專利名稱：對培養(yǎng)物進行雙頻加載的加載裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及生物反應(yīng)器領(lǐng)域，特別是涉及一種對培養(yǎng)物進行雙頻加載的加載
裝置。
背景技術(shù)：
繼細胞生物學(xué)和分子生物學(xué)之后，生命科學(xué)發(fā)展史上又出現(xiàn)了一個新的里程 碑——組織工程。這標(biāo)志著醫(yī)學(xué)將不僅僅依靠器官移植，而是進入了制造組織和器官的新 時代。 在臨床醫(yī)學(xué)中常常遇到由于外傷、手術(shù)切除、骨性關(guān)節(jié)炎等慢性疾病引起的關(guān)節(jié) 軟骨缺損。大量研究實驗表明，由于軟骨組織再生能力極為有限，軟骨損傷自我修復(fù)幾乎是 不可能的。而自體移植或異體移植都存在較大的局限和弊端，例如材料的選取或者排異反 應(yīng)等。在這種背景之下，軟骨組織工程成為一種較為理想的方法。軟骨組織工程的基本方 法是在體外造就一個與體內(nèi)相似的環(huán)境，將自體或異體細胞經(jīng)體外培養(yǎng)、擴增后，接種到一 種組織相容性好的支架材料上進行體外培養(yǎng)，然后植入身體缺損部位，與宿主軟骨融合，達 到修復(fù)軟骨缺損的目的。使用生物反應(yīng)器的目的是為體外軟骨組織工程構(gòu)建提供合適的生 長條件，使工程化組織獲得與活體組織相似的結(jié)構(gòu)與功能。 當(dāng)前用于骨組織培養(yǎng)的生物反應(yīng)器主要有三種旋轉(zhuǎn)培養(yǎng)瓶、微重力旋轉(zhuǎn)生物反 應(yīng)器和組織灌注培養(yǎng)系統(tǒng)。不同種子細胞、新型支架材料、生長因子等構(gòu)成培養(yǎng)物，分別在 這幾種生物反應(yīng)器中培養(yǎng)，主要是促進培養(yǎng)物形態(tài)、結(jié)構(gòu)的生長。 盡管各種生物反應(yīng)器的改進使培養(yǎng)物的生長得到一定程度的優(yōu)化，可是培養(yǎng)物的 生長、發(fā)育還是沒能達到臨床要求，如工程化組織在生物反應(yīng)器中培養(yǎng)時，出現(xiàn)了人工組 織發(fā)育不良、力學(xué)性能差、細胞退化、死亡等問題。解決這些問題需要對生物反應(yīng)器培養(yǎng)條 件進行優(yōu)化，使得工程化組織能在體外得到和體內(nèi)相似或者相同的生長環(huán)境。其中力學(xué)環(huán) 境在生物反應(yīng)器的研制中占有重要位置，力學(xué)條件的優(yōu)化十分重要。 隨著組織工程的發(fā)展，人們對移植物和培養(yǎng)物培養(yǎng)條件的生物力學(xué)和力學(xué)生物學(xué) 認識的深入，最近幾年研究者發(fā)明了不同的力學(xué)剌激，以優(yōu)化培養(yǎng)物的結(jié)構(gòu)和功能。如 研究者采用靜張應(yīng)力對大鼠髁突軟骨細胞增殖效應(yīng)進行研究，實驗表明細胞增殖數(shù)量隨 靜張應(yīng)力增高而升高[華西口腔醫(yī)學(xué)雜志，2003，21(1)，57-60];離心力在體外構(gòu)建組織 工程軟骨中起到一定的作用[中華實驗外科雜志。2005， 22 (3) ，281-283]。這些加載方 法可以促進細胞增殖或功能發(fā)揮，但和真正的軟骨受載是有差別的。Mauck等在力學(xué)條件 下研究了不同培養(yǎng)時間培養(yǎng)物彈性模量的變化。國際申請W02004/046304給出了壓力和 剪應(yīng)力耦合作用的生物反應(yīng)器；Schulz和Bader， Ivan Martin總結(jié)了組織培養(yǎng)時的環(huán)境 [TRENDS in Biotechnology Vol. 22No. 2，2004， pp80_86 ;Eur Biophys J， D0I 10.1007/ s00249-007-0139-l，2007]，包括(1)電場；(2)錐形粘度計條件，細胞在旋轉(zhuǎn)錐形體下方受 到剪切力作用；(3)旋轉(zhuǎn)壁式生物反應(yīng)器給細胞提供微重力環(huán)境，傳質(zhì)過程較好；(4)單項 灌流系統(tǒng)；(5)拉伸條件；(6)水壓及灌流條件；(7)直接壓縮，并介紹了各種培養(yǎng)條件的耦
3合系統(tǒng)，特別是各種力學(xué)條件的聯(lián)合使用。 但是上述研究都沒有涉及到低頻高幅疊加高頻低幅加載的培養(yǎng)，而實際上，這種 模擬人體內(nèi)軟骨生存環(huán)境的條件是必要的。人在行走時關(guān)節(jié)處軟骨組織受到復(fù)雜載荷的作 用，不同頻率的載荷對關(guān)節(jié)軟骨的力學(xué)影響和生存環(huán)境不盡相同，因此低頻高幅疊加高頻 低幅的共同作用應(yīng)該是合適關(guān)節(jié)軟骨的力學(xué)環(huán)境，所以雙頻載荷的應(yīng)用會優(yōu)化生物反應(yīng)器 的力學(xué)條件。

實用新型內(nèi)容本實用新型的目的是為了克服現(xiàn)有工程化組織培養(yǎng)技術(shù)的不足，而提出的一種對 培養(yǎng)物進行雙頻加載的加載裝置，通過雙頻加載使工程化軟骨的生長環(huán)境更加接近于體內(nèi) 培養(yǎng)的條件，以便培養(yǎng)出與體內(nèi)功能和結(jié)構(gòu)相似或者相同的組織或器官。 為此，本實用新型的技術(shù)方案如下 —種對培養(yǎng)物進行雙頻加載的加載裝置，包括內(nèi)部設(shè)置有培養(yǎng)物的培養(yǎng)小室，還
包括對培養(yǎng)物進行雙頻加載的加載機構(gòu)，所述的雙頻加載機構(gòu)包括支座、設(shè)置在支座上的
立柱、由立柱支撐的頂板、設(shè)置在頂板和支座之間的培養(yǎng)小室，在支座中部設(shè)置有能夠上下
移動的工作臺，在工作臺上固定設(shè)置有激振器，在激振器上固定安裝有培養(yǎng)臺，培養(yǎng)小室安
裝在培養(yǎng)臺上，在培養(yǎng)小室的底部設(shè)置有下壓塊，在培養(yǎng)小室的頂部安裝有能夠上下移動
的上壓塊，上壓塊的下端伸入培養(yǎng)小室內(nèi)，培養(yǎng)物設(shè)置在上壓塊和下壓塊之間，在頂板上安
裝有一導(dǎo)向套筒，壓電陶瓷通過導(dǎo)向套筒固定在所述的上壓塊上，預(yù)緊調(diào)節(jié)螺釘從導(dǎo)向套
筒上端旋入，使壓電陶瓷、上壓塊和培養(yǎng)物、下壓塊在加載過程中保持接觸。 所述的工作臺的縱向截面為T形，其下部與所述的支座通過螺紋連接。在激振器
的上部中央向上延伸形成有頂桿，在培養(yǎng)臺的下部形成有套筒，激振器的頂桿插入培養(yǎng)臺
的套筒內(nèi)，并通過緊定螺釘固定在一起。 所述的培養(yǎng)小室由培養(yǎng)小室主體和培養(yǎng)小室頂蓋組成，培養(yǎng)小室主體為無頂面的
圓柱形，其內(nèi)部形成培養(yǎng)空間，培養(yǎng)小室主體的兩側(cè)分別設(shè)有培養(yǎng)液入口和代謝物出口。 所述的下壓塊為圓形，在所述的培養(yǎng)小室的頂蓋中部形成有具有T形縱向截面的
凹槽，所述的上壓塊設(shè)置在凹槽內(nèi)，上壓塊的形狀與凹槽的形狀相適應(yīng)。 另外，所述的加載裝置還包括對所述的壓電陶瓷和激振器進行控制的電腦。 本實用新型的對培養(yǎng)物進行雙頻加載的加載裝置，上下同時對培養(yǎng)物進行加載，
通過調(diào)節(jié)加載機構(gòu)的頻率，對培養(yǎng)物施加雙頻載荷，使得骨或軟骨體外培養(yǎng)的力學(xué)環(huán)境更
接近體內(nèi)的真實環(huán)境，使培養(yǎng)組織的功能和結(jié)構(gòu)更接近于體內(nèi)組織的功能和結(jié)構(gòu)。

圖1為本實用新型的對培養(yǎng)物進行雙頻加載的加載裝置的正面示意圖, 其中 1.頂板； 2.導(dǎo)向套筒； 4.立柱； 5.壓電陶瓷； 7.培養(yǎng)小室； 7a.培養(yǎng)小室頂蓋； 8.培養(yǎng)物； 9.下壓塊；
3.預(yù)緊調(diào)節(jié)螺釘； 6.上壓塊； 7b.培養(yǎng)小室主體； 10.培養(yǎng)液入口 ；[0022] 12.代謝物出口 ； 13.培養(yǎng)臺； 14.緊定螺釘； 15.激振器； 16.支座； 17.可調(diào)工作臺
具體實施方式本實用新型的加載裝置使用雙頻加載的方法對培養(yǎng)物進行加載。其結(jié)構(gòu)如圖1所 示，包括雙頻加載機構(gòu)和設(shè)置在雙頻加載機構(gòu)上的培養(yǎng)小室7，培養(yǎng)物8放在培養(yǎng)小室7 內(nèi)，通過雙頻加載機構(gòu)對培養(yǎng)物8進行雙頻加載。 具體地說，在支座16中部設(shè)置有能夠上下移動的工作臺17，工作臺17的縱向截面 為T形，其下部與支座16通過螺紋來連接，用來調(diào)節(jié)豎直方向的位移和直接承擔(dān)載荷。在 工作臺17上設(shè)置有激振器15，工作臺17與激振器15之間通過螺栓來連接，這樣有利于激 振器平穩(wěn)地工作。在激振器15的上部設(shè)置有培養(yǎng)臺13，激振器15與培養(yǎng)臺13是通過把 激振器15的頂桿與培養(yǎng)臺13的套筒用緊定螺釘14固定在一起來實現(xiàn)的，這樣，激振器15 與培養(yǎng)臺13之間能夠保持同步運動，共同來完成激振器15頻率和振幅的傳遞。培養(yǎng)小室 7放在在培養(yǎng)臺13上，由培養(yǎng)小室主體7b和培養(yǎng)小室頂蓋7a組成，培養(yǎng)小室主體7b為無 頂面的圓柱形，其內(nèi)部形成培養(yǎng)空間。培養(yǎng)小室主體7b的兩側(cè)分別設(shè)有培養(yǎng)液入口 10和 代謝物出口 12，培養(yǎng)物8的培養(yǎng)和雙頻載荷的加載在培養(yǎng)小室7內(nèi)完成。培養(yǎng)小室主體7b 的底部中央固定設(shè)置有用于支撐培養(yǎng)物8的下壓塊9，下壓塊9優(yōu)選為圓形；在培養(yǎng)小室頂 蓋7a中部的形成有具有T形縱向截面的凹槽，在凹槽內(nèi)設(shè)置有上壓塊6，上壓塊6的形狀與 凹槽的形狀相適應(yīng)并能夠在上下方向移動，上壓塊6的下端伸入培養(yǎng)小室7內(nèi)，在上壓塊6 與下壓塊9之間設(shè)置有培養(yǎng)物8。 另外，在頂板1上設(shè)置有一導(dǎo)向套筒2，二者之間通過螺紋來連接。壓電陶瓷5通 過導(dǎo)向套筒2固定在培養(yǎng)小室頂蓋7a的上部，預(yù)緊調(diào)節(jié)螺釘3從上端旋入導(dǎo)向套筒2中。 通過調(diào)節(jié)預(yù)緊調(diào)節(jié)螺釘3可以保證壓電陶瓷5、 T形上壓塊6和培養(yǎng)物8、下壓塊9在加載 過程中保持良好的接觸。 培養(yǎng)小室7是一個封閉的容器，具備培養(yǎng)物生長所需的適宜的C02、02和溫度等條 件，保證培養(yǎng)室內(nèi)生長因子、營養(yǎng)物質(zhì)等的供應(yīng)和培養(yǎng)物新陳代謝產(chǎn)物的及時排除。 本實用新型的加載裝置的使用及加載方法如下 首先對培養(yǎng)室頂蓋7a、培養(yǎng)小室主體7b 、上壓塊6 、下壓塊9進行消毒，然后在無菌 條件下將培養(yǎng)物8接種到培養(yǎng)室7內(nèi)的下壓塊9上。先把工作臺17的豎直距離調(diào)到最低， 然后把培養(yǎng)臺13和激振器15的頂桿固定在一起，依次安裝培養(yǎng)小室7和壓電陶瓷5。最后 調(diào)節(jié)工作臺17和預(yù)緊調(diào)節(jié)螺釘3的高度來調(diào)節(jié)各部分之間的預(yù)緊力，給人工組織施加初載 荷。 然后，在電腦的控制下給壓電陶瓷5和激振器15輸入電信號，壓電陶瓷5和激振 器15即在電信號的作用下共同作用，對培養(yǎng)物施加雙頻載荷，從而實現(xiàn)對人工組織的加 載。加載的頻率和振幅可以通過電腦進行調(diào)節(jié)，二者的頻率和振幅可以相同，也可以不同。 例如，壓電陶瓷5的頻率范圍可以是O-lOOHz，應(yīng)變范圍為O. 000001-0. Ol，激振器15的高 頻范圍可以是為30 60Hz，應(yīng)變范圍可以是0. 1 0. 3，也可以根據(jù)需要進行調(diào)整。 該雙頻加載的加載裝置結(jié)構(gòu)比較簡單，易于控制，方便進行實驗，同時更適用于在 實驗室中進行研究和使用。它可以放在培養(yǎng)箱內(nèi)，也可以獨立于培養(yǎng)箱外，對培養(yǎng)物進行雙頻加載。
權(quán)利要求一種對培養(yǎng)物進行雙頻加載的加載裝置，包括內(nèi)部設(shè)置有培養(yǎng)物的培養(yǎng)小室，其特征在于還包括對培養(yǎng)物進行雙頻加載的加載機構(gòu)，所述的雙頻加載機構(gòu)包括支座、設(shè)置在支座上的立柱、由立柱支撐的頂板、設(shè)置在頂板和支座之間的培養(yǎng)小室，在支座中部設(shè)置有能夠上下移動的工作臺，在工作臺上固定設(shè)置有激振器，在激振器上固定安裝有培養(yǎng)臺，培養(yǎng)小室安裝在培養(yǎng)臺上，在培養(yǎng)小室的底部設(shè)置有下壓塊，在培養(yǎng)小室的頂部安裝有能夠上下移動的上壓塊，上壓塊的下端伸入培養(yǎng)小室內(nèi)，培養(yǎng)物設(shè)置在上壓塊和下壓塊之間，在頂板上安裝有一導(dǎo)向套筒，壓電陶瓷通過導(dǎo)向套筒固定在所述的上壓塊上，預(yù)緊調(diào)節(jié)螺釘從導(dǎo)向套筒上端旋入，使壓電陶瓷、上壓塊和培養(yǎng)物、下壓塊在加載過程中保持接觸。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的加載裝置，其特征在于所述的工作臺的縱向截面為T形，其下部與所述的支座通過螺紋連接。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的加載裝置，其特征在于在激振器的上部中央向上延伸形成有頂桿，在培養(yǎng)臺的下部形成有套筒，激振器的頂桿插入培養(yǎng)臺的套筒內(nèi)，并通過緊定螺釘固定在一起。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的加載裝置，其特征在于所述的培養(yǎng)小室由培養(yǎng)小室主體和培養(yǎng)小室頂蓋組成，培養(yǎng)小室主體為無頂面的圓柱形，其內(nèi)部形成培養(yǎng)空間，培養(yǎng)小室主體的兩側(cè)分別設(shè)有培養(yǎng)液入口和代謝物出口 。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的加載裝置，其特征在于所述的下壓塊為圓形，在所述的培養(yǎng)小室的頂蓋中部形成有具有T形縱向截面的凹槽，所述的上壓塊設(shè)置在凹槽內(nèi)，上壓塊的形狀與凹槽的形狀相適應(yīng)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1 5中任一項所述的加載裝置，其特征在于還包括對所述的壓電陶瓷和激振器進行控制的電腦。
專利摘要本實用新型公開了一種對培養(yǎng)物進行雙頻加載的加載裝置，包括培養(yǎng)小室，還包括對培養(yǎng)小室內(nèi)的培養(yǎng)物進行雙頻加載的加載機構(gòu)，所述的雙頻加載機構(gòu)包括支座、設(shè)置在支座上的立柱、由立柱支撐的頂板、設(shè)置在頂板和支座之間的培養(yǎng)小室，在支座中部設(shè)置有可上下移動的工作臺，在工作臺上固定有激振器，在激振器上固定有培養(yǎng)臺，培養(yǎng)小室安裝在培養(yǎng)臺上，在培養(yǎng)小室的底部設(shè)置有下壓塊，在培養(yǎng)小室的頂部安裝有可上下移動的上壓塊，上壓塊的下端伸入培養(yǎng)小室內(nèi)，培養(yǎng)物設(shè)置在上壓塊和下壓塊之間，在頂板上安裝有導(dǎo)向套筒，壓電陶瓷通過導(dǎo)向套筒固定在上壓塊上，預(yù)緊調(diào)節(jié)螺釘從導(dǎo)向套筒上端旋入，使壓電陶瓷、上壓塊、培養(yǎng)物、下壓塊依次接觸。
文檔編號C12M3/00GK201485469SQ200920098549

公開日2010年5月26日 申請日期2009年8月31日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月31日
發(fā)明者張春秋, 徐強, 徐艷, 李江 申請人:天津理工大學(xué)