生物人工肝支持系統及其組合式儲液池的製作方法

2023-05-11 19:25:56 3

專利名稱：生物人工肝支持系統及其組合式儲液池的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用於進行生物人工肝治療的醫療設備，特別涉及一種可有效提高 生物人工肝治療效果的裝置及其組合式儲液池，屬於生物醫學技術領域。
背景技術：
生物人工肝支持系統是一種為肝功能衰竭患者提供體外肝功能支持的裝置，該技 術的出現為肝衰竭的治療開闢了新途徑。其基本原理是將體外分離的原代肝細胞(豬肝細 胞、人肝細胞等)或體外培養的肝細胞株(永生化肝細胞株等)置於生物反應器中，使肝衰 竭患者的血漿通過具有一定分子截留量半透膜與肝細胞進行物質交換，從而達到糾正代謝 紊亂等治療目的。在這個領域中，針對細胞源和生物反應器的研究是兩大熱點。但是，生物 人工肝支持系統構建中的一些其他問題，如儲液池的設計，也有著重要的應用價值，卻未得 到深入的研究。儲液池是生物人工肝支持系統中的組件之一，設計合理的儲液池可以提高肝衰竭 患者血漿(或血液)與生物反應器之間的物質交換效率，提高療效。國外已研發的較成熟的 生物人工肝支持系統有AMC-BAL、BLSS、ELAD、HepatAssist,MELS等，大致存在兩類問題1) 未安裝儲液池，肝衰竭血漿流經生物反應器的速度僅能與肝衰竭血漿自患者體內的引出速 度相一致，而血漿自肝衰竭患者體內的引出速度是根據患者的生理狀況受到嚴格限制的， 影響了肝衰竭血漿與生物反應器之間的物質交換效率。2)使用單腔儲液池，雖然肝衰竭血 漿流經生物反應器的速度可大大超過肝衰竭血漿自患者體內的引出速度，但已流經生物反 應器的淨化血漿與未流經生物反應器的肝衰竭血漿直接混合，無法避免部分肝衰竭血漿未 與生物反應器內肝細胞作用即返回患者體內，無效循環的存在是其嚴重缺陷。為解決該問題，中國專利申請200910155039. X公開了一種生物人工肝支持系統 用雙腔儲液池。但在應用該雙腔儲液池進行生物人工肝治療過程中，已經生物反應器作用 的淨化血漿與未經生物反應器作用的肝衰竭血漿之間的單向流動是通過泵的抽吸作用實 現的，在遭遇意外停泵等機械故障和操作錯誤時，雙腔內血漿的單向流動會受到幹擾。

發明內容
本發明的目的在於彌補現有技術的不足，提供一種適用於生物人工肝治療的生物 人工肝支持系統及其組合式儲液池。本發明的目的是通過以下技術方案實現的該用於生物人工肝支持系統的組合 式儲液池包括位於同一水平面上的封閉式入液池和封閉式返液池，入液池的頂部設有第一 液體入口和第一氣壓平衡孔，入液池的底部設有第一液體出口和第二液體入口 ；返液池的 頂部設有第三液體入口和第二氣壓平衡孔，返液池的底部設有第二液體出口和第三液體出 口 ；第二液體出口通過第一連通管與第二液體入口連通，第一連通管上安裝有方向及流量 控制裝置。進一步地，本發明所述方向及流量控制裝置包括單向活瓣和夾管閥，所述單向活瓣和夾管閥分別安裝於第一連通管上。進一步地，本發明所述第一氣壓平衡孔和第二氣壓平衡孔的直徑為0. 5cm。本發明的使用上述組合式儲液池的生物人工肝支持系統包括血漿分離器和生物 反應器，還包括組合式儲液池和三通管，所述組合式儲液池包括位於同一水平面上的封閉 式入液池和封閉式返液池，入液池的頂部設有第一液體入口和第一氣壓平衡孔，入液池的 底部設有第一液體出口和第二液體入口 ；返液池的頂部設有第三液體入口和第二氣壓平衡 孔，返液池的底部設有第二液體出口和第三液體出口 ；第二液體出口通過第一連通管與第 二液體入口連通，第一連通管上安裝有方向及流量控制裝置；所述第一 液體出口與生物反 應器的入口通過第二連通管連通，在第二連通管上安裝有循環泵；所述第三液體出口與所 述三通管的第一支管連接，所述血漿分離器的血細胞出口與所述三通管的第二支管，在所 述三通管的第一支管上安裝有返漿泵；所述第三液體入口與生物反應器的出口連通；所述 第一液體入口與血漿分離器的血漿出口通過第三連通管連通，在第三連通管上安裝有分離 泵；所述血漿分離器的入口連接有第四連通管。進一步地，本發明所述方向及流量控制裝置包括單向活瓣和夾管閥，所述單向活 瓣和夾管閥分別安裝於第一連通管上。進一步地，本發明所述第一氣壓平衡孔和第二氣壓平衡孔的直徑為0. 5cm。與現有技術相比，本發明的有益之處在於將本發明組合式儲液池應用到生物人 工肝支持系統時，可以提高肝衰竭血漿與生物反應器之間的物質交換效率，避免無效循環， 而且已經生物反應器作用的淨化血漿與未經生物反應器作用的肝衰竭血漿之間的單向流 動是利用第一連通管作為媒介通過重力勢能差和單向活瓣實現的，而不是依賴泵的抽吸作 用，結構簡單、運行穩定，有利於提高生物人工肝支持系統的療效。本發明提供的生物人工 肝支持系統用組合式儲液池可根據具體需求，調整入液池和返液池的容積，以適於臨床應 用。


圖1為本發明用於生物人工肝支持系統的組合式儲液池的立體結構示意圖。圖2為本發明生物人工肝支持系統的結構示意圖。
具體實施例方式下面根據附圖詳細描述本發明，將使本發明的目的和效果更易於理解。如圖1所示，本發明用於生物人工肝支持系統的組合式儲液池主要由封閉式入液 池1和封閉式返液池2組成。入液池1和返液池2可為尺寸完全相同的圓柱形容器，由透 明有機玻璃製成；去除壁厚，池高7cm，底面直徑6cm，容積約200ml。入液池1的頂部開有 第一液體入口 4和第一氣壓平衡孔7，底部開有第一液體出口 5和第二液體入口 6。返液池 2的頂部有第三液體入口 8和第二氣壓平衡孔11，底部有第二液體出口 9和第三液體出口 10。以上所有液體入口及液體出口的管徑均可設置為內直徑約0.6cm、外部長度lcm。第一 氣壓平衡孔7和第二氣壓平衡孔11可用於保持池內外氣壓平衡，它們的半徑均可為0. 5cm, 孔內裝有孔徑為0. 22微米的微孔濾膜，可阻止細菌進入池內，微孔濾膜材料可為聚偏二氟 乙烯等。返液池2底部的第二液體出口 9經由第一連通管3與入液池1底部的第二液體入口 6連接，即第一連通管3的兩端分別與返液池2底部的第二液體出口 9和入液池1底部 的第二液體入口 6相連接，第一連通管3的管腔內直徑為0. 5cm,由矽膠製成，在第一連通管 3上安裝有單向活瓣12和夾管閥13，以用於對液體的流動方向及流量進行控制。單向活瓣 12可由聚醚氨酯等材料製成，橫截面為圓形，內直徑為1.5cm，來自第二液體出口 9的壓力 大於來自第二液體入口 6的壓力時，單向活瓣12自動開放，反之，單向活瓣12會在壓力作 用下自動關閉，保證了液體自返液池2底部的第二液體出口 9向入液池1底部的第二液體 入口 6單向流動。夾管閥13由硬質塑料製成，可在需要時隨時夾閉第一連通管3將本發明的組合式儲液池用於生物人工肝支持系統時，生物人工肝支持系統主要 包括血漿分離器16、生物反應器19和所述組合式儲液池構成。其中，組合式儲液池的入液 池1的第一液體出口 5與生物反應器19的入口通過第二連通管23連通，在第二連通管23 上安裝有循環泵18 ；入液池1的第三液體出口 10與三通管的第一支管14連接，血漿分離 器16的血細胞出口與所述三通管的第二支管15，在所述三通管的第一支管14上安裝有返 漿泵20 ；組合式儲液池中的返液池2的第三液體入口 8與生物反應器19的出口連通；入液 池1的第一液體入口 4與血漿分離器16的血漿出口通過第三連通管24連通，在第三連通 管24上安裝有分離泵17 ；血漿分離器16的入口連接有第四連通管22。如圖1、圖2所示，使用本發明的生物人工肝支持系統時，血液自肝衰竭患者的靜 脈引出，經第四連通管22流經血漿分離器16，血液的細胞成分由分離器16的血細胞出口 直接經三通管的第二支管15和第三支管21返回人體；肝衰竭血漿則由分離器16的血漿出 口在分離泵17的抽吸作用下被分離出，經第三連通管24由入液池1頂部的第一液體入口 4進入入液池1，與入液池1內預衝的IOOml林格氏液相混合。在循環泵18的抽吸作用下， 入液池1內的肝衰竭血漿經由池底部的第一液體出口 5引出，經第二連通管23流經生物反 應器19，與生物反應器19內的肝細胞作用後，成為淨化血漿，經由返液池2頂部的第三液體 入口 8進入返液池2，與返液池2內預衝的IOOml林格氏液相混合。一部分返液池2內的淨 化血漿在返漿泵20的抽吸作用下經池底部的第三液體出口 10引出，進人三通管的第一支 管14和第三支管21，在第三支管21內，血液的細胞成分和血漿相混合，共同返回肝衰竭患 者體內。由於入液池1和返液池2置於同一水平高度，而循環泵18的流速大於返漿泵20， 會出現返液池2內的液面高度迅速超過入液池1內的液面高度的趨勢，造成入液池1內的 肝衰竭血漿和返液池2內的淨化血漿之間存在重力勢能差，來自返液池2底部的第二液體 出口 9的壓力大於來自入液池1底部的第二液體入口 6的壓力，單向活瓣12在壓力作用下 自動開放，一部分返液池2內的淨化血漿自池底部的第二液體出口 9進入第一連通管3，經 入液池1底部的第二液體入口 6返回入液池1，反覆流經生物反應器19，實現了肝衰竭血漿 與生物反應器19內的肝細胞的多次作用，提高了物質交換效率，有助於增強生物人工肝支 持系統的療效。由於已經生物反應器作用淨化的血漿與未經生物反應器作用的肝衰竭血漿 之間的單向流動通過重力勢能差實現，入液池1內的液面高度與返液池2內的液面高度能 夠自動趨向於平衡。由於單向活瓣12的存在，即使在遭遇循環泵18意外停泵等機械故障 或人為操作錯誤，如循環泵18的反向運轉等情況時，入液池1內的液面高度超過返液池2 內的液面高度，單向活瓣12會在壓力作用下自動關閉，入液池1內的肝衰竭血漿仍不會流 入返液池2，保證肝衰竭血漿不會未與生物反應器19內的肝細胞作用即返回肝衰竭患者體 內。治療結束前，先停止分離泵17和返漿泵20，入液池1內的肝衰竭血漿繼續在循環泵18的抽吸作用下反覆流經生物反應器19，待其被充分淨化後，夾閉連通管3上的夾管閥13，淨 化血漿由返液池2向入液池1的流動停止，入液池1內的所有肝衰竭血漿在循環泵18的抽 吸作用下進入返液池2。同時啟動返漿泵20，返液池2內的所有淨化血漿緩慢返回幹衰竭 患者體內，治療結束。 本發明的生物人工肝支持系統用組合式儲液池，其返液池內僅容納已經生物反應 器作用的淨化血漿，可絕對避免未經生物反應器作用的肝衰竭血漿直接返回患者體內，從 而避免了無效循環，提高了物質交換效率，與普通單腔儲液池相比，有明顯的創新。此外，本 發明所提供的生物人工肝支持系統用組合式儲液池與現有的生物人工肝支持系統用雙腔 儲液池相比，也有明顯的改進。在生物人工肝支持系統用雙腔儲液池的運行過程中，已經生 物反應器作用的淨化血漿與未經生物反應器作用的肝衰竭血漿之間的單向流動是通過泵 的抽吸作用實現的，在遭遇意外停泵等機械故障和操作錯誤時，雙腔內血漿的單向流動會 受到幹擾。本發明所提供的生物人工肝支持系統用組合式儲液池，不但具備生物人工肝支 持系統用雙腔儲液池提高肝衰竭患者血漿與生物反應器之間的物質交換效率的功能，而且 已經生物反應器作用的淨化血漿與未經生物反應器作用的肝衰竭血漿之間的單向流動是 利用第一連通管作為媒介通過重力勢能差和單向活瓣實現的，而不是依賴泵的作用，不受 機械故障和人為操作失誤等的幹擾，結構簡單且運行更加穩定，更有利於提高生物人工肝 支持系統的療效。本發明所提供的生物人工肝支持系統用組合式儲液池，設計新穎合理，可有效提 高生物人工肝治療過程中的物質交換效率，且運行穩定，易於操作，在生物人工肝治療領域 具有良好的應用前景。
權利要求
一種用於生物人工肝支持系統的組合式儲液池，其特徵在於包括位於同一水平面上的封閉式入液池(1)和封閉式返液池(2)，入液池(1)的頂部設有第一液體入口(4)和第一氣壓平衡孔(7)，入液池(1)的底部設有第一液體出口(5)和第二液體入口(6)；返液池(2)的頂部設有第三液體入口(8)和第二氣壓平衡孔(11)，返液池(2)的底部設有第二液體出口(9)和第三液體出口(10)；第二液體出口(9)通過第一連通管(3)與第二液體入口(6)連通，第一連通管(3)上安裝有方向及流量控制裝置。
2.根據權利要求1所述的用於生物人工肝支持系統的組合式儲液池，其特徵在於所 述方向及流量控制裝置包括單向活瓣(12)和夾管閥(13)，所述單向活瓣(12)和夾管閥 (13)分別安裝於第一連通管(3)上。
3.根據權利要求1所述的用於生物人工肝支持系統的組合式儲液池，其特徵在於所 述第一氣壓平衡孔(7)和第二氣壓平衡孔(11)的直徑為0. 5cm。
4.一種使用權利要求1的組合式儲液池的生物人工肝支持系統，包括血漿分離器(16) 和生物反應器(19)，其特徵在於還包括組合式儲液池和三通管，所述組合式儲液池包括 位於同一水平面上的封閉式入液池(1)和封閉式返液池(2)，入液池(1)的頂部設有第一液 體入口(4)和第一氣壓平衡孔(7)，入液池(1)的底部設有第一液體出口(5)和第二液體入 口(6)；返液池(2)的頂部設有第三液體入口(8)和第二氣壓平衡孔(11)，返液池(2)的底 部設有第二液體出口(9)和第三液體出口(10)；第二液體出口(9)通過第一連通管(3)與 第二液體入口(6)連通，第一連通管(3)上安裝有方向及流量控制裝置；所述第一液體出口 (5)與生物反應器(19)的入口通過第二連通管(23)連通，在第二連通管(23)上安裝有循 環泵(18)；所述第三液體出口(10)與所述三通管的第一支管(14)連接，所述血漿分離器 (16)的血細胞出口與所述三通管的第二支管(15)，在所述三通管的第一支管(14)上安裝 有返漿泵(20)；所述第三液體入口(8)與生物反應器(19)的出口連通；所述第一液體入口 (4)與血漿分離器(16)的血漿出口通過第三連通管(24)連通，在第三連通管(24)上安裝 有分離泵(17)；所述血漿分離器(16)的入口連接有第四連通管(22)。
5.根據權利要求4所述的生物人工肝支持系統，其特徵在於所述方向及流量控制裝 置包括單向活瓣(12)和夾管閥(13)，所述單向活瓣(12)和夾管閥(13)分別安裝於第一連 通管(3)上。
6.根據權利要求4所述的生物人工肝支持系統，其特徵在於所述第一氣壓平衡孔(7) 和第二氣壓平衡孔(11)的直徑為0.5cm。
全文摘要
本發明公開了一種生物人工肝支持系統及其組合式儲液池，其中，組合式儲液池包括封閉式入液池和封閉式返液池，入液池的頂部設有第一液體入口和第一氣壓平衡孔，入液池的底部設有第一液體出口和第二液體入口；返液池的頂部設有第三液體入口和第二氣壓平衡孔，返液池的底部設有第二液體出口和第三液體出口；第二液體出口通過第一連通管與第二液體入口連通，第一連通管上安裝有方向及流量控制裝置。本發明可提高肝衰竭血漿與生物反應器之間物質交換效率，避免無效循環，無需依賴泵的抽吸作用，結構簡單、運行穩定，有利於提高生物人工肝支持系統的療效。本發明可根據具體需求，調整入液池和返液池的容積，以適於臨床應用。
文檔編號A61M1/36GK101966352SQ20101028167
公開日2011年2月9日 申請日期2010年9月10日 優先權日2010年9月10日
發明者呂國良, 周鵬程, 張安業, 李蘭娟, 李建州, 楊英, 潘小平, 章益民, 虞曉鵬, 趙立夫, 陳佳佳, 陳月美 申請人:浙江大學