一種人體韌帶組織工程生物反應器的製作方法

2023-05-31 18:09:26 1

專利名稱：一種人體韌帶組織工程生物反應器的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種人體韌帶組織工程生物反應器，屬組織工程生物反應器結構設計技術領域。
背景技術：
生物反應器是組織工程研究中用於人體韌帶等組織體外培養的關鍵設備。在韌帶體外培養過程中，適度的機械應力刺激對組織的形成以及組織的功能化起促進作用，能夠改善工程化組織的特性。但是對於所需應力的強度大小、作用頻率、持續性或間斷性以及工作循環等特性仍知之甚少。
目前，該類型的生物反應器主要由反應器培養室、直線和旋轉運動機構、培養液循環控制裝置、參數測量裝置、溫度控制裝置等部分構成。將種植了幹細胞的三維支架裝夾到反應器培養室內上下兩個錨軸上，運動機構使支架隨錨軸產生直線拉伸/壓縮和圓周扭轉位移，從而對支架及其上的細胞或組織產生拉/壓和扭轉應力刺激。直線運動由步進電機、齒輪副和滑動絲槓螺母副實現，旋轉運動由另一臺步進電機和齒輪副實現。現有的這些組織工程生物反應器的旋轉運動部件隨著拉伸錨軸一起作直線位移，增加了直線運動的慣量，從而對直線位移的速度控制產生不利影響；實現直線位移的傳動鏈的傳動效率較低，且易因潤滑不良而產生振動和噪音，有可能對細胞生長不利；並列的多培養室結構需要較大的安裝操作空間，且不利於肉眼觀察培養室內的細胞生長情況；當採用多個培養室同時進行細胞或組織培養時，由於支架的鬆弛程度不一致而引起拉/壓應力不一致時，不便於調整；缺少必要的直線位移和扭轉位移的檢測與顯示裝置。

發明內容
為了克服現有技術的不足，本發明的目的在於提供一種人體韌帶組織工程生物反應器，能進行拉伸/壓縮和雙向扭轉多維應力加載，可自動檢測支架鬆弛情況並能進行支架鬆弛在線補償，具有結構簡單、緊湊，使用方便的特點。本發明是通過如下技術方案來實現上述目的的。在一種人體韌帶組織工程生物反應器的結構中，設置有底座、底盤、連接杆、下固定盤、主動齒輪、旋轉驅動電機、立柱、上固定盤、直線驅動電機、移動盤、頂盤、直線位移傳感器、驅動杆、拉/壓應力和扭矩傳感器、聯軸器、錨杆、反應器培養室、支架、錨座、轉盤、從動齒輪、滾針推力軸承；在頂盤和下固定盤之間，對稱分布並固定連接有三根立柱；在下固定盤上，呈圓周對稱分布設置有六個反應器培養室；在立柱上，在頂盤和下固定盤之間，依次設置有移動盤和上固定盤；移動盤和立柱之間通過滾動軸承相連接；上固定盤固定連接在立柱上；直線驅動電機固定安裝在上固定盤上，其輸出軸通過螺紋連接固定在移動盤的中心上；直線位移傳感器安裝在上固定盤上，其測量探頭連接在移動盤上；驅動杆的上部設有螺紋，通過螺紋連接固定在移動盤上；驅動杆的下部安裝有拉/壓應力和扭矩傳感器，並通過聯軸器與錨杆相連接；反應器培養室安裝在轉盤上、錨座安裝在反應器培養室的底部；錨杆的下端插入到反應器培養室中；種植了細胞的支架安裝在錨杆與錨座之間；旋轉驅動電機安裝在下固定盤的中心上、其輸出軸向下穿過下固定盤，主動齒輪安裝在旋轉驅動電機的輸出軸上；轉盤的中心軸向下穿過下固定盤，從動齒輪安裝在轉盤的中心軸上；主動齒輪與從動齒輪相嚙合；底盤通過滾針推力軸承安裝在底座上。本發明與現有的技術相比具有如下有益效果I.本發明可提供拉伸/壓縮和雙向扭轉等多維應力加載，可實現單獨控制和聯動控制的直線運動和雙向扭轉運動，能實現應力、位移的自動測量、控制和顯示，結構簡單，使用方便。
2.本發明的6個反應器培養室呈圓周對稱分布，反應器整體可±180°轉位，便於安裝和觀察各個培養室。3.本發明可自動檢測各支架鬆弛情況並獨立進行支架鬆弛在線補償。


圖I為本發明的總體結構示意圖。圖2為本發明的培養室位置的分布示意圖。在圖中1.底座、2.底盤、3.連接杆、4.下固定盤、5.主動齒輪、6.旋轉驅動電機、7.立柱、8.上固定盤、9.直線驅動電機、10.移動盤、11.頂盤、12.直線位移傳感器、13.驅動杆、14.拉/壓應力和扭矩傳感器、15.聯軸器、16.錨杆、17.反應器培養室、18.支架、19.錨座、20.轉盤、21.從動齒輪、22.滾針推力軸承。
具體實施例方式本發明一種人體韌帶組織工程生物反應器由底座I、底盤2、連接杆3、下固定盤4、主動齒輪5、旋轉驅動電機6、立柱7、上固定盤8、直線驅動電機9、移動盤10、頂盤11、直線位移傳感器12、驅動杆13、拉/壓應力和扭矩傳感器14、聯軸器15、錨杆16、反應器培養室17、支架18、錨座19、轉盤20、從動齒輪21、滾針推力軸承22組成；在頂盤11和下固定盤4之間，對稱分布並固定連接有三根立柱7 ;在下固定盤4上，呈圓周對稱分布設置有六個反應器培養室17 ;在立柱7上，在頂盤11和下固定盤4之間，依次設置有移動盤10和上固定盤8 ;移動盤10和立柱7之間通過滾動軸承相連接；上固定盤8固定連接在立柱7上；直線驅動電機9固定安裝在上固定盤8上，其輸出軸通過螺紋連接固定在移動盤10的中心上；移動盤10可以沿立柱7作上下直線運動；直線位移傳感器12安裝在上固定盤8上，其測量探頭連接在移動盤10上；通過測量移動盤10直線位移的大小從而得到支架18的拉伸/壓縮位移量；驅動杆13的上部設有螺紋，通過螺紋連接固定在移動盤10上，驅動杆13的下部安裝有拉/壓應力和扭矩傳感器14，並通過聯軸器15與錨杆16相連接；拉/壓應力和扭矩傳感器14為集成傳感器，可測得支架18的拉伸/壓縮應力和扭轉力矩的大小；採用透明工程塑料製成的圓柱形的反應器培養室17安裝在轉盤20上、錨座19安裝在反應器培養室17的底部；錨杆16的下端插入到反應器培養室17中；種植了細胞的支架18安裝在錨杆16與錨座19之間；旋轉驅動電機6安裝在下固定盤4的中心上、其輸出軸向下穿過下固定盤4，主動齒輪5安裝在旋轉驅動電機6的輸出軸上；轉盤20的中心軸向下穿過下固定盤4，從動齒輪21安裝在轉盤20的中心軸上；主動齒輪5與從動齒輪21相嚙合；底盤2通過滾針推力軸承22安裝在底座I上，使生物反應器能實現± 180°的轉位。
權利要求
1.一種人體韌帶組織工程生物反應器，由底座(I)、連接杆(3)、下固定盤(4)、立柱(7)、上固定盤(8)、頂盤(11)、驅動杆(13)、聯軸器(15)、錨杆(16)、反應器培養室(17)、支架(18)、錨座(19)組成，其特徵在於在其結構中設置有底盤(2)、主動齒輪(5)、旋轉驅動電機出)、直線驅動電機(9)、移動盤(10)、直線位移傳感器(12)、拉/壓應力和扭矩傳感器(14)、轉盤(20)、從動齒輪(21)、滾針推力軸承(22);在頂盤(11)和下固定盤(4)之間，對稱分布並固定連接有三根立柱(7);在下固定盤(4)上，呈圓周對稱分布設置有六個反應器培養室(17);在立柱(7)上，在頂盤(11)和下固定盤(4)之間，依次設置有移動盤(10)和上固定盤(8);上固定盤(8)固定連接在立柱(7)上；直線驅動電機(9)固定安裝在上固定盤(8)上，其輸出軸通過螺紋連接固定在移動盤(10)的中心上；直線位移傳感器(12)安裝在上固定盤(8)上，其測量探頭連接在移動盤(10)上；驅動杆(13)的上部設有螺紋，通過螺紋連接固定在移動盤(10)上，驅動杆(13)的下部安裝有拉/壓應力和扭矩傳感器(14)，並通過聯軸器(15)與錨杆(16)相連接；反應器培養室(17)安裝在轉盤(20)上、錨座(19)安裝在反應器培養室(17)的底部；錨杆(16)的下端插入到反應器培養室(17)中；支架(18)安裝在錨杆(16)與錨座(19)之間；旋轉驅動電機(6)安裝在下固定盤⑷的中心上、其輸出軸向下穿過下固定盤(4)，主動齒輪(5)安裝在旋轉驅動電機￠)的輸出軸上;轉盤(20)的中心軸向下穿過下固定盤(4)，從動齒輪(21)安裝在轉盤(20)的中心軸上；主動齒輪(5)與從動齒輪(21)相嚙合。
2.根據權利要求I所述的一種人體韌帶組織工程生物反應器，其特徵在於移動盤(10)和立柱(7)之間通過滾動軸承相連接。
3.根據權利要求2所述的一種人體韌帶組織工程生物反應器，其特徵在於底盤(2)通過滾針推力軸承(22)安裝在底座(I)上。
全文摘要
本發明涉及一種人體韌帶組織工程生物反應器，其特徵在於在頂盤(11)和下固定盤(4)之間，對稱分布並固定連接有三根立柱(7)；在下固定盤(4)上，呈圓周對稱分布設置有六個反應器培養室(17)；直線驅動電機(9)安裝在上固定盤(8)上，其輸出軸連接固定在移動盤(10)的中心上；直線位移傳感器(12)安裝在上固定盤(8)上，拉/壓應力和扭矩傳感器(14)通過聯軸器(15)與錨杆(16)相連接；支架(18)安裝在錨杆(16)與錨座(19)之間；旋轉驅動電機(6)安裝在下固定盤(4)的中心上。本發明能進行拉伸/壓縮和雙向扭轉多維應力加載，可自動檢測支架鬆弛情況並能進行支架鬆弛在線補償，具有結構簡單、緊湊，使用方便的特點。
文檔編號C12M3/00GK102796664SQ20111013914
公開日2012年11月28日 申請日期2011年5月27日 優先權日2011年5月27日
發明者吳修德, 王雄 申請人:長江大學