基於i型膠原凝膠顆粒製備與收集細胞微球的裝置的製作方法

2023-10-28 01:49:02

專利名稱：基於i型膠原凝膠顆粒製備與收集細胞微球的裝置的製作方法
技術領域：
本發明屬於生物醫學工程領域，涉及一種細胞微球體外擴增製備與自動收集的裝置。特別是涉及一種用於將細胞與I型膠原凝膠顆粒複合擴增培養製備成細胞微球，再將細胞微球包被I型膠原凝膠形成活性絲線的方法和裝置。適合於生物醫學工程領域體外大規模擴增細胞和製備具有細胞活性的細胞微球絲線，應用於組織工程複雜組織和器官的精確接種和再生醫學的細胞治療。
背景技術：
在組織工程和再生醫學的臨床應用中，需要大量的種子細胞，並且需要將這些種子細胞接種到特定的生物材料上進行塑形，由於傳統的方法是將貼壁的細胞重新傳代接種擴增，大量的細胞外基質和細胞分泌的激素因為反覆的清洗而流失；而且，大量的種子細胞是通過手工接種與生物材料進行複合，操作簡單繁瑣、容易汙染、細胞接種不均勻，無法滿足組織工程細胞大規模擴增與高密度接種的需要。目前對種子細胞的擴增通常的方法仍是採用培養皿、培養瓶或者多層細胞培養裝置進行手工培養，微載體細胞大規模培養主要針對疫苗、基因工程等產品的細胞擴增，不是組織工程理想的選擇。種子細胞的搜集與接種仍是通過離心手工完成，無法滿足組織工程構建形態複雜的組織的需求。

發明內容
本發明的目的是提供一種採用I型膠原凝膠顆粒為載體，將培養液流動形成動態託舉硫化層，懸浮培養擴增細胞微球的裝置，達到大量擴增組織工程種子細胞和進行自動收集的目的；對於細胞微球製備裝置，可以在細胞進行大規模擴增時，調節裝置的流量、I 型膠原凝膠顆粒的密度和位置，使得細胞在最佳的參數下進行擴增培養。本發明解決技術問題所採取的技術方案為
基於I型膠原凝膠顆粒製備與收集細胞微球的裝置，包括細胞微球擴增培養室、培養液硫化床託舉層流動循環機構、細胞微球自動收集機構、控制單元和測量單元。培養液硫化床託舉層流動循環機構能夠形成穩定的培養液流化床層流託舉層，保證細胞和I型膠原凝膠顆粒能夠穩定的懸浮在託舉層上遊動，為細胞在I型膠原凝膠顆粒上的粘附創造條件，細胞微球擴增培養室位於培養液硫化床託舉層流動循環機構的上方， 用於細胞微球的製備與細胞的擴增，當細胞微球製備與培養完成後，採用細胞微球自動收集機構收集細胞微球。所述的細胞微球擴增培養室包括密封蓋、上固定端蓋板、細胞微球培養裝置、培養室緊固螺釘、材料入口、固定螺釘、錐形細胞微球培養室和培養液流出管。密封蓋與上固定端蓋板上的材料入口連接，並通過固定螺釘與細胞微球培養裝置形成一個封閉的環境；錐形細胞微球培養室在細胞微球培養裝置的內層並低於細胞微球培養裝置30-50mm，錐形細胞微球培養室和細胞微球培養裝置在同一個迴轉軸上，錐形細胞微球培養室與胞微球培養裝置的內壁存在10-20mm的環狀空隙，間隙的底部開有培養液流出管；細胞微球擴增培養室通過培養室緊固螺釘與培養液硫化床託舉層流動循環機構連接。所述的培養液硫化床託舉層流動循環機構包括傳動軸密封固定架、培養液入口、 傳動軸、層流發生板、培養液流出管、培養液出口、培養液流入管、緊固螺栓和電機固定板。傳動軸密封固定架與傳動軸構成一個封閉的環境，傳動軸密封固定架的兩個凹槽分別對應傳動軸的兩層管口，當轉軸旋轉時，外界的培養液也能經過培養液入口進入轉動軸的培養液流入管，培養液在層流發生板下面的緩流容器中調整流動狀態，並經層流發生板流入錐形細胞微球培養室形成流化床的層流託舉層，多餘的培養液從錐形細胞微球培養室的邊緣流出，經培養液流出管流入培養液出口而流出，形成一個封閉的培養液硫化床託舉層流動循環迴路；傳動軸密封固定架由緊固螺栓固定在電機固定板上。所述的細胞微球自動收集機構包括錐形細胞微球擴增培養室、傳動軸密封固定架、傳動軸、電機固定板、電機、電機箱、材料入口、電機固定板螺栓、電機緊固螺栓。電機與傳動軸連接並由傳動軸密封固定架固定並保持轉動的穩定，轉動軸旋轉帶動錐形細胞微球擴增培養室，由於錐形細胞微球擴增培養室的側面傾斜角為8-12°，旋轉能夠形成動旋流的流動，將細胞微球聚集在培養液面的中心位置，通過材料入口插入吸管能夠將細胞微球取出，在細胞微球自動收集機構中，電機由電機緊固螺栓與電機固定板進行連接固定，電機固定板由電機固定板螺栓與電機箱固定，形成一個完整的機構。所述的控制單元包括觸控螢幕、可編程控制器、電機、調速器；通過觸控螢幕可以對細胞微球擴增製備裝置和細胞微球成絲裝置進出參數設置和運行操作，觸控螢幕的指令通過數據線傳給可編程控制器，可編程控制器根據預先編制的軟體完成對電機的控制，調速器能夠對電機進行調速。所述的測量單元包括壓力傳感器、流量傳感器、數據採集卡、測量軟體；壓力傳感器和流量傳感器採集的數據通過數據線傳遞給數據採集卡，數據採集卡通過測量軟體將數據顯示在電腦上。本發明的有益效果改變了傳統的手工細胞擴增的傳代模式，克服了不同細胞代此間的差異，採用培養液流動形成流化床託舉層懸浮培養擴增細胞微球，增加了細胞外基質的含量，採用動旋流收集細胞微球，克服了採用離心的方法和手工收穫種子細胞方法的不足，為組織工程與再生醫學的臨床應用提供了一種良好的擴增細胞的裝置。


圖1是本發明關於細胞微球擴增製備與收集裝置結構圖。
具體實施例方式以下結合附圖對本發明作進一步說明。如圖1所示，基於I型膠原凝膠顆粒製備與收集細胞微球的裝置，包括細胞微球擴增製備與收集裝置、控制單元和測量單元三個部分。細胞微球擴增製備與收集裝置包括細胞微球擴增培養室、培養液硫化床託舉層流動循環機構、細胞微球自動收集機構三部分組成。培養液硫化床託舉層流動循環機構能夠形成穩定的培養液流化床層流託舉層，保證細胞和I型膠原凝膠顆粒能夠穩定的懸浮在託舉層上遊動，為細胞在I型膠原凝膠顆粒上的粘附創造條件，細胞微球擴增培養室位於培養液硫化床託舉層流動循環機構的上方， 用於細胞微球的製備與細胞的擴增，當細胞微球製備與培養完成後，採用細胞微球自動收集機構收集細胞微球。細胞微球擴增培養室包括密封蓋1、上固定端蓋板2、細胞微球培養裝置3、培養室緊固螺釘4、材料入口 11、固定螺釘12、錐形細胞微球培養室13、培養液流出管15等部件；
密封蓋1與上固定端蓋板2上的材料入口 11連接，並通過固定螺釘12與細胞微球培養裝置3形成一個封閉的環境。錐形細胞微球培養室13在細胞微球培養裝置的內層並低於細胞微球培養裝置30-50mm，兩者在同一個迴轉軸上，錐形細胞微球培養室與胞微球培養裝置的內壁存在10-20mm的環狀空隙，間隙的底部開有培養液流出管15。細胞微球擴增培養室通過培養室緊固螺釘4與培養液硫化床託舉層流動循環機構連接。培養液硫化床託舉層流動循環機構包括傳動軸密封固定架5、培養液入口 6、傳動軸7、層流發生板14、培養液流出管15、培養液出口 16、培養液流入管17、緊固螺栓18、電機固定板8等部件組成。傳動軸密封固定架5與傳動軸7構成一個封閉的環境，傳動軸密封固定架5的兩個凹槽分別對應傳動軸的兩層管口，當轉軸旋轉時，外界的培養液也能經過培養液入口 6 進入轉動軸17的培養液流入管17，培養液在層流發生板14下面的緩流容器中調整流動狀態，並經層流發生板14流入錐形細胞微球培養室13形成流化床的層流託舉層，多餘的培養液從錐形細胞微球培養室13的邊緣流出，經培養液流出管15流入培養液出口 16而流出， 形成一個封閉的培養液硫化床託舉層流動循環迴路。傳動軸密封固定架5由緊固螺栓18 固定在電機固定板8上。細胞微球自動收集機構包括錐形細胞微球擴增培養室13、傳動軸密封固定架5、 傳動軸7、電機固定板8、電機9、電機箱10、材料入口 11、電機固定板螺栓19、電機緊固螺栓 20等部件組成。電機9與傳動軸7連接並由傳動軸密封固定架5固定並保持轉動的穩定，轉動軸旋轉帶動錐形細胞微球擴增培養室13，由於錐形細胞微球擴增培養室13的側面傾斜角為 8-12°，旋轉能夠形成動旋流的流動，將細胞微球聚集在培養液面的中心位置，通過材料入口 11插入吸管能夠將細胞微球取出，在細胞微球自動收集機構中，電機9由電機緊固螺栓 20與電機固定板8進行連接固定，電機固定板8由電機固定板螺栓19與電機箱10固定，形成一個完整的機構。控制單元由觸控螢幕、可編程控制器、電機、調速器等元件組成。通過觸控螢幕可以對細胞微球擴增製備與收集裝置進出參數設置和運行操作，觸控螢幕的指令通過數據線傳給控制器，控制器根據預先編制的軟體完成對電機的控制，調速器能夠對電機進行調速。測量單元包括壓力傳感器、流量傳感器、溫度傳感器、數據採集卡、測量軟體、壓力傳感器和流量傳感器採集的數據通過數據線傳遞給數據採集卡，數據採集卡通過測量軟體將數據顯示在電腦上。該細胞微球擴增培養裝置的工作過程如下
1、將細胞(各種類型的細胞)與2-20ml含50%-80%1型膠原凝膠顆粒的培養液通過材料入口 11注入錐形細胞微球培養室13，將培養液經培養液入口 6注入，培養液經過培養液流入管17流經層流發生板14，在錐形細胞微球培養室13內形成流化床層流託舉層，調節培養液流量的大小，控制培養液流託舉層的形狀與強弱，使得細胞與I型膠原凝膠顆粒懸浮在託舉層上進行粘附培養，在培養過程中，定期通過材料入口 11將I型膠原凝膠顆粒注入錐形細胞微球培養室13，促進細胞與I型膠原凝膠顆粒的粘附與培養；在培養過程中，培養液形成穩定託舉層後將通過錐形細胞微球培養室13的邊緣流出，經過培養液流出管15和培養液出口 16流出，形成一個循環的迴路，保證了培養液形成的流化床託舉層的穩定。2、當細胞與I型膠原凝膠顆粒懸浮在託舉層上粘附培養時，細胞數量不斷增加， 為此，在培養過程中，定期通過材料入口 11將I型膠原凝膠顆粒注入錐形細胞微球培養室 13，使得細胞與I型膠原凝膠顆粒在流化託舉層相互接觸粘附，形成更多新的細胞微球，新的細胞在I型膠原凝膠顆粒上不斷擴增形成細胞基質含量豐富的細胞微球，這樣循環往復的培養，使得細胞不斷擴增，細胞微球的數量也不斷增多，這樣連續培養6-20天，達到一定的細胞數量，結束細胞微球的製備。3、當細胞微球製備完成後，停止將培養液經培養液入口 6注入錐形細胞微球培養室13，開啟電機9旋轉，電機轉軸通過傳動軸7帶動細胞微球擴增培養裝置旋轉，使得錐形細胞微球培養室13內的培養液產生動旋流運動，將細胞微球聚集在培養液的中心表面位置，採用吸管沿材料入口 11伸入錐形細胞微球培養室13即可將細胞微球取出。
權利要求
1.基於I型膠原凝膠顆粒製備與收集細胞微球的裝置，包括細胞微球擴增培養室、培養液硫化床託舉層流動循環機構、細胞微球自動收集機構、控制單元和測量單元，其特徵在於培養液硫化床託舉層流動循環機構能夠形成穩定的培養液流化床層流託舉層，保證細胞和I型膠原凝膠顆粒能夠穩定的懸浮在託舉層上遊動，為細胞在I型膠原凝膠顆粒上的粘附創造條件，細胞微球擴增培養室位於培養液硫化床託舉層流動循環機構的上方，用於細胞微球的製備與細胞的擴增，當細胞微球製備與培養完成後，採用細胞微球自動收集機構收集細胞微球；所述的細胞微球擴增培養室包括密封蓋(1)、上固定端蓋板O)、細胞微球培養裝置(3)、培養室緊固螺釘(4)、材料入口(11)、固定螺釘(1 、錐形細胞微球培養室(1 和培養液流出管(15)；密封蓋(1)與上固定端蓋板( 上的材料入口(11)連接，並通過固定螺釘(1 與細胞微球培養裝置C3)形成一個封閉的環境；錐形細胞微球培養室(1 在細胞微球培養裝置的內層並低於細胞微球培養裝置30-50mm，錐形細胞微球培養室(1 和細胞微球培養裝置C3)在同一個迴轉軸上，錐形細胞微球培養室與胞微球培養裝置的內壁存在10-20mm的環狀空隙，間隙的底部開有培養液流出管(1 ；細胞微球擴增培養室通過培養室緊固螺釘(4)與培養液硫化床託舉層流動循環機構連接；所述的培養液硫化床託舉層流動循環機構包括傳動軸密封固定架(5)、培養液入口 (6)、傳動軸(7)、層流發生板(14)、培養液流出管(15)、培養液出口(16)、培養液流入管 (17)、緊固螺栓(18)和電機固定板(8)；傳動軸密封固定架(5)與傳動軸(7)構成一個封閉的環境，傳動軸密封固定架(5)的兩個凹槽分別對應傳動軸的兩層管口，當轉軸旋轉時，外界的培養液也能經過培養液入口 (6)進入轉動軸(17)的培養液流入管(17)，培養液在層流發生板(14)下面的緩流容器中調整流動狀態，並經層流發生板(14)流入錐形細胞微球培養室(1 形成流化床的層流託舉層，多餘的培養液從錐形細胞微球培養室(1 的邊緣流出，經培養液流出管(1 流入培養液出口(16)而流出，形成一個封閉的培養液硫化床託舉層流動循環迴路；傳動軸密封固定架(5)由緊固螺栓(18)固定在電機固定板⑶上；所述的細胞微球自動收集機構包括錐形細胞微球擴增培養室(1 、傳動軸密封固定架(5)、傳動軸(7)、電機固定板(8)、電機(9)、電機箱(10)、材料入口(11)、電機固定板螺栓 (19)、電機緊固螺栓(20)；電機(9)與傳動軸(7)連接並由傳動軸密封固定架(5)固定並保持轉動的穩定，轉動軸旋轉帶動錐形細胞微球擴增培養室(13)，由於錐形細胞微球擴增培養室(1 的側面傾斜角為8-12°，旋轉能夠形成動旋流的流動，將細胞微球聚集在培養液面的中心位置，通過材料入口(11)插入吸管能夠將細胞微球取出，在細胞微球自動收集機構中，電機(9)由電機緊固螺栓00)與電機固定板(8)進行連接固定，電機固定板(8)由電機固定板螺栓(19) 與電機箱(10)固定，形成一個完整的機構；所述的控制單元包括觸控螢幕、可編程控制器、電機、調速器；通過觸控螢幕可以對細胞微球擴增製備裝置進出參數設置和運行操作，觸控螢幕的指令通過數據線傳給可編程控制器， 可編程控制器根據預先編制的軟體完成對電機的控制，調速器能夠對電機進行調速；所述的測量單元包括壓力傳感器、流量傳感器、溫度傳感器、數據採集卡、測量軟體、壓力傳感器和流量傳感器採集的數據通過數據線傳遞給數據採集卡，數據採集卡通過測量軟體將數據顯示在電腦上。
全文摘要
本發明涉及一種基於I型膠原凝膠顆粒製備與收集細胞微球的裝置。目前對種子細胞的擴增通常的方法仍採用手工培養。本發明中的培養液硫化床託舉層流動循環機構形成穩定的培養液流化床層流託舉層，保證細胞和I型膠原凝膠顆粒能夠穩定的懸浮在託舉層上遊動，細胞微球擴增培養室位於培養液硫化床託舉層流動循環機構的上方，用於細胞微球的製備與細胞的擴增，當細胞微球製備與培養完成後，採用細胞微球自動收集機構收集細胞微球。本發明採用培養液流動形成流化床託舉層懸浮培養擴增細胞微球，增加了細胞外基質的含量，採用動旋流收集細胞微球，克服了採用離心的方法。
文檔編號C12M1/36GK102399680SQ20111037708
公開日2012年4月4日 申請日期2011年11月24日 優先權日2011年11月24日
發明者李宏 申請人:杭州電子科技大學