專利名稱：輥體繞環(huán)形培養(yǎng)室轉動施載的生物反應器的制作方法
技術領域：
輥體繞環(huán)形培養(yǎng)室轉動施載的生物反應器技術領域：
本實用新型涉及細胞工程或組織工程領域，特別是一種輥體繞環(huán)形培養(yǎng)室轉 動施載的生物反應器。背景技術：
細胞工程和組織工程是體外培養(yǎng)細胞應用于各種領域的高科技，這些應用領域包 括利用細胞培養(yǎng)，進行組織再生、人工器官研制、生物活性材料制造以及活性蛋白質 的產出等。細胞工程和組織工程的發(fā)展已展現(xiàn)出臨床應用的巨大潛力，如工程化構建 的組織已成為組織缺損治療理想的替代物。在細胞工程和組織工程的發(fā)展中，生物反 應器起了重要作用。其中力學環(huán)境在生物反應器中占有重要位置，因為力學因素影響 生物體的整體，器官、組織、細胞和分子水平等各層次的生物學過程，力學條件可以 優(yōu)化細胞生物學行為和組織的結構和功能。當前己研制出一些生物反應器，可對細胞、組織施加不同力學環(huán)境進行培養(yǎng)。 很多力學加載過程是往復運動或由較小到極值的交替轉變過程，如專利 WO2004/046304的生物反應器給出的剪應力作用；專利[有不同曲面的人工骨或骨 軟骨體外培養(yǎng)的方法及生物反應器]，申請?zhí)?00710Q57514.0，這樣對培養(yǎng)物不能 達到均勻加載。這里主要是設計一種可均勻施加載荷的培養(yǎng)方法，均勻施加載荷 促進培養(yǎng)物形態(tài)、結構的勻質生長，為培養(yǎng)物大批量培養(yǎng)、保證相同質量提供一 種新方法。
實用新型內容本實用新型的目的旨在改進現(xiàn)有技術的不足，而提供一種輥體繞環(huán)形培養(yǎng)室轉動 施載的生物反應器。該生物反應器在組織培養(yǎng)的條件下，可對培養(yǎng)物施加均勻滾動載 荷或均勻滑動載荷作用，也可兩種載荷的復合作用，有利于培養(yǎng)物的勻質生長。為實現(xiàn)以上實用新型目的本實用新型公開了一種輥體繞環(huán)形培養(yǎng)室轉動施 載的生物反應器，包括底架，培養(yǎng)室，培養(yǎng)室內的培養(yǎng)液灌注系統(tǒng)，輥體及傳動 機構，其特征在于所述培養(yǎng)室是一個支撐在底架環(huán)形滑軌上，中孔套裝在底架中部環(huán)臺外徑上 的環(huán)形培養(yǎng)室；所述輥體是有著長輥體軸的輥動體，并在長輥體軸的中部固定有導向輪；所述傳動機構分為輥體傳動機構和環(huán)形培養(yǎng)室傳動機構，其中所述輥體傳 動機構包括一個位于底架和環(huán)形培養(yǎng)室的圓心處的驅動軸，驅動軸由底架下方的 電機驅動，且驅動軸位于底架上方的部分從驅動軸的徑向插入裝有軸承的輥體軸， 所述輥體與環(huán)形培養(yǎng)室底面為線接觸，輥體軸上的導向輪支撐在底架中部的環(huán)臺 上；所述環(huán)形培養(yǎng)室傳動機構包括由電機驅動的摩擦輪，以及與摩擦輪接觸的、 在環(huán)形培養(yǎng)室的外徑處的摩擦帶。本實用新型的有益效果是本實用新型中的驅動軸帶動輥體軸在環(huán)形培養(yǎng)室 中公轉，且在摩擦力作用下使輥體自轉，從而實現(xiàn)均勻施加載荷促進培養(yǎng)物形態(tài)、 結構的勻質生長，為培養(yǎng)物大批量培養(yǎng)、保證相同質量提供一種新裝置。另外， 滾動加載過程中還可對培養(yǎng)物施加扭轉載荷作用，增加了一種新的力學作用條件， 如膝關節(jié)軟骨的培養(yǎng)中此培養(yǎng)方法的力學條件更接近活體，扭轉載荷作用類似關 節(jié)外旋或內旋的過程。
圖l為生物反應器立體示意圖；圖2為生物反應器剖面示意圖；圖3為圓柱形輥體及輥體軸支撐機構示意圖；圖4為倒錐形輥體及輥體軸支撐機構示意圖；圖5為連接桿連接輥體的輥體示意圖；圖中1電機a; 2驅動軸；3輥體軸；4輥體；5支架；6調節(jié)螺桿；7培 養(yǎng)室；8培養(yǎng)物；9固定槽；10固定凸臺；11滑動軌道；12軸承；13底架； 14導向輪；15磨擦帶；16電機b; 17底板；18摩擦輪；19液體滑動密封件；20彈簧圈；21進液口； 22出液口。以下結合本實用新型的實施例參照附圖進行詳細敘述。
具體實施方式如圖l-5所示。本實用新型用于均勻滾動載荷和均勻滑動載荷作用下對培養(yǎng) 物8培養(yǎng)的生物反應器。包括底架13，培養(yǎng)室7，培養(yǎng)室內的培養(yǎng)液灌注系統(tǒng)，輥 體4及傳動機構。其中反應器的環(huán)形培養(yǎng)室通過底部與環(huán)形滑軌ll間的凹凸槽軌結構支撐在底架 13上，培養(yǎng)室的中孔套裝在底架中部環(huán)臺外徑上。環(huán)臺之上還設有一個支撐在彈 簧圈20上的墊環(huán)。而且為了保證培養(yǎng)室進液口21和出液口22與管路的固定連接方 式，培養(yǎng)室分成上、下兩部分。培養(yǎng)室上、下兩部分之間有液體滑動密封件19用 于密封。反應器的輥體是有著長輥體軸3的輥動體，輥體的工作面與輥體軸心線夾角 為-45° —45 ° ，且輥體表面也可以均勻敷硅膠膜，膜厚范圍l-5mm。所用硅膠膜 無毒、彈性模量與軟骨相似，滾動過程中與關節(jié)處軟骨的力學環(huán)境更接近。輥體 可以直接固定在輥體軸的端部，或者輥體軸通過一對連接桿連接可轉動的輥體。 同時在長輥體軸的中部固定有導向輪14。反應器的輥體傳動機構有一個位于底架和環(huán)形培養(yǎng)室的圓心處的驅動軸2， 驅動軸由底架下方的電機a l驅動。驅動軸可以在中部開有一個縱向固定槽9，槽 內裝有一個輥體軸固定支架5，固定支架內嵌入軸承12，軸承內徑與輥體軸緊密配 合，固定支架以驅動軸上靜配合連接的固定凸臺10為支點，并通過調節(jié)螺桿6可上 下調節(jié)高度。而且輥體與環(huán)形培養(yǎng)室底面為線接觸，輥體軸上的導向輪支撐在底 架中部的環(huán)臺上的墊環(huán)上。在調整輥體與培養(yǎng)室底面的距離后，輥體高度調整后 仍能保證導向輪與底架13有足夠大磨擦力。反應器的環(huán)形培養(yǎng)室傳動機構是由電機b 16驅動的摩擦輪18，以及與摩擦輪 接觸的、固定在環(huán)形培養(yǎng)室的外徑處的摩擦帶15組成。本實用新型的反應器在使用時，.先將培養(yǎng)物坯件固定于培養(yǎng)室底板17上，滾 動加載過程可以有兩種形式 一種是輥體直接固定在輥體軸的端部，在驅動軸帶 動輥體軸旋轉時，導向輪以純滾動保證輥體的純滾狀態(tài)；另一種是使用通過一對 連接桿連接的可轉動的輥體，其輥體軸固定在固定槽9中，而輥體是在驅動軸帶動 輥體軸旋轉情況下，輥體通過與培養(yǎng)室底板的磨擦而滾動。滾動速度范圍為 0. l-50cm/s，輥體引起培養(yǎng)物變形范圍為5%-50%。加載時間為每24h加載l-3次， 每次10min-180 min，培養(yǎng)l-60天。本實用新型的反應器在上述滾動加載運動時，驅動軸轉動帶動輥體軸公轉。 導向輪14輪緣與底架中部的環(huán)臺接觸，當磨擦力足夠大，公轉時導向輪發(fā)生自轉， 這樣輥體自轉，滾動通過培養(yǎng)物8表面。本實用新型的反應器在使用時，還可以實施滑動載荷。電機b 16驅動摩擦輪 18旋轉，通過磨擦帶15驅動培養(yǎng)室7旋轉，培養(yǎng)物8固定在培養(yǎng)室底板17上，培養(yǎng) 物8與輥體4產生相對滑動。相對輥體的滑動速度為O. l-100cm/s，其滑動方向可以 與滾動方向相反或相同。輥體傳動機構電機a l和培養(yǎng)室傳動機構電機b 16的轉速，關閉時間等分別由 計算機控制。本實用新型的反應器在滾動加載過程中同時具有扭轉載荷的作用。輥體公轉 時滾過的距離不等，而輥體做純滾動，輥體與培養(yǎng)物有磨擦，因此，輥體與培養(yǎng) 物線形接觸對培養(yǎng)物施加扭轉載荷作用。但根據公轉半徑計算只有一錐度的輥體 對培養(yǎng)物沒有扭轉載荷作用。不同錐度的輥體對培養(yǎng)物施加扭轉載荷值不同，可 根據公轉半徑、輥體錐度、輥體半徑和磨擦系數計算。
權利要求1、一種輥體繞環(huán)形培養(yǎng)室轉動施載的生物反應器，包括底架，培養(yǎng)室，培養(yǎng)室內的培養(yǎng)液灌注系統(tǒng)，輥體及傳動機構，其特征在于所述培養(yǎng)室是一個支撐在底架環(huán)形滑軌上，中孔套裝在底架中部環(huán)臺外徑上的環(huán)形培養(yǎng)室；所述輥體是有著長輥體軸的輥動體，并在長輥體軸的中部固定有導向輪；所述傳動機構分為輥體傳動機構和環(huán)形培養(yǎng)室傳動機構，其中所述輥體傳動機構包括一個位于底架和環(huán)形培養(yǎng)室的圓心處的驅動軸，驅動軸由底架下方的電機驅動，且驅動軸位于底架上方的部分從驅動軸的徑向插入裝有軸承的輥體軸，所述輥體與環(huán)形培養(yǎng)室底面為線接觸，輥體軸上的導向輪支撐在底架中部的環(huán)臺上；所述環(huán)形培養(yǎng)室傳動機構包括由電機驅動的摩擦輪，以及與摩擦輪接觸的、在環(huán)形培養(yǎng)室的外徑處的摩擦帶。
2、 根據權利要求l所述的輥體繞環(huán)形培養(yǎng)室轉動施載的生物反應器，其特征 在于所述底架中部環(huán)臺之上設有一個支撐在彈簧圈上的墊環(huán)。
3、 根據權利要求l所述的輥體繞環(huán)形培養(yǎng)室轉動施載的生物反應器，其特征 在于所述輥體的工作面與輥體軸心線夾角為-45° — 45 ° ，且輥體表面均勻敷 有硅膠膜，膜厚范圍1-5mm。
4、 根據權利要求1或3所述的輥體繞環(huán)形培養(yǎng)室轉動施載的生物反應器，其 特征在于所述輥體直接固定在輥體軸的端部。
5、 根據權利要求1或3所述的輥體繞環(huán)形培養(yǎng)室轉動施載的生物反應器，其 特征在于所述輥體軸通過一對連接桿連接可轉動的輥體。
6、 根據權利要求l所述的輥體繞環(huán)形培養(yǎng)室轉動施載的生物反應器，其特征 在于所述驅動軸內開有一個縱向固定槽，槽內裝有一個輥體軸固定支架，固定支 架內嵌入軸承，軸承內徑與輥體軸緊密配合，固定支架以驅動軸上固定連接的固 定凸臺為支點，通過調節(jié)螺桿可上下調節(jié)高度。
專利摘要本實用新型公開了一種輥體繞環(huán)形培養(yǎng)室轉動施載的生物反應器。包括底架，培養(yǎng)室，培養(yǎng)室內的培養(yǎng)液灌注系統(tǒng)，輥體及傳動機構等。所述培養(yǎng)室是一個環(huán)形培養(yǎng)室；所述輥體是有著長輥體軸的輥動體；所述傳動機構分為輥體傳動機構和環(huán)形培養(yǎng)室傳動機構。本實用新型中的驅動軸帶動輥體軸在環(huán)形培養(yǎng)室中公轉，且在摩擦力作用下使輥體自轉，從而實現(xiàn)均勻施加載荷促進培養(yǎng)物形態(tài)、結構的勻質生長，為培養(yǎng)物大批量培養(yǎng)、保證相同質量提供一種新裝置。
文檔編號C12M1/10GK201087192SQ2007200969
公開日2008年7月16日 申請日期2007年8月3日 優(yōu)先權日2007年8月3日
發(fā)明者劉海英, 葉金鐸, 張春秋, 王志彬, 王鵬林 申請人:天津理工大學