一種生物打印軟骨的壓力可控的生物反應(yīng)器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種生物反應(yīng)器，具體為一種生物打印軟骨的壓力可控的生物反應(yīng)器。
【背景技術(shù)】
[0002]軟骨是具有某種程度硬度和彈性的支持器管。在脊椎動(dòng)物中非常發(fā)達(dá)，一般見(jiàn)于成體骨骼的一部分和呼吸道等的管狀器官壁、關(guān)節(jié)的摩擦面等。軟骨損傷修復(fù)一直是關(guān)節(jié)外科研究的熱點(diǎn)。
[0003]由于軟骨是無(wú)神經(jīng)和無(wú)血管的組織，其自身修復(fù)能力很差，目前通常只能采用外科手術(shù)移植來(lái)治療受損軟骨，但因來(lái)源有限，很多患者難以得到治療，因此，興起的3D打印軟骨的技術(shù)將成為一個(gè)重要的醫(yī)療新方案。3D打印技術(shù)最突出的優(yōu)點(diǎn)是無(wú)需機(jī)械加工或任何模具，就能直接從計(jì)算機(jī)圖形數(shù)據(jù)中生成任何形狀的零件，從而極大地縮短產(chǎn)品的研制周期，提高生產(chǎn)率和降低生產(chǎn)成本。
[0004]但目前體外構(gòu)建的軟骨只是種子細(xì)胞、支架材料和生物活性分子這三者簡(jiǎn)單地組合在一起，缺乏體內(nèi)微環(huán)境如各種機(jī)械應(yīng)力和流體應(yīng)力的影響。所以當(dāng)植入到皮下組織后尚達(dá)不到重建固有形態(tài)穩(wěn)定性的臨床要求。因此必須在體外構(gòu)建時(shí)提高工程化軟骨的力學(xué)性能。力學(xué)刺激可通過(guò)增強(qiáng)軟骨細(xì)胞增殖、分化、胞外基質(zhì)合成等途徑顯著提高工程化軟骨力學(xué)性能。因此，為了大規(guī)模體外構(gòu)建人工軟骨以滿足臨床需求，開(kāi)發(fā)物質(zhì)混合性能好且力學(xué)環(huán)境適宜的生物反應(yīng)器必不可少。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是克服現(xiàn)有的體外構(gòu)建的軟骨，缺乏體內(nèi)微環(huán)境如各種機(jī)械應(yīng)力和流體應(yīng)力的影響的缺陷，提供一種生物打印軟骨的壓力可控的生物反應(yīng)器。
[0006]為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了如下的技術(shù)方案:
[0007]—種生物打印軟骨的壓力可控的生物反應(yīng)器，包括頂蓋和圓柱形罐體，所述圓柱形罐體內(nèi)設(shè)置有壓縮發(fā)生器，所述壓縮發(fā)生器包括驅(qū)動(dòng)軸和底部圓盤(pán)，所述驅(qū)動(dòng)軸上端穿出所述頂蓋，下端與所述底部圓盤(pán)連接，所述底部圓盤(pán)下設(shè)置有第一硅膠墊，在所述圓柱形罐體底部設(shè)置有與所述第一硅膠墊相配合的第二硅膠墊。
[0008]進(jìn)一步的，所述頂蓋上設(shè)置有透氣的濾芯裝置。
[0009]進(jìn)一步的，所述驅(qū)動(dòng)軸為圓柱形。
[0010]進(jìn)一步的，所述底部圓盤(pán)的直徑略小于圓柱罐體的直徑。
[0011]進(jìn)一步的，所述第一硅膠墊、第二硅膠墊和所述底部圓盤(pán)的直徑相同，且其直徑均略小于所述圓柱罐體的直徑。
[0012]進(jìn)一步的，所述壓縮發(fā)生器可以進(jìn)行頻率和壓力的設(shè)定。
[0013]本發(fā)明的工作原理為:將生物打印的軟骨放置在第一硅膠墊和第二硅膠墊之間，在壓縮發(fā)生器工作時(shí)，其底部圓盤(pán)不能脫離培養(yǎng)液表面，確保軟骨一直浸沒(méi)在培養(yǎng)液中。由于兩塊硅膠墊直徑略小于罐體，避免生物打印的軟骨從罐壁縫隙中逃走，確保了軟骨只能在兩塊硅膠墊間活動(dòng)，在壓縮發(fā)生器工作時(shí)能一直受到機(jī)械擠壓作用;整個(gè)生物反應(yīng)器是放置在CO2培養(yǎng)箱中培養(yǎng)的，故能簡(jiǎn)化生物反應(yīng)器的設(shè)置，可以通過(guò)培養(yǎng)箱對(duì)整個(gè)反應(yīng)器進(jìn)行溫度、濕度以及氣體比例的調(diào)控。
[0014]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下的有益效果:
[0015]本發(fā)明可以使用多個(gè)壓力方式給反應(yīng)器內(nèi)的軟骨提供多種壓力刺激:一是通過(guò)壓縮發(fā)生器可調(diào)控的按一定程序使得兩個(gè)硅膠墊對(duì)軟骨有機(jī)械壓應(yīng)力作用;二是壓縮發(fā)生器工作時(shí)帶動(dòng)培養(yǎng)液，從而給軟骨施加一定液壓;三是壓縮發(fā)生器運(yùn)動(dòng)時(shí)帶動(dòng)液體運(yùn)動(dòng)，從而給軟骨施加一定的剪切力。由于壓縮發(fā)生器可以進(jìn)行程序設(shè)定，所以在一定范圍內(nèi)，給反應(yīng)器內(nèi)的軟骨提供多種壓力刺激時(shí)不會(huì)引起其機(jī)械變形，有利于細(xì)胞分泌胞外基質(zhì)，使制備出的軟骨組織更接近天然的組織學(xué)結(jié)構(gòu)和生理功能。在提供壓力刺激的同時(shí)還能使?fàn)I養(yǎng)物質(zhì)以及氧氣更充分地進(jìn)入軟骨復(fù)合物中，并將代謝廢物及時(shí)排出。
[0016]此外，本發(fā)明的生物反應(yīng)器還具有放大簡(jiǎn)單的特點(diǎn)，不僅可以放大單個(gè)反應(yīng)器的尺寸，增大制備的軟骨的尺寸，還可由多個(gè)反應(yīng)器并聯(lián)，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品數(shù)量的增加，因此可以實(shí)現(xiàn)體外大規(guī)模生產(chǎn)軟骨組織。
【附圖說(shuō)明】
[0017]附圖用來(lái)提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，并且構(gòu)成說(shuō)明書(shū)的一部分，與本發(fā)明的實(shí)施例一起用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的限制。在附圖中:
[0018]圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019]以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行說(shuō)明，應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的優(yōu)選實(shí)施例僅用于說(shuō)明和解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0020]實(shí)施例1
[0021]如圖1所示，一種生物打印軟骨的壓力可控的生物反應(yīng)器，包括頂蓋6和圓柱形罐體5，圓柱形罐體5內(nèi)設(shè)置有壓縮發(fā)生器，壓縮發(fā)生器包括驅(qū)動(dòng)軸I和底部圓盤(pán)2，驅(qū)動(dòng)軸I可在罐體內(nèi)按一定的程序進(jìn)行上下壓縮;驅(qū)動(dòng)軸I上端穿出頂蓋6，下端與底部圓盤(pán)2連接，底部圓盤(pán)2下設(shè)置有第一硅膠墊3，在圓柱形罐體5底部設(shè)置有與第一硅膠墊3相配合的第二硅膠墊7。頂蓋6上設(shè)置有透氣的濾芯裝置;驅(qū)動(dòng)軸I為圓柱形。第一硅膠墊3、第二硅膠墊7和底部圓盤(pán)2的直徑相同，且其直徑均略小于所述圓柱罐體5的直徑;壓縮發(fā)生器可以進(jìn)行頻率和壓力的設(shè)定。
[0022]本發(fā)明的生物打印軟骨的壓力可控的生物反應(yīng)器通過(guò)圓柱形驅(qū)動(dòng)軸I運(yùn)動(dòng)從而帶動(dòng)與其底部圓盤(pán)2相連的第一硅膠墊3的運(yùn)動(dòng)，同時(shí)與固定于罐體底部的另一塊完全相同的第二硅膠墊7相互作用，在壓縮發(fā)生器向下壓時(shí)，兩塊硅膠墊對(duì)軟骨4起到一定機(jī)械擠壓作用。同時(shí)也帶動(dòng)了培養(yǎng)液給生物打印的軟骨4提供了一定的液壓和剪切力的作用。壓縮過(guò)程中，壓縮發(fā)生器底部圓盤(pán)2不能離開(kāi)培養(yǎng)液表面，這是為了確保生物打印的軟骨一直浸沒(méi)在培養(yǎng)液中。生物打印的軟骨4放置在兩塊直徑略小于罐體的硅膠墊之間，避免軟骨從罐壁縫隙逃走，確保軟骨能一直受到機(jī)械擠壓作用。整個(gè)反應(yīng)器是放置在CO2培養(yǎng)箱中培養(yǎng)的，故溫度、濕度及氣體比例均可通過(guò)培養(yǎng)箱進(jìn)行調(diào)控。培養(yǎng)基按一定頻率一定量更換。
[0023]使用本發(fā)明的生物打印軟骨的壓力可控的生物反應(yīng)器的具體實(shí)施步驟如下:
[0024]步驟1:打開(kāi)罐體頂蓋6，將生物打印的軟骨4置于罐體底部的第二硅膠墊7上，并向罐中倒入培養(yǎng)液使液面高出軟骨4 一定距離，然后將連有壓縮發(fā)生器的頂蓋6蓋上，確保軟骨在兩塊硅膠墊之間；
[0025]步驟2:對(duì)壓縮發(fā)生器設(shè)定程序，使之按一定頻率和壓力進(jìn)行運(yùn)動(dòng)；
[0026]步驟3:將該反應(yīng)器放入設(shè)定好溫度、濕度、氣體比例的CO2培養(yǎng)箱中培養(yǎng)；
[0027]步驟4:每隔一段時(shí)間進(jìn)行培養(yǎng)液更換的操作。
[0028]最后應(yīng)說(shuō)明的是:以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，盡管參照前述實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，其依然可以對(duì)前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對(duì)其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種生物打印軟骨的壓力可控的生物反應(yīng)器，包括頂蓋和圓柱形罐體，其特征在于，所述圓柱形罐體內(nèi)設(shè)置有壓縮發(fā)生器，所述壓縮發(fā)生器包括驅(qū)動(dòng)軸和底部圓盤(pán)，所述驅(qū)動(dòng)軸上端穿出所述頂蓋，下端與所述底部圓盤(pán)連接，所述底部圓盤(pán)下設(shè)置有第一硅膠墊，在所述圓柱形罐體底部設(shè)置有與所述第一硅膠墊相配合的第二硅膠墊。2.如權(quán)利要求1所述的生物打印軟骨的壓力可控的生物反應(yīng)器，其特征在于，所述頂蓋上設(shè)置有透氣的濾芯裝置。3.如權(quán)利要求1所述的生物打印軟骨的壓力可控的生物反應(yīng)器，其特征在于，所述驅(qū)動(dòng)軸為圓柱形。4.如權(quán)利要求3所述的生物打印軟骨的壓力可控的生物反應(yīng)器，其特征在于，所述底部圓盤(pán)的直徑略小于圓柱罐體的直徑。5.如權(quán)利要求4所述的生物打印軟骨的壓力可控的生物反應(yīng)器，其特征在于，所述第一硅膠墊、第二硅膠墊和所述底部圓盤(pán)的直徑相同，且其直徑均略小于所述圓柱罐體的直徑。6.如權(quán)利要求1所述的生物打印軟骨的壓力可控的生物反應(yīng)器，其特征在于，所述壓縮發(fā)生器可以進(jìn)行頻率和壓力的設(shè)定。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種生物打印軟骨的壓力可控的生物反應(yīng)器，包括頂蓋和圓柱形罐體，圓柱形罐體內(nèi)設(shè)置有壓縮發(fā)生器，壓縮發(fā)生器包括驅(qū)動(dòng)軸和底部圓盤(pán)，驅(qū)動(dòng)軸上端穿出所述頂蓋，下端與底部圓盤(pán)連接，底部圓盤(pán)下設(shè)置有第一硅膠墊，在圓柱形罐體底部設(shè)置有第二硅膠墊。將生物打印的軟骨放置兩塊硅膠墊之間，由于兩塊硅膠墊直徑略小于罐體，避免生物打印的軟骨從罐壁縫隙中逃走，在壓縮發(fā)生器工作時(shí)能一直受到機(jī)械擠壓作用，同時(shí)培養(yǎng)液提供一定的液壓和剪切力，有利于細(xì)胞分泌胞外基質(zhì)，使制備出的軟骨組織更接近天然的組織學(xué)結(jié)構(gòu)和生理功能，在提供壓力刺激的同時(shí)還能使?fàn)I養(yǎng)物質(zhì)以及氧氣更充分地進(jìn)入軟骨復(fù)合物中，并將代謝廢物及時(shí)排出。
【IPC分類(lèi)】C12M3/00
【公開(kāi)號(hào)】CN105670930
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201610176752
【發(fā)明人】劉洪 , 楊熙
【申請(qǐng)人】劉洪
【公開(kāi)日】2016年6月15日
【申請(qǐng)日】2016年3月25日