細(xì)胞及器官體外3-d培養(yǎng)裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于微生物學(xué)裝置技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種細(xì)胞及器官體外3-D培養(yǎng)裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]為避免細(xì)胞或組織在二維(2-D)生長過程中逐漸失去許多原組織生理特征的弊端，人們實(shí)用新型了體外三維(3-D)培養(yǎng)。目前采用的體外3-D培養(yǎng)裝置主要采用生物反應(yīng)器(B1reactor，BR)，是指利用酶或生物體(如微生物)所具有的生物功能在體外提供生物活性環(huán)境的裝置系統(tǒng)或工程設(shè)備。根據(jù)培養(yǎng)細(xì)胞、培養(yǎng)載體、培養(yǎng)液混合方式的不同BR主要分為攪拌式、氣體式、中空纖維式、回旋式(空間BR)等。根據(jù)結(jié)構(gòu)的不同BR分為旋轉(zhuǎn)技術(shù)結(jié)合普通37°C 5% 0)2細(xì)胞培養(yǎng)箱的箱體結(jié)構(gòu)；循環(huán)培養(yǎng)裝置結(jié)合普通37°C 5% CO2細(xì)胞培養(yǎng)箱的箱體結(jié)構(gòu)，循環(huán)培養(yǎng)裝置普通37°C 5% CO2細(xì)胞培養(yǎng)箱各自獨(dú)立裝置和循環(huán)培養(yǎng)結(jié)合氣體交換密閉式裝置。此外，與BR配套的輔助技術(shù)還有灌注培養(yǎng)式、微載體式、多孔微球式等。
[0003]然而，從經(jīng)濟(jì)效益考慮，這些BR普遍存在成本高、設(shè)備復(fù)雜等。例如從功能角度攪拌式BR的攪拌槳葉產(chǎn)生的剪切力可對細(xì)胞造成損傷；中空纖維式BR的培養(yǎng)環(huán)境不均一、培養(yǎng)工藝不易放大、消毒重復(fù)使用困難等；從結(jié)構(gòu)角度分析，結(jié)構(gòu)一裝置造價昂貴，體積龐大，無疑增加了對儀器購買及使用的難度；結(jié)構(gòu)二裝置除造價昂貴，體積龐大外，裝置中3-D培養(yǎng)管是固定存在培養(yǎng)箱中的，不能進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，無法很好實(shí)現(xiàn)細(xì)胞或組織類似于人體發(fā)育過程這樣一個自然懸空運(yùn)動生長的立體培養(yǎng)功能，導(dǎo)致人工器官功能缺失或發(fā)育不良；結(jié)構(gòu)三裝置中雖然搖擺或旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)可使細(xì)胞3-D培養(yǎng)在動態(tài)過程中，但由于3-D培養(yǎng)管置于培養(yǎng)箱外，大大增加了污染機(jī)率；循環(huán)培養(yǎng)結(jié)合氣體交換密閉式裝置則要求造價較高的高級別周圍培養(yǎng)氛圍。
[0004]為克服上述問題，急需對現(xiàn)有的培養(yǎng)裝置進(jìn)行結(jié)構(gòu)改進(jìn)，改進(jìn)的裝置即可模擬胎兒在母體胎盤羊水發(fā)育過程中的復(fù)合運(yùn)動，又可進(jìn)行需求代謝物物質(zhì)的循環(huán)交換，即可充分既滿足細(xì)胞高密度增值需要，又可保證細(xì)胞高效分泌，為細(xì)胞或器官提供一個簡單、經(jīng)濟(jì)、溫和、立體、營養(yǎng)全面的體外3-D生長微環(huán)境，促進(jìn)細(xì)胞再生和人工器官生成。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0005]有鑒于此，本實(shí)用新型的目的是提供一種細(xì)胞及器官體外3-D培養(yǎng)裝置，以解決現(xiàn)有技術(shù)采用攪拌式結(jié)構(gòu)存在槳葉可能對細(xì)胞造成損傷、采用中空纖維式存在培養(yǎng)環(huán)境不均勻、培養(yǎng)空間受限、消毒困難，以及上述技術(shù)中均存在的成本高、體積龐大和無法真實(shí)模擬人體器官生長環(huán)境所導(dǎo)致的人工器官發(fā)育不良和功能缺失的問題。
[0006]本實(shí)用新型的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
[0007]本實(shí)用新型的細(xì)胞及器官體外3-D培養(yǎng)裝置，包括培養(yǎng)室、可做復(fù)合運(yùn)動的3-D運(yùn)動搖箱，以及分別與培養(yǎng)室連通的條件培養(yǎng)液系統(tǒng)和氣體交換系統(tǒng)，所述培養(yǎng)室通過彈性部件可拆卸的懸掛于3-D運(yùn)動搖箱內(nèi)，還包括設(shè)置在3-D運(yùn)動搖箱一側(cè)或兩側(cè)的多自由度運(yùn)動機(jī)構(gòu)，所述多自由度運(yùn)動機(jī)構(gòu)包括縱向旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、水平旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和設(shè)置在兩者之間的多功能連接結(jié)構(gòu)，所述條件培養(yǎng)液及氣體交換系統(tǒng)是通過多功能連接結(jié)構(gòu)與外界連接進(jìn)行交換，所述縱向旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)包括縱向旋轉(zhuǎn)軸和調(diào)速電機(jī)I，所述縱向旋轉(zhuǎn)軸的一端與3-D運(yùn)動搖箱固定，另一端與調(diào)速電機(jī)I的主軸固定，所述水平旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)包括水平旋轉(zhuǎn)架、水平旋轉(zhuǎn)軸和調(diào)速電機(jī)II，所述水平旋轉(zhuǎn)架的一端與縱向旋轉(zhuǎn)軸的一端轉(zhuǎn)動連接，另一端與水平旋轉(zhuǎn)軸的一端轉(zhuǎn)動連接，所述水平旋轉(zhuǎn)軸的另一端與調(diào)速電機(jī)II的主軸固定。
[0008]進(jìn)一步，所述水平旋轉(zhuǎn)架與縱向旋轉(zhuǎn)軸及水平旋轉(zhuǎn)軸的連接處均設(shè)置有多功能連接結(jié)構(gòu)。
[0009]進(jìn)一步，所述多自由度運(yùn)動機(jī)構(gòu)設(shè)置在3-D運(yùn)動搖箱的兩側(cè)，所述多自由度運(yùn)動機(jī)構(gòu)還包括固定設(shè)置在3-D運(yùn)動搖箱另一側(cè)的縱向從動軸，所述縱向從動軸與水平旋轉(zhuǎn)架之間設(shè)置有多功能連接結(jié)構(gòu)。
[0010]進(jìn)一步，所述多功能連接結(jié)構(gòu)包括可轉(zhuǎn)動且密封套裝于縱向旋轉(zhuǎn)軸或水平旋轉(zhuǎn)軸外圓面的活動套、設(shè)置在活動套與縱向旋轉(zhuǎn)軸或水平旋轉(zhuǎn)軸之間的密封腔、設(shè)置在活動套與縱向旋轉(zhuǎn)軸或水平旋轉(zhuǎn)軸之間的滾動軸承，以及設(shè)置在水平旋轉(zhuǎn)軸、水平旋轉(zhuǎn)架、縱向旋轉(zhuǎn)軸和縱向從動軸內(nèi)的培養(yǎng)液循環(huán)通道和氣體交換通道，所述密封腔通過與培養(yǎng)液循環(huán)通道和氣體交換通道分別與培養(yǎng)室連通。
[0011]進(jìn)一步，所述培養(yǎng)室內(nèi)均勻間隔設(shè)置有多個彈性材料制成的擋板，所述擋板的頭部設(shè)置具有圓弧頂部的彈性緩沖薄膜。
[0012]進(jìn)一步，所述彈性部件為彈簧或橡膠或其它彈性件。
[0013]進(jìn)一步，所述培養(yǎng)室包括室體和可將室體密封固定的室蓋，所述室蓋設(shè)置有與室體相互嵌合的卡合結(jié)構(gòu)，所述室體設(shè)置有與卡合結(jié)構(gòu)相匹配的卡合配合結(jié)構(gòu)。
[0014]進(jìn)一步，還包括用于對本培養(yǎng)裝置進(jìn)行全自動控制的PLC控制系統(tǒng)和信息顯示系統(tǒng)
[0015]本實(shí)用新型的有益效果:
[0016]1、本實(shí)用新型的細(xì)胞及器官體外3-D培養(yǎng)裝置，通過設(shè)置3-D運(yùn)動搖箱模擬胎兒在母體胎盤羊水發(fā)育過程中的人體發(fā)育復(fù)合運(yùn)動，并通過培養(yǎng)室彈性的設(shè)置在搖箱內(nèi)模擬培養(yǎng)物在人體內(nèi)懸吊過程中的簡諧運(yùn)動，較真實(shí)的模擬了人體細(xì)胞或器官在發(fā)育過程中的生長微環(huán)境，提高種子干細(xì)胞在體外3-D培養(yǎng)中生長速度和分化為功能性成熟細(xì)胞的效率，為細(xì)胞或器官的體外3-D培養(yǎng)提供一個簡單、經(jīng)濟(jì)、溫和、立體、營養(yǎng)全面的生長微環(huán)境，從而加速體外人工器官發(fā)育和生成，該裝置與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有明顯的成本優(yōu)勢和推廣價值。
[0017]2、通過多功能連接結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)介質(zhì)輸入系統(tǒng)與轉(zhuǎn)軸之間可相對轉(zhuǎn)動的目的，再由于將各介質(zhì)通道設(shè)置在轉(zhuǎn)軸上，3-D運(yùn)動搖箱與培養(yǎng)室實(shí)現(xiàn)生長環(huán)境所需介質(zhì)(培養(yǎng)液及溫度為37°C的02、0)2混合氣體與培養(yǎng)室連通和交換，解決了多自由度轉(zhuǎn)動過程中輸入管道纏繞的問題。
[0018]本實(shí)用新型的其他優(yōu)點(diǎn)、目標(biāo)和特征在某種程度上將在隨后的說明書中進(jìn)行闡述，并且在某種程度上，基于對下文的考察研宄對本領(lǐng)域技術(shù)人員而言將是顯而易見的，或者可以從本實(shí)用新型的實(shí)踐中得到教導(dǎo)。本實(shí)用新型的目標(biāo)和其他優(yōu)點(diǎn)可以通過下面的說明書來實(shí)現(xiàn)和獲得。
【附圖說明】
[0019]為了使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖對本實(shí)用新型作進(jìn)一步的詳細(xì)描述，其中:
[0020]附圖1為本實(shí)用新型的細(xì)胞及器官體外3-D培養(yǎng)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021]附圖2為本實(shí)用新型培養(yǎng)室的放大圖；
[0022]附圖3為本實(shí)用新型多功能連接結(jié)構(gòu)I的放大圖；
[0023]附圖4為本實(shí)用新型多功能連接結(jié)構(gòu)II的放大圖；
[0024]附圖5為本實(shí)用新型多功能連接結(jié)構(gòu)III的放大圖。
[0025]附圖標(biāo)記:1_培養(yǎng)室；2-3_D運(yùn)動搖箱；3_縱向旋轉(zhuǎn)軸；4_調(diào)速電機(jī)I ;5_水平旋轉(zhuǎn)架；6_水平旋轉(zhuǎn)軸；7_調(diào)速電機(jī)II ;8_縱向從動軸；9_活動套；10_滾動軸承；11_培養(yǎng)液循環(huán)通道；12-氣體交換通道；13-密封腔I ; 14-密封腔II ; 15-密封腔III ; 16-密封腔IV ；17-培養(yǎng)液管；18_氣體氣管；19_擋板；20_彈性緩沖薄膜；21_培養(yǎng)物；22_彈簧；23_室體；24-室蓋；25_凸起；26_開口槽；27_驅(qū)動泵；28_PLC控制系統(tǒng)；29_信息顯示系統(tǒng)；30_多功能連接結(jié)構(gòu)I ;31_多功能連接結(jié)構(gòu)II ；32-多功能連接結(jié)構(gòu)III。
【具體實(shí)施方式】
[0026]以下將參照附圖，對本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)的描述。應(yīng)當(dāng)理解，優(yōu)選實(shí)施例僅為了說明本實(shí)用新型，而不是為了限制本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
[0027]本實(shí)用新型的細(xì)胞及器官體外3-D培養(yǎng)裝置，包括培養(yǎng)室1、3_D運(yùn)動搖箱2，以及分別與培養(yǎng)室I連通的條件培養(yǎng)液系統(tǒng)和氣體交換系統(tǒng)，所述培養(yǎng)室I內(nèi)可模擬胎兒在母體胎盤羊水中發(fā)育生長微環(huán)境，包括與母體胎盤相適應(yīng)的溫度微環(huán)境、氧氣微環(huán)境及各種復(fù)雜運(yùn)動的動態(tài)微環(huán)境，用培養(yǎng)室I模擬母體胎盤，用條件培養(yǎng)液模擬母體胎盤中的羊水，用溫度為37°c的95% O2,5% 0)2氣體交換系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)溫度微環(huán)境和氣體微環(huán)境，用3-D運(yùn)動搖箱2模擬胎兒在母體胎盤羊水發(fā)育過程中的母體復(fù)合運(yùn)動，并將培養(yǎng)室I通過彈性部件可靈活拆卸的懸掛于3-D運(yùn)動搖箱2內(nèi)，作各種不規(guī)則運(yùn)動實(shí)現(xiàn)模擬母體真實(shí)的動態(tài)微環(huán)境。
[0028]本實(shí)施例通過設(shè)置3-D運(yùn)動搖箱模擬胎兒在母體胎盤羊水發(fā)育過程中的人體復(fù)合運(yùn)動，并通過培養(yǎng)室彈性的設(shè)置在搖箱內(nèi)模擬胎兒在母體胎盤內(nèi)發(fā)育過程中的簡諧運(yùn)動，較真實(shí)的模擬了人體細(xì)胞或器官在人體內(nèi)真實(shí)的微生長環(huán)境，提高了各種子干細(xì)胞分化為成熟細(xì)胞的密度和培養(yǎng)效率，為組織細(xì)胞或器官的體外3-D培養(yǎng)提供一個簡單、經(jīng)濟(jì)、溫和、立體、營養(yǎng)全面的生長微環(huán)境，加速人工器官生長，該裝置與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有明顯的成本優(yōu)勢和推廣價值。
[0029]作為本實(shí)施例的改進(jìn)，還包括設(shè)置在3-D運(yùn)動搖箱一側(cè)或兩側(cè)的多自由度