以保證人工皮膚培養(yǎng)時(shí)獲得充分的培養(yǎng)液；培養(yǎng)托高為5mm，側(cè)壁完整無開口 ；外底面有四個(gè)外翻支腳，其橫折部位的中央開有定位孔，其孔徑與所述的定位柱相配合，使培養(yǎng)托能精確錨定在底盒內(nèi)，便于自動(dòng)化操作的精確定位。附設(shè)圈為圓環(huán)狀結(jié)構(gòu)，其外徑與培養(yǎng)托內(nèi)徑相匹配，高為5_，可避免細(xì)胞懸液從人工皮膚表面的流失，有利于細(xì)胞的均勻分布，提高人工皮膚質(zhì)量的穩(wěn)定性。如附圖3和4所示，本發(fā)明人工皮膚培養(yǎng)裝置由控制單元和培養(yǎng)單元組成，控制單元包括計(jì)算機(jī)控制的氣體控制模塊、液體控制模塊、傳感器、氣體混合室、液體儲(chǔ)存室及控制面板。其中氣體混合室和液體儲(chǔ)存室通過控制閥由管路分別與培養(yǎng)盒相連接(圖中虛線管路為氣體流通管路，實(shí)線管路為液體流通管路)，氣體混合室內(nèi)的若干傳感器通過線路經(jīng)氣體控制模塊與控制面板連接，可以實(shí)現(xiàn)對培養(yǎng)過程中混合室內(nèi)氣體(02、0)2等)循環(huán)的動(dòng)態(tài)監(jiān)控；液體儲(chǔ)存室內(nèi)的若干傳感器通過線路經(jīng)液體控制模塊與控制面板連接，可以實(shí)現(xiàn)對培養(yǎng)過程中儲(chǔ)存室內(nèi)培養(yǎng)液(葡萄糖、溫度、PH值、溶氧濃度)循環(huán)的動(dòng)態(tài)監(jiān)控；通過控制面板的操作能實(shí)現(xiàn)對培養(yǎng)過程的設(shè)置、監(jiān)控及調(diào)整，并在出現(xiàn)異常時(shí)可進(jìn)行糾正，液體儲(chǔ)存室的培養(yǎng)液可根據(jù)監(jiān)控結(jié)果進(jìn)行定期自動(dòng)更換。其中，控制單元的配件可以按以下選型，控制面板選GP4000M系列人機(jī)界面觸摸屏，或3. 5和4英寸背光液晶屏及薄膜按鍵；控制模塊選歐姆龍、三菱或西門子等生產(chǎn)的可編程邏輯控制器(PLC)或是80c51單片機(jī)；氣體混合室內(nèi)裝置有SFC4000 (Sensirion)氣體質(zhì)量流量計(jì)/流量控制器，液體控制模塊連接WX-IOB微型蠕動(dòng)泵。實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)監(jiān)控的傳感器有O2濃度感應(yīng)器(日本產(chǎn)KE-25氧氣濃度傳感器)，CO2濃度感應(yīng)器(GT03-1112-BZ)，葡萄糖濃度監(jiān)測選XLFX-SBA-40C傳感器，溶氧濃度選QFOA-DH型系列氧氣分析儀傳感器，液體流量傳感器選LG1626 OEM(Sensirion)，壓力傳感器選SDP1000 (Sensirion), pH傳感器選5510GST三復(fù)合電極，酸堿度顯示表選BPH-200A顯示表，溫度傳感器選PTlOO傳感器或裝配式溫度傳感器或薄片式溫度傳感器(瑞士 Steiner Technik AG)。 本發(fā)明人工皮膚培養(yǎng)裝置的使用方法為在培養(yǎng)托底部鋪設(shè)與其同等大小的尼龍膜，再將成纖維細(xì)胞與膠原蛋白凝膠溶液混合均勻后注入培養(yǎng)托，將定位孔與定位柱相嵌固定，使培養(yǎng)托精確錨定在培養(yǎng)底盒內(nèi)，密封扣合盒蓋，將培養(yǎng)盒用氣、液體管路分別連接，可并接或串接，并分別與氣體混合室和培養(yǎng)液儲(chǔ)存室連通，在控制面板對培養(yǎng)過程及條件設(shè)置，并啟動(dòng)培養(yǎng)。培養(yǎng)期間，成纖維細(xì)胞逐漸伸展導(dǎo)致培養(yǎng)物的高度及面積收縮，使培養(yǎng)物脫離培養(yǎng)托內(nèi)壁。完成培養(yǎng)后打開盒蓋，采用自動(dòng)打孔設(shè)備對培養(yǎng)物表面打孔，在培養(yǎng)托內(nèi)插入附設(shè)圈，使其底部與人工皮膚緊密接觸，注入表皮細(xì)胞懸液，避免表皮細(xì)胞的流失，密封扣合盒蓋后繼續(xù)培養(yǎng)，至人工皮膚培養(yǎng)完成。在培養(yǎng)過程中對培養(yǎng)盒內(nèi)循環(huán)的氣體和培養(yǎng)液(葡萄糖、溫度、PH值、溶氧濃度等)的組分條件進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)控及調(diào)整。
權(quán)利要求
1.ー種人工皮膚培養(yǎng)裝置，包括培養(yǎng)底盒、盒蓋及培養(yǎng)托；其特征在于，所述的人工皮膚 培養(yǎng)裝置由控制單元和培養(yǎng)單元組成，所述的控制単元包括計(jì)算機(jī)控制的氣體控制模塊、液體控制模塊、傳感器、氣體混合室、液體儲(chǔ)存室及控制面板；所述的培養(yǎng)單元包括培養(yǎng)底盒、盒蓋和培養(yǎng)托以及連接若干培養(yǎng)底盒的管路；其中氣體混合室和液體儲(chǔ)存室通過控制閥由管路分別與培養(yǎng)底盒相連接，氣體混合室內(nèi)的若干傳感器通過線路經(jīng)氣體控制模塊與控制面板連接，實(shí)現(xiàn)對培養(yǎng)過程中混合室內(nèi)氣體循環(huán)的動(dòng)態(tài)監(jiān)控；液體儲(chǔ)存室內(nèi)的若干傳感器通過線路經(jīng)液體控制模塊與控制面板連接，實(shí)現(xiàn)對培養(yǎng)過程中儲(chǔ)存室內(nèi)培養(yǎng)液循環(huán)的動(dòng)態(tài)監(jiān)控；通過控制面板的操作能實(shí)現(xiàn)對培養(yǎng)過程的設(shè)置、監(jiān)控及調(diào)整。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的人工皮膚培養(yǎng)裝置，其特征在于，所述的培養(yǎng)底盒的內(nèi)底表面設(shè)有突狀定位柱，用于錨定培養(yǎng)托的位置；培養(yǎng)底盒的尺寸與培養(yǎng)托的尺寸相適應(yīng)，培養(yǎng)托在底盒內(nèi)為I 4排排放，每排放置4 8個(gè)培養(yǎng)托；所述底盒外底部設(shè)有四個(gè)支腿，高4_ 10_ ;在底盒兩側(cè)分別設(shè)有氣、液體進(jìn)出的管路接ロ，通過管路將若干培養(yǎng)盒串接或并接，使盒內(nèi)的氣、液體分別形成流通回路；底盒與盒蓋間扣合密封。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的人工皮膚培養(yǎng)裝置，其特征在于，所述的培養(yǎng)托的底面有均勻分布的通孔，孔徑為Imm 2mm ;培養(yǎng)托內(nèi)的高度為4mm IOmm,側(cè)壁完整無開ロ ；培養(yǎng)托外底部均勻設(shè)有至少三個(gè)外翻支腳，在外翻支腳的橫折部位中央開有定位孔，定位孔與培養(yǎng)底盒內(nèi)的定位柱配合鑲嵌；培養(yǎng)托的總高度低于培養(yǎng)底盒內(nèi)高度4_以上。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的人工皮膚培養(yǎng)裝置，其特征在干，所述的培養(yǎng)培養(yǎng)托設(shè)有與其能密封配合的附設(shè)圈，插入培養(yǎng)托內(nèi)增加側(cè)壁高度，附設(shè)圈高2mm 10mm。
5.按權(quán)利要求I至4所述人工皮膚培養(yǎng)裝置的使用方法，其特征在于，在培養(yǎng)托底部鋪設(shè)與其相同大小的尼龍膜，將含細(xì)胞的凝膠溶液注入培養(yǎng)托；再將培養(yǎng)托以支腳上的定位孔與培養(yǎng)底盒定位柱相嵌錨定，密封扣合盒蓋，將培養(yǎng)盒用氣、液體管路分別連接，并分別與氣體混合室和培養(yǎng)液儲(chǔ)存室連通，在控制面板對培養(yǎng)過程及條件設(shè)置，并啟動(dòng)培養(yǎng)；階段培養(yǎng)結(jié)束后，打開培養(yǎng)盒盒蓋，米用自動(dòng)打孔設(shè)備對培養(yǎng)物表面打孔后，在培養(yǎng)托內(nèi)套插入附設(shè)圈，注入細(xì)胞懸液，密封扣合盒蓋后繼續(xù)培養(yǎng)，至人工皮膚培養(yǎng)完成。
全文摘要
一種人工皮膚培養(yǎng)裝置及其使用方法，本發(fā)明由控制單元和培養(yǎng)單元組成，其中氣體混合室和液體儲(chǔ)存室通過控制閥由管路分別與培養(yǎng)底盒相連接，氣體混合室和液體儲(chǔ)存室內(nèi)的若干傳感器通過線路經(jīng)氣體、液體控制模塊與控制面板連接，可以實(shí)現(xiàn)對培養(yǎng)過程中氣體和培養(yǎng)液循環(huán)的動(dòng)態(tài)監(jiān)控；并通過控制面板能實(shí)現(xiàn)對培養(yǎng)過程的設(shè)置、監(jiān)控及調(diào)整。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明使人工皮膚的靜態(tài)培養(yǎng)轉(zhuǎn)變?yōu)閯?dòng)態(tài)培養(yǎng)，從單個(gè)培養(yǎng)轉(zhuǎn)變?yōu)檎w培養(yǎng)，通過動(dòng)態(tài)監(jiān)控和調(diào)整，實(shí)現(xiàn)培養(yǎng)液的自動(dòng)更換，增加了培養(yǎng)體系的穩(wěn)定性；采用封閉培養(yǎng)體系，可顯著降低微生物侵入污染的風(fēng)險(xiǎn)；提高了產(chǎn)品形態(tài)的均一性和質(zhì)量的穩(wěn)定性，易于實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化；適用于各種人工皮膚的培養(yǎng)。
文檔編號C12N5/07GK102618442SQ201210099969
公開日2012年8月1日 申請日期2012年4月6日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月6日
發(fā)明者張勇杰, 趙宇, 金巖 申請人:中國人民解放軍第四軍醫(yī)大學(xué)