一种生物支架灌流培养室及生物支架灌流培养装置

摘要

本发明涉及生物培养设备技术领域，尤其涉及一种生物支架灌流培养室及生物支架灌流培养装置。生物支架灌流培养室包括盒体与盖体，所述盒体与盖体共同形成密闭的腔室，所述盖体相对于所述盒体的高度可以上下调节，所述腔室用于放置生物支架，所述生物支架与所述腔室的内壁之间填充有形状和大小随所述生物支架的形状和大小而改变的多个互相嵌套的泡沫套环。本发明实施例中的生物支架灌流培养室适用于不同形状和大小的生物支架的培养。

说明书

技术领域

本发明涉及细胞培养设备技术领域，尤其涉及一种生物支架灌流 培养室及生物支架灌流培养装置。

背景技术

体外组织构建技术是组织工程研究的焦点之一，也是组织工程产 业化发展的重要方向。目前的体外组织构建基本都是以生物支架为基 础，通过在生物支架上接种上相关的体细胞或者干细胞，或者通过三 维打印将细胞打印到生物支架中来完成人工组织的初级构建。越来越 多的生物支架都通过静电纺丝或者三维打印来完成，使用的材料包括 水凝胶、蚕丝蛋白、生物玻璃、磷酸钙盐、胶原蛋白等。这些构建好 的生物支架的形状各异，高度和直径差异也非常大。比如人工软骨的 生物支架一般为多孔圆柱状，人工骨骼的生物支架为多孔方柱状，人 工肝脏的生物支架为多孔方形柱或者多孔球状，人工血管为多孔圆管 状等等。

生物支架接种上细胞后，要立即进行灌流培养，以保证细胞的活 性、促进细胞的分化和组织的形成。灌流式生物反应器允许培养液通 过生物支架材料中相互联接的孔隙，灌流式生物反应器能提供更好的 营养物传输，并且对培养的细胞以剪应力刺激。此外灌流培养系统可 以模拟体内微环境，为生物支架复合物连续传输营养物质，减小施加 液态压力，以期构建更加成熟的组织。但是目前的生物支架进行培养 的灌流式生物反应器中培养室的体积都是固定的，不能根据生物支架 的体积和形状的不同进行灵活调节，并且现有技术中的灌流培养装置 一般都比较复杂，制作成本高。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是解决现有技术中培养室无法适用于不 同形状大小的生物支架的培养的问题。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种生物支架灌流培养室， 包括盒体与盖体，所述盒体与盖体共同形成密闭的腔室，所述盖体相 对于所述盒体的高度可以上下调节，所述腔室用于放置生物支架，所 述生物支架与所述腔室的内壁之间填充有形状和大小随所述生物支架 的形状和大小而改变的多个互相嵌套的泡沫套环。

根据本发明，所述盖体与所述盒体之间为螺纹连接，所述盖体上 设有外螺纹，所述盒体内壁设有内螺纹，通过旋转所述盖体上下调节 所述盖体相对所述盒体的高度。

根据本发明，所述盖体的顶部设有旋盖把手，且所述盖体由透明 材料制成。

根据本发明，所述泡沫套环采用为生物惰性高分子材料制成。

根据本发明，所述泡沫套环为聚氨酯泡沫、聚乙烯泡沫、聚四氟 乙烯泡沫、多孔有机硅橡胶泡沫、聚乳酸泡沫、聚乙醇酸泡沫和聚己 内酯泡沫中的一种或多种的组合。

根据本发明，所述生物支架的横截面为圆形或椭圆形时，所述泡 沫套环采用圆形泡沫套环，所述生物支架的外壁与腔室的内壁之间水 平方向上设置有多个互相嵌套的所述圆形泡沫套环，且所述圆形泡沫 套环在竖直方向上设有一层或多层，使所述圆形泡沫套环完全填充所 述腔室。

根据本发明，所述生物支架的横截面正方形、长方形、菱形、梯 形或三角形时，所述泡沫套环采用方形泡沫套环，所述生物支架的外 壁与腔室的内壁之间水平方向上设置有多个互相嵌套的所述方形泡沫 套环，且所述方形泡沫套环在竖直方向上设置有一层或多层，使所述 方形泡沫套环完全填充所述腔室。

根据本发明，所述盒体的一侧下部设有与所述腔室连通的进液通 道，所述盒体的另一侧设有与所述腔室连通的多个高度不同的出液通 道。

本发明还提供了一种生物支架灌流培养装置，包括培养液供给瓶、 蠕动泵、上述的生物支架灌流培养室以及培养液收集瓶，所述蠕动泵 连接于所述培养液供给瓶和所述生物支架灌流培养室的进液通道之 间，用于向所述生物支架灌流培养室内供给培养液，所述培养液收集 瓶连接于所述生物支架灌流培养室的出液通道处，用于收集废液。

根据本发明，所述培养液供给瓶和所述培养液收集瓶均连接有气 体交换装置，用于保证所述生物支架灌流培养装置内的气压平衡以及 防止微生物污染。

(三)有益效果

本发明的上述技术方案与现有技术相比具有如下优点：本发明实 施例中盖体相对于盒体的高度可以上下调节使用时可以根据生物支架 的高度调节腔室的高度，生物支架与腔室内壁之间填充有多个泡沫套 环，泡沫套环的形状和大小可以根据需要培养的生物支架的形状和大 小来决定，泡沫套环一方面作为生物支架的稳定装置，使得支架在腔 室内培养液的冲击下不会发生晃动，另一方面由于泡沫套环填充了腔 室内除了生物支架以外的空白区域，也即泡沫套环所围成的培养空间 与生物支架的大小相同，避免了腔室内空间大于生物支架的体积而造 成灌流过程中需要的培养液远大于真正需要的培养液的体积，此外也 避免了腔室中存在气泡停留空间，也就避免了阻碍支架上细胞分化的 因素的产生。本发明实施例中的实际培养空间与生物支架的大小相同 使得培养液得到充分的利用。因此，本发明实施例中的生物支架灌流 培养室适用于不同形状和大小的生物支架的培养。

附图说明

图1是本发明实施例生物支架灌流培养室的结构示意图；

图2是本发明实施例一种生物支架灌流培养室的截面图；

图3是本发明实施例另一种生物支架灌流培养室的截面图；

图4是本发明实施例生物支架灌流培养装置的结构示意图。

图中：1：盖体；2、21、22：盒体；3：泡沫套环；31：圆形泡沫 套环；32：方形泡沫套环；4：生物支架；41：圆柱形生物支架；42： 立方体生物支架；5：进液通道；6：出液通道；101：培养液供给瓶； 102：蠕动泵；103：生物支架灌流培养室；104：培养液收集瓶；105： 气体交换装置。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结 合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、 完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不 是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没 有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明 保护的范围。

如图1所示，本发明实施例提供的一种生物支架灌流培养室，包 括盒体2与盖体1，盒体2与盖体1共同形成密闭的腔室，盖体1相对 于盒体2的高度可以上下调节，用于调节腔室的高度。腔室用于放置 生物支架4，生物支架4与腔室的内壁之间填充有形状和大小随生物支 架4的形状和大小而改变的多个互相嵌套的泡沫套环3，也即腔室内设 有的泡沫套环3个数可以随生物支架4的大小而进行增减，并且由于 泡沫套环3具有一定的可伸缩性，将生物支架4套设在泡沫套环3中， 泡沫套环3可以随生物支架4的形状改变而改变从而紧固生物支架4， 泡沫套环3由泡沫材料制成填充在腔室内不影响培养液的流通。本发 明实施例中盖体1相对于盒体2的高度可以上下调节使用时可以根据 生物支架4的高度调节腔室的高度，生物支架4与腔室内壁之间填充 有泡沫套环3，泡沫套环3的形状和大小可以根据需要培养的生物支架 4的形状和大小来决定，泡沫套环3一方面作为生物支架4的稳定装置， 使得生物支架4在腔室内培养液的冲击下不会发生晃动，另一方面由 于泡沫套环3填充了腔室内除了生物支架4以外的空白区域，也即泡 沫套环3所围成的培养空间与生物支架4的大小相同，避免了腔室内 空间大于生物支架4的体积而造成灌流过程中需要的培养液远大于真 正需要的培养液的体积，此外也避免了腔室中存在气泡停留空间，也 就避免了阻碍支架上细胞分化的因素的产生。本发明实施例中的实际 培养空间与生物支架4的大小相同使得培养液得到充分的利用。因此， 本发明实施例中的生物支架灌流培养室适用于不同形状和大小的生物 支架的培养。

具体地，盖体1与盒体2之间优选为螺纹连接，盖体1上设有外 螺纹，盒体2内壁设有内螺纹，通过旋转盖体1可以上下调节盖体1 相对盒体2的高度。需要说明的是，本发明实施例中的盖体1相对于 盒体2的上下调节不仅仅可以通过螺纹连接，也可以通过盖体1与盒 体2相对滑动到设定位置后采用固定结构将盖体1与盒体2固定的方 式来实现。进一步地，本实施例中盖体1的顶部设有旋盖把手，具体 地，旋盖把手与盖体1形成工字形，设有工字型旋盖把手可以使旋盖 操作更加省力。盖体1优选为由透明材料制成，可以清楚地观察腔室 内的情况。

进一步地，本发明实施例中的泡沫套环3采用生物惰性高分子材 料制成。具体地，泡沫套环3可以为聚氨酯泡沫、聚乙烯泡沫、聚四 氟乙烯泡沫、多孔有机硅橡胶泡沫、聚乳酸泡沫、聚乙醇酸泡沫和聚 己内酯泡沫中的一种或多种的组合。采用生物惰性高分子材料制成的 泡沫材料既可以满足培养液的流动，又不影响细胞的培养。

进一步地，本实施例中盒体2的一侧下部设有与腔室连通的进液 通道5，盒体2的另一侧设有与腔室连通的多个高度不同的出液通道6， 本实施例中优选为3-20个，出液通道6处设有开关，可以根据生物支 架4的高度来选择出液通道6的开关。

本发明提供了一个具体地实施例，如图2所示，盒体21的截面为 圆形，所要培养的生物支架4可以为圆形或椭圆形，具体地本实施例 中培养的生物支架为圆柱形生物支架41，调节盖体1的高度使腔室的 高度与圆柱形生物支架41的高度相同，泡沫套环采用圆形泡沫套环 31，圆柱形生物支架41的外壁与腔室的内壁之间水平方向上设置有多 个互相嵌套的圆形泡沫套环31，且圆形泡沫套环31在竖直方向上均设 有一层或多层，使圆形泡沫套环31完全填充腔室，圆形泡沫套环31 优选为大孔聚氨酯泡沫。具体地，单个圆形的圆形泡沫套环31的内外 径厚度差优选为1-10mm，水平方向上圆形泡沫套环31的嵌套个数优 选为1-30个，单个圆形泡沫套环31的高度优选为1-20mm，垂直方向 上圆形泡沫套环31的个数优选为1-30个。本实施例中培养室的内径为 11mm，高度为25mm，以I型胶原为材料制作的圆柱形生物支架41的 外径为6mm，高度为9mm，最小的圆形泡沫套环31内径为2mm，高 度为3mm，其余圆形泡沫套环31的内径依次为3、4、5、6、7、8、9 和10mm，高度均为3mm，培养时，去掉内层内径为2-5mm的圆形泡 沫套环31，内径6-10mm的圆形泡沫套环31高度上均设有3个，旋紧 盖体1，形成9mm高的培养空间，将圆柱形生物支架41放置在其中即 可以进行培养。当培养的圆柱形生物支架41的外径为4mm，高度为 3mm时，可以拆除内层2-3mm内径的圆形泡沫套环31，内径4-10mm 的圆形泡沫套环31高度上均设有1个，旋紧盖体1，形成3mm高的培 养空间，将圆柱形生物支架41放置在其中即可以进行培养。

本发明还提供了另一个具体地实施例，如图3所示，盒体22的横 截面为方形，所要培养的生物支架4的横截面可以为正方形、长方形、 菱形、梯形或三角形，本实施例中生物支架为立方体生物支架42，调 节盖体1的高度使腔室的高度与立方体生物支架42的高度相同，泡沫 套环3采用方形泡沫套环32，立方体生物支架42的外壁与腔室的内壁 之间水平方向上设置有多个互相嵌套的方形泡沫套环32，且方形泡沫 套环32在竖直方向上均设有一层或多层，使方形泡沫套环32完全填 充腔室。

本发明实施例还提供了一种生物支架灌流培养装置，如图4所示， 包括培养液供给瓶101、蠕动泵102、上述的生物支架灌流培养室103 以及培养液收集瓶104，蠕动泵102连接于培养液供给瓶101和生物支 架灌流培养室103的进液通道之间，用于向生物支架灌流培养室103 内供给培养液，培养液收集瓶104连接于生物支架灌流培养室103的 出液通道处，用于收集废液。动态的灌流培养可以保证持续新鲜的化 学培养液以恒定的速率进入生物支架灌流培养室103内部，提供细胞 分化所必须的营养和诱导因子，并及时移去代谢废物，离开生物支架 灌流培养室103的培养液不再循环使用，导入培养液收集瓶104中， 为细胞分化奠定了前提。本发明实施例提供的生物支架灌流培养装置 使用的培养室适用于任意形状的生物支架的培养，因此，本发明的生 物支架灌流培养装置也可以适用于多种生物支架的培养，增大了应用 范围。

进一步地，本实施例中，培养液供给瓶101和培养液收集瓶104 均连接有气体交换装置105，用于保证生物支架灌流培养装置内的气压 平衡以及防止微生物污染。具体地，培养液供给瓶101、蠕动泵102、 生物支架灌流培养室103以及培养液收集瓶104通过硅胶管依次连接。

使用时，将生物支架4接种上成骨细胞，静置培养4小时，有利 于成骨细胞进入到生物支架4中并贴附生长，调整生物支架灌流培养 室103内泡沫套环3的多少使其与盖体1旋下后形成的培养空间与生 物支架4的大小相适应，将生物支架4放入泡沫套环3中，调节盖体4 至合适的高度，开启蠕动泵102使培养液逐渐进入到生物支架灌流培 养室103中对生物支架4进行培养，同时由培养液收集瓶104收集流 出生物支架灌流培养室103的废液。

综上所述，本发明实施例中盖体1相对于盒体2的高度可以上下 调节使用时可以根据生物支架4的高度调节腔室的高度，生物支架4 与腔室内壁之间填充有泡沫套环3，泡沫套环3的多少可以根据需要培 养的生物支架4的形状和大小来决定，泡沫套环3一方面作为生物支 架4的稳定装置，使得生物支架4在腔室内培养液的冲击下不会发生 晃动，另一方面由于泡沫套环3填充了腔室内除了生物支架4以外的 空白区域，也即泡沫套环3所围成的培养空间与生物支架4的大小相 同，避免了腔室内空间大于生物支架4的体积而造成灌流过程中需要 的培养液远大于真正需要的培养液的体积，此外也避免了腔室中存在 气泡停留空间，也就避免了阻碍支架上细胞分化的因素的产生。本发 明实施例中的实际培养空间与生物支架4的大小相同使得培养液得到 充分的利用。因此，本发明实施例中的生物支架灌流培养室103适用 于不同形状和大小的生物支架4的培养。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而 非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领 域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技 术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修 改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方 案的精神和范围。