專利名稱：用于細胞或組織工程生物培養(yǎng)的裝置和方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種生物反應器和方法，尤其涉及一種細胞生物學、組織工程學和醫(yī) 學中進行種子細胞培養(yǎng)或者細胞與生物材料復合培養(yǎng)的反應器和方法。
背景技術：
組織工程學是應用工程學和生命科學的原理和方法，構建生物性替代物，以恢復、 維持或增進受損器官或組織功能的一門科學。這種生物性替代物的構建需要由生物材料、 種子細胞及合適培養(yǎng)環(huán)境，而能夠將三者聯(lián)系在一起的就是生物反應器。在組織工程領域中，用于構建組織工程組織或器官的種子細胞多為貼壁依賴性細 胞，而種子細胞的來源往往是通過原代培養(yǎng)的細胞，基于安全的角度考慮，這些細胞不宜通 過基因改造等方法以增強其體外的繁殖和擴增能力，其體外大規(guī)模培養(yǎng)及快速較為困難； 因此，對于種子細胞的培養(yǎng)對生物反應器的要求比用于其它用途的動物細胞更強調培養(yǎng)環(huán) 境的合適性，使得種子細胞不僅僅能夠在反應器內得到大量的擴增，還對細胞的遺傳穩(wěn)定 性有更嚴格的要求，以保證在用于細胞治療時的安全性。同時，生物反應器還用于構建組織 工程組織、器官替代物，其構建方法要求將細胞復合與支架上，然后置入生物反應器內進行 培養(yǎng)。對不同的組織工程產(chǎn)品構建物，其培養(yǎng)要求的條件是各不相同，在組織工程皮膚的體 外構建過程中，要求有一定時間的氣液界面培養(yǎng)，以使得組織工程皮膚表面的角質細胞能 夠與空氣接觸而產(chǎn)生復層化，使組織工程皮膚的功能得到加強；因此，在不同組織工程中應 用的生物反應器往往具有自身的一些特點。目前常用的生物反應器的類型主要有滾瓶Roller bottle 是生物制藥的主要的反應器，包括免疫、分子生物學、病毒疫 苗的生產(chǎn)，高密度的植物細胞培養(yǎng)，以及人類的腫瘤細胞培養(yǎng)等。這種原始的生物反應器構 造簡單，操作方便，也可以作為組織工程種子細胞擴增。這種以旋轉提供動力的反應器可以 改善橫向的傳質，但縱向的傳質仍然不佳。而且對于組織工程產(chǎn)品的構建，尤其是組織工程 皮膚的構建，因為無法放置支架，這種生物反應器是無能無力的。機械攪拌式生物反應器也就是通過機械槳的攪拌作用，增進反應器內部的傳質， 但是由于機械槳的剪切作用不可避免地導致細胞的損傷。這種生物反應器主要用于非組織 工程種子細胞的擴增，由于其機械槳對細胞造成了損傷，因此，這種生物反應器產(chǎn)出的細胞 用作細胞治療時，其安全性仍然值得考慮；在組織工程構建物的培養(yǎng)中，需要將構建物懸置 于培養(yǎng)液中，操作復雜。旋轉壁式生物反應器1990年，Kleis等人首先研制了該種生物反應器，隨后美國 國家航空與宇宙航行局對此進行改進并應用發(fā)到組織培養(yǎng)領域。旋轉壁式生物反應器可以 分為水平旋轉與垂直旋轉兩種。這種生物反應器將培養(yǎng)液及培養(yǎng)物共處于兩個同軸的內 外圓筒之間，在步進電機帶動下一起繞水平軸作旋轉運動，內、外圓筒可以同時或反方向旋 轉。圓筒剛開始轉速較慢，隨著培養(yǎng)物體積的增大動態(tài)地增加轉速以用來抵抗細胞的沉降。 內壁是透氣、不透液的多孔疏水性半透膜以提供氧氣及排出二氧化碳。這是一種無氣泡模 式擴散進行氣體交換的水平式旋轉細胞培養(yǎng)系統(tǒng)。由于反應器內的培養(yǎng)液隨著壁而產(chǎn)生旋轉，培養(yǎng)液之間沒有明顯的速度梯度，因此產(chǎn)生的剪切力非常小，適合不同類型的細胞生 長。但是，由于氣體是通過膜的彌散而傳質，因此存在有氣體的傳質不足。此外，這種反應 器的培養(yǎng)裝置是特制的，不易拆洗，由于內外筒之間的間隙較小，不能放置大塊的組織工程 構建物，也難以用于組織工程種子細胞的擴增。在組織工程中應用其他方面的生物反應器還包括中空纖維生物反應器、氣升式生 物反應器以及灌注式生物反應器等，其中中空纖維生物反應器利用了中空纖維的半透膜的 作用，為細胞的三維生長提供了較為合適的環(huán)境，但是這種方式培養(yǎng)的細胞取出較為困難， 因此主要用于人工肝生物反應器。氣升式生物反應器由于氣泡對細胞的損傷作用等因素， 在其它組織工程中的應用并不多。在生物反應器的傳質動力方面，目前主要方式有攪拌式、旋轉壁式、灌注式和氣升 式等。其中攪拌式生物反應器在傳統(tǒng)的細胞培養(yǎng)中扮演了很重要的角色，但是在強化傳質 的攪拌過程中，不可避免地導致細胞的損傷。旋轉壁式的生物反應器能夠提供較小的剪切 力，但存在著縱向傳質較差等問題。而灌注式培養(yǎng)由于其剪切力較大，不能提供較為均一的 培養(yǎng)環(huán)境，因此其在組織工程中的應用也受到了限制。由于動物細胞對培養(yǎng)基內的溶氧的 要求比其它的需氧培養(yǎng)的微生物要低，因此，目前人們對通過外部攪拌而增強傳質的方法 逐漸產(chǎn)生了興趣，其中有代表性的生物反應器有美國Wave Biotech公司生產(chǎn)的波浪式生物 反應器和杭州安普生物工程有限公司生產(chǎn)的激流式生物反應器，這兩種生物反應器都是應 用搖床提供外部的上下往復運動或水平旋轉提供動力，由于培養(yǎng)容器內部沒有攪拌槳，因 此，這兩種生物反應器對細胞的損傷較小，都實現(xiàn)了細胞培養(yǎng)規(guī)模的放大。但是波浪式生物 反應器在利用搖床提供的上下往復運動來增強傳質，這種方式存在橫向傳質不足及在較大 的波浪運動時，兩端的細胞可與培養(yǎng)袋的壁產(chǎn)生碰撞，導致細胞的損傷；而激流式生物反應 器利用搖床提供的水平旋轉運動，加強了橫向的傳質，但在其底部的培養(yǎng)液仍然是水平的 旋轉，仍然存在縱向傳質不良的缺陷；尤為重要的是，這兩種生物反應器只能用于普通的動 物細胞的擴增，尚無用于組織工程種子細胞的案例，也不能用于組織工程細胞支架復合物 的構建，尤其是需要氣液界面培養(yǎng)的組織工程皮膚的構建。二者均不能提供理想的氣液雙 相的培養(yǎng)環(huán)境或氣液界面的培養(yǎng)條件。目前的組織工程構建物的培養(yǎng)，多是在實驗室內進行的手工培養(yǎng)，將細胞支架復 合物置于培養(yǎng)皿內培養(yǎng)，這種靜態(tài)的培養(yǎng)方式存在明顯的組織工程構建物內部的傳質不 良，構建物內部的氧含量低，與攪拌式生物反應器結合或使用灌流式生物反應器可以解決 部分的傳質問題，但對培養(yǎng)物內部氧含量的改善作用不大。

發(fā)明內容
為了解決上述的存在細胞或組織工程生物培養(yǎng)存在的技術缺陷，本發(fā)明的一個目 的是提供一種用于細胞或組織工程生物培養(yǎng)的裝置。本發(fā)明的另外一個目的是提供一種用 于細胞或組織工程生物培養(yǎng)的方法。該裝置和方法提高了培養(yǎng)液內氧含量，減少了細胞的 損傷，提供了較為均一的培養(yǎng)環(huán)境。為了實現(xiàn)上述的第一個目的，本發(fā)明采用了以下的技術方案用于細胞或組織工程生物培養(yǎng)的裝置，該裝置包括培養(yǎng)容器和驅動裝置，所述的 培養(yǎng)容器采用U形底面、W形底面或V形底面的培養(yǎng)容器，所述的驅動裝置采用環(huán)形擺動動力系統(tǒng)，環(huán)形擺動動力系統(tǒng)包括托盤、底座、轉盤和動力裝置；所述的培養(yǎng)容器設置在托盤 上，托盤的中央固定設置有球形關節(jié)，球形關節(jié)的球形頭設置在底座的球形孔內；所述的轉 盤設置在托盤的下方由動力裝置帶動旋轉，轉盤的同一個圓周上設置有多個高度依次升降 的支撐桿，支撐桿的上端與托盤相抵。作為優(yōu)選，所述的支撐桿的高度可調，托盤與水平面所成的角度為5 45°。作為優(yōu)選，所述的球形頭的上方設置有壓蓋，壓蓋固定在底座上，壓蓋上方設有與 托盤相連接的壓力彈簧。這種結構用以保持其上方的托盤在擺動的時候不會產(chǎn)生轉動。作為優(yōu)選，該裝置還包括溫控裝置，所述的溫控裝置為恒溫墊，恒溫墊設置在托盤 與培養(yǎng)容器之間。作為優(yōu)選，該裝置還包括加液儲液瓶和收液儲液瓶；加液儲液瓶連接設有加液管， 加液管連接培養(yǎng)容器，加液管上設有加液蠕動泵；收液儲液瓶連接設有出液管，出液管連接 培養(yǎng)容器，出液管伸入培養(yǎng)容器的高低可調節(jié)，出液管上設有出液蠕動泵；加液儲液瓶的進 氣口和收液儲液瓶的氣體出口分別設有空氣過濾器。作為優(yōu)選，該裝置還包括(X)2入口、氮氣入口、O2入口、氣泵、空氣過濾器、進氣管和 出氣管，CO2入口、氮氣入口和O2入口分別連接氣泵，氣泵連接空氣過濾器，空氣過濾器通過 進氣管連接培養(yǎng)容器；出氣管設置在培養(yǎng)容器上，出氣管設有空氣過濾器。作為優(yōu)選，該裝置還包括溶氧電極、pH電極和CO2電極，溶氧電極、pH電極和CO2電 極插設在培養(yǎng)容器內。本發(fā)明由于采用了上述的技術方案，優(yōu)點是在培養(yǎng)容器內沒有攪拌槳等存在，培 養(yǎng)容器內剪力分布均勻，容器內細胞受到損傷的可能性極小，可適用于各種類型的細胞培 養(yǎng)，尤其適用于組織工程種子細胞和/或組織工程構建物的三維培養(yǎng)；同時，本生物反應器 的培養(yǎng)容器在托盤上不產(chǎn)生旋轉，使得在線的供液及供氣變得十分容易，并且方便了培養(yǎng) 時在線的監(jiān)測。為了實現(xiàn)和上述的第二個目的，本發(fā)明采用了以下的技術方案用于細胞或組織工程生物培養(yǎng)的方法，該方法將細胞或組織工程生物培養(yǎng)原料置 于U形底面、W形底面或V形底面的培養(yǎng)容器中，采用環(huán)形擺動動力系統(tǒng)驅動培養(yǎng)容器環(huán)形 擺動，所述的環(huán)形擺動為培養(yǎng)容器以中心為支點，同一圓周上的每個點依次上、下擺動。用于細胞懸浮培養(yǎng)的方法，該方法將細胞培養(yǎng)原料置于U形或W形底的細胞培養(yǎng) 容器中，采用環(huán)形擺動動力系統(tǒng)驅動培養(yǎng)容器環(huán)形擺動，所述的環(huán)形擺動為培養(yǎng)容器以中 心為支點，同一圓周上的每個點依次上、下擺動，上、下擺動的角度為5 30°。用于組織工程生物培養(yǎng)的方法，該方法將組織工程生物培養(yǎng)原料置于V形底面的 培養(yǎng)容器，中，采用環(huán)形擺動動力系統(tǒng)驅動培養(yǎng)容器環(huán)形擺動，所述的環(huán)形擺動為培養(yǎng)容器 以中心為支點，同一圓周上的每個點依次上、下擺動，上、下擺動的角度為15 45°。本發(fā)明的環(huán)擺動力比現(xiàn)有的搖床更加穩(wěn)定，而且可以提供不同的環(huán)擺角度及速 度，有利于組織工程種子細胞的培養(yǎng)。在其上方，可以使用不同的形狀的培養(yǎng)容器，與環(huán)形 擺動的動力作用下，不僅有良好的橫向傳質，還有良好的縱向傳質，通過培養(yǎng)液表面的波動 可以增加培養(yǎng)液與空氣的接觸面積，還可以通過培養(yǎng)液對培養(yǎng)容器壁面的沖刷作用以提高 培養(yǎng)液內氧含量。通過外部環(huán)擺提供的動力，可在較理想的傳質條件下，減少細胞的損傷， 提供較為均一的培養(yǎng)環(huán)境；其中使用U形底面及W形底面的培養(yǎng)容器適合與懸浮細胞的培養(yǎng)，在種子細胞擴增時，常常需要結合微載體使用，這時，選擇W形底面的培養(yǎng)容器可以避 免微載體的沉降。而在復合有細胞的組織工程產(chǎn)品構建時，則可選用V形底面的培養(yǎng)容器， 并可選擇氣液雙相或氣液界面等方式的動力培養(yǎng)。


圖1為本發(fā)明的結構示意圖。圖2為U型底面的培養(yǎng)容器的結構示意圖。圖3為W形底面的培養(yǎng)容器的結構示意圖。圖4為V型底面的培養(yǎng)容器的結構示意圖。圖5為球形頭、壓蓋、底座和壓力彈簧的結構示意圖。圖6為利用本發(fā)明反應器與微載體培養(yǎng)技術結合培養(yǎng)人原代成纖維細胞圖，圖中 為Cytodex I型微載體，表面負載人成纖維細胞(培養(yǎng)7天；40X)，環(huán)擺角度30° ；環(huán)擺速 度40轉/分。圖7為本發(fā)明反應器中未使用載體的二維培養(yǎng)，HaCat細胞可分泌大量細胞外機 制并形成三維結構(IOX)。圖8為利用本發(fā)明反應器的液氣雙相培養(yǎng)方法培養(yǎng)的人工皮膚，背景為組織工程 支架材料，表面為人角質細胞(40X)，可見角質細胞分布密集，比正常略小，并有復層化現(xiàn) 象(V底培養(yǎng))。圖9為人骨髓間充質干細胞與支架材料結合后培養(yǎng)一周后的電鏡圖，左為平皿靜 態(tài)培養(yǎng)，右為在環(huán)擺式生物反應器中培養(yǎng)(V底培養(yǎng))。
具體實施例方式下面結合附圖對本發(fā)明的具體實施方式
做一個詳細的說明。實施例1如圖1所示的本發(fā)明用于細胞或組織工程生物培養(yǎng)的裝置，該裝置包括培養(yǎng)容 器、驅動裝置和在線供液、供氣及監(jiān)測系統(tǒng)。其中一、培養(yǎng)容器在環(huán)擺的托盤上設計有具有U形、W形底面或V形底面的細胞培養(yǎng)容器10，可以使 用玻璃、塑料、不銹鋼等制成，優(yōu)選聚丙烯塑料。在使用玻璃培養(yǎng)容器10結合微載體技術進 行細胞培養(yǎng)時，需要將容器的內壁預先進行硅化。兩種培養(yǎng)容器10的上方有一頂蓋25，與 其下方的容器密封，但可以拆卸，在頂蓋的中央部分有開口，分別容納加液管8、出液管9、 出氣管28、溶氧電極14、pH電極15、(X)2電極四等的進出。如圖2、圖3所示，U形及W形底面的細胞培養(yǎng)容器10為具有圓弧形底面的一種容 器。這種容器的底面沒有死角，因此在培養(yǎng)液旋轉時不會產(chǎn)生劇烈的應力改變，對細胞破壞 作用最小；W形底面的培養(yǎng)容器的中央高凸，主要用于微載體培養(yǎng)時防止微載體沉降聚集。如圖3所示，V形培養(yǎng)容器10的底面呈V形。V形底面的設計主要是用來培養(yǎng)貼 壁細胞及具有組織工程構建物的培養(yǎng)，尤其是需要有液氣雙相交替的培養(yǎng)。本發(fā)明生物反應器的培養(yǎng)容器10是獨立的一種結構，可以方便地進行拆卸、清洗 及消毒，在進行組織工程細胞培養(yǎng)和/或組織工程構建物的培養(yǎng)時，優(yōu)選使用一次性的培養(yǎng)容器，以避免交叉感染。本反應器的優(yōu)點是在培養(yǎng)容器內沒有攪拌槳等存在，培養(yǎng)容器 內剪力分布均勻，容器內細胞受到損傷的可能性極小，可適用于各種類型的細胞培養(yǎng)，尤其 適用于組織工程種子細胞和/或組織工程構建物的三維培養(yǎng)；同時，本生物反應器的培養(yǎng) 容器在托盤上不產(chǎn)生旋轉，使得在線的供液及供氣變得十分容易，并且方便了培養(yǎng)時在線 的監(jiān)測。二、驅動裝置如圖1所示，驅動裝置為具有環(huán)擺動力的系統(tǒng)提供動力，驅動裝置包括托盤17、底 座18、轉盤21和步進電機22，環(huán)形擺動是由一個托盤17所提供，此處所稱托盤17可以是 平的，也可以配合其上方的培養(yǎng)容器而制成其它的形狀，培養(yǎng)容器10設置在托盤17上。托 盤17的中央設有一個球形關節(jié)M與底座連接18，使得這個托盤17可以自由的擺動，在托 盤17的下方設有四個不在同一水平面的、高度可以調節(jié)的支撐桿20，支撐桿20固定于底 座18上其每個支撐桿20的上方都有一個滑輪19，支撐桿固定于其下方的轉盤21上，轉盤 21與同定底座之間有滾動軸承沈連接；由步進電動機22驅動轉盤21，使轉盤21產(chǎn)生轉 動，通過可調節(jié)支撐桿20上方的滑輪19在托盤17下方的滾動，將動力傳遞到其上方的托 盤17，并使之產(chǎn)生環(huán)形的擺動。如圖5所示，球形關節(jié)M的球形頭的上方有壓蓋30，壓蓋 30通過螺絲釘將球形頭穩(wěn)定于底座18上。壓蓋30的上方有與托盤17之間連接的壓力彈 簧31，這種結構用以保持其上方的托盤17在擺動的時候不會產(chǎn)生轉動。這種環(huán)形的擺動使得在其上方的培養(yǎng)容器10內的培養(yǎng)液13分別產(chǎn)生旋轉流動、 波浪式及旋轉運動。這種動力作用在較低的速度及較大的擺動角度時，可以使得培養(yǎng)容器 10內的液體呈現(xiàn)偏心的圓周式波浪式運動，同時又有上下方向的運動及轉動，這種培養(yǎng)液 13的運動方式有利于防止培養(yǎng)的細胞或結合有細胞的微載體聚集成團；而在較高的擺動 速度及較小的擺動角度時，可以使培養(yǎng)容器10內的培養(yǎng)液13呈現(xiàn)旋轉，并有上下的運動； 這種運動方式實現(xiàn)了良好的培養(yǎng)容器10外部的攪拌作用，使容器內的培養(yǎng)液13既有旋轉 運動，又有上下的運動，既能通過液面表面積增加、液面的不斷更新及對容器壁面的沖刷等 作用增加培養(yǎng)液內的氧含量，還可通過旋轉增加培養(yǎng)液內的傳質，即能夠增強橫向的傳質， 又可以增強軸向縱向傳質，在進行不同細胞培養(yǎng)時，可以通過環(huán)形擺動的角度和通過調整 步進電動機22的速率對反應器的參數(shù)進行調整。三、在線供液、供氣及監(jiān)測系統(tǒng)如圖1所示，在線供液系統(tǒng)主要指用于實現(xiàn)培養(yǎng)基及氣體的在線更換，同時也用 于培養(yǎng)時的細胞加入及取出。在線供液系統(tǒng)包括加液儲液瓶12和收液儲液瓶11，加液儲液 瓶12連接設有加液管8，加液管8連接培養(yǎng)容器13，加液管8上設有加液蠕動泵7 ；收液儲 液瓶11連接設有出液管9，出液管9連接培養(yǎng)容器13，出液管9伸入培養(yǎng)容器13的高低可 調節(jié)，出液管9上設有出液蠕動泵27 ；加液儲液瓶12的進氣管和收液儲液瓶11的出氣管 23分別設有空氣過濾器5。加液儲液瓶12的進氣口有空氣過濾器5將進入瓶內的空氣過 濾除菌，通過加液管8及加液蠕動泵7將培養(yǎng)基泵入培養(yǎng)容器10 ；而出液管9是將培養(yǎng)基 通過出液蠕動泵27泵入收液儲液瓶11 ；在培養(yǎng)容器10的頂蓋上，置入到培養(yǎng)容器內出液 管9的高低是可以調節(jié)的，用以控制氣液雙相培養(yǎng)及氣液界面培養(yǎng)時的液面的高度；在收 液儲液瓶的頂蓋上有收液灌氣體出口 23，并有空氣過濾器5相連。該生物反應器的氣體控制系統(tǒng)包括一個(X)2入口 1，一個氮氣入口 2和一個&入口 3。這三種氣體通過氣體控制閥25控制，使得進入反應器容器10內的氣體保持一定的比 例?；旌虾蟮臍怏w通過氣泵4、空氣過濾器5及進氣管6進入培養(yǎng)容器10 ；通過帶有空氣過 濾器5的出氣管觀移出培養(yǎng)容器10。該生物反應器的在線檢測包括深入到培養(yǎng)基內的溶 氧電極14及pH電極15和(X)2電極四。實施例2細胞的懸浮培養(yǎng)細胞的懸浮培養(yǎng)可以是非貼壁依賴性細胞，也可以是貼壁依賴 性細胞與微載體培養(yǎng)技術的結合。經(jīng)過處理并滅菌的U形及W形底的細胞培養(yǎng)容器或其他 培養(yǎng)容器及軟墊安放于環(huán)擺托盤上，調節(jié)好支撐滑輪的高度使托盤的與水平面形成一定的 角度，推薦5 30°，將需要培養(yǎng)的細胞調整好濃度后通過培養(yǎng)容器上蓋的加液管將細胞 加入到培養(yǎng)容器內，再加入一定量的培養(yǎng)基，然后連接好進液、出液、監(jiān)控電極及氣體進出 的管道；開動步進電動機使托盤產(chǎn)生環(huán)轉；如果采用的是微載體培養(yǎng)，開始環(huán)擺的速度較 慢，推薦15 60轉/分鐘，隨著細胞的生長可以逐漸增加環(huán)擺的速度，以保持微載體不至 于沉降，同時增強了傳質。對于培養(yǎng)基的更換推薦使用流加式；細胞的收集是通過出液管將 培養(yǎng)的細胞或微載體細胞復合物收集在收液儲液瓶內。在這種培養(yǎng)方式對細胞的損傷小， 細胞培養(yǎng)過程簡單而且容易控制，培養(yǎng)方式即可進行大規(guī)模的培養(yǎng)，又可以進行小規(guī)模的 細胞培養(yǎng)，應用前景廣闊。實施例3組織工程支架細胞復合物的培養(yǎng)推薦選擇V形底面的培養(yǎng)容器，在進行氣液雙 相及氣液界面培養(yǎng)時，可將旋轉面的角度進一步增大到15 45°，并使V形培養(yǎng)容器的一 側的底邊壁近似水平，培養(yǎng)液加入到能高于組織工程構建物1 5cm，并通過調節(jié)出液管的 高低以控制液面的高度，慢速環(huán)形擺動托盤，優(yōu)選0. 2 12轉/min，使培養(yǎng)液沿培養(yǎng)容器的 底壁緩慢流動，這樣在底壁上組織工程構建物就可以得到完全浸沒式或氣液雙相的培養(yǎng)， 調整容器的大小、培養(yǎng)液加入量及托盤的環(huán)擺速度就可以調整貼壁細胞培養(yǎng)時的氣/液相 時間的比例，或者調節(jié)成氣液界面的形式。在完全的浸沒式培養(yǎng)時，培養(yǎng)液的流動可增加構 建物內部的傳質，而在氣液雙相培養(yǎng)時，又可增加構建物內的含氧量，解決了組織工程構建 物培養(yǎng)過程中內部傳質不良及氧含量的問題，其組織工程構建物內部的氧含量優(yōu)于旋轉攪 拌式及灌注式生物反應器。
權利要求
1.用于細胞或組織工程生物培養(yǎng)的裝置，其特征在于該裝置包括培養(yǎng)容器(1 和驅 動裝置，所述的培養(yǎng)容器(π)采用U形底面、W形底面或V形底面的培養(yǎng)容器(13)，所述的 驅動裝置采用環(huán)形擺動動力系統(tǒng)，環(huán)形擺動動力系統(tǒng)包括托盤(17)、底座(18)、轉盤 和動力裝置0 ；所述的培養(yǎng)容器(1 設置在托盤(17)上，托盤(17)的中央固定設置有 球形關節(jié)(M)，球形關節(jié)04)的球形頭設置在底座(18)的球形孔內；所述的轉盤設 置在托盤(17)的下方由動力裝置0 帶動旋轉，轉盤上設置有多個高度依次升降的 支撐桿(20)，支撐桿00)的上端與托盤(17)的下表面相抵。
2.根據(jù)權利要求1所述的用于細胞或組織工程生物培養(yǎng)的裝置，其特征在于支撐桿 (20)的高度可調，托盤(17)與水平面所成的角度為5 45°。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的用于細胞或組織工程生物培養(yǎng)的裝置，其特征在于球 形關節(jié)04)的球形頭的上方設置有壓蓋(30)，壓蓋(30)固定在底座(18)上，壓蓋(30)上 方設有與托盤(17)相連接的壓力彈簧(31)。
4.根據(jù)權利要求1或2所述的用于細胞或組織工程生物培養(yǎng)的裝置，其特征在于該 裝置還包括溫控裝置，所述的溫控裝置為恒溫墊(16)，恒溫墊(16)設置在托盤(17)與培養(yǎng) 容器(13)之間。
5.根據(jù)權利要求1或2所述的用于細胞或組織工程生物培養(yǎng)的裝置，其特征在于該 裝置還包括加液儲液瓶(1 和收液儲液瓶(11)；加液儲液瓶(1 連接設有加液管(8)，加 液管(8)連接培養(yǎng)容器(13)，加液管(8)上設有加液蠕動泵(7)；收液儲液瓶(11)連接設 有出液管(9)，出液管(9)連接培養(yǎng)容器(13)，出液管(9)伸入培養(yǎng)容器(1 的高低可調 節(jié)，出液管(9)上設有出液蠕動泵(XT)；加液儲液瓶(1 的進氣管和收液儲液瓶(11)的 氣體出口 03)分別設有空氣過濾器(5)。
6.根據(jù)權利要求1或2所述的用于細胞或組織工程生物培養(yǎng)的裝置，其特征在于該 裝置還包括CO2入口(1)、氮氣入口 0)、02入口(3)、氣泵0)、空氣過濾器(5)、進氣管(6) 和出氣管⑶)，0)2入口 (1)、氮氣入口 (2)和O2入口 (3)分別連接氣泵(4)，氣泵(4)連接 空氣過濾器(5)，空氣過濾器( 通過進氣管(6)連接培養(yǎng)容器(1 ；出氣管08)設置在 培養(yǎng)容器(1 上，出氣管08)設有空氣過濾器(5)。
7.根據(jù)權利要求1或2所述的用于細胞或組織工程生物培養(yǎng)的裝置，其特征在于該 裝置還包括溶氧電極(14)、pH電極(15)和CO2電極( )，溶氧電極(14)、pH電極(15)和 CO2電極(29)插設在培養(yǎng)容器(13)內。
8.用于細胞或組織工程生物培養(yǎng)的方法，其特征在于該方法將細胞或組織工程生物 培養(yǎng)原料置于U形底面、W形底面或V形底面的培養(yǎng)容器(1 中，采用環(huán)形擺動動力系統(tǒng) 驅動培養(yǎng)容器(1 環(huán)形擺動，所述的環(huán)形擺動為培養(yǎng)容器(1 以中心為支點，同一圓周上 的每個點依次上、下擺動。
9.用于細胞懸浮培養(yǎng)的方法，其特征在于該方法將細胞培養(yǎng)原料置于U形或W形底 的細胞培養(yǎng)容器(1 中，采用環(huán)形擺動動力系統(tǒng)驅動培養(yǎng)容器(1 環(huán)形擺動，所述的環(huán)形 擺動為培養(yǎng)容器(1 以中心為支點，同一圓周上的每個點依次上、下擺動，上、下擺動的角 度為5 30°。
10.用于組織工程生物培養(yǎng)的方法，其特征在于該方法將組織工程生物培養(yǎng)原料置 于V形底面的培養(yǎng)容器(13)，中，采用環(huán)形擺動動力系統(tǒng)驅動培養(yǎng)容器(1 環(huán)形擺動，所述的環(huán)形擺動為培養(yǎng)容器(1 以中心為支點，同一圓周上的每個點依次上、下擺動，上、下擺 動的角度為15 45°。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種生物反應器和方法，尤其涉及一種細胞生物學、組織工程學和醫(yī)學中進行種子細胞培養(yǎng)或者細胞與生物材料復合培養(yǎng)的反應器和方法。用于細胞或組織工程生物培養(yǎng)的方法，該方法將細胞或組織工程生物培養(yǎng)原料置于U形底面、W形底面或V形底面的培養(yǎng)容器中，采用環(huán)形擺動動力系統(tǒng)驅動培養(yǎng)容器環(huán)形擺動，所述的環(huán)形擺動為培養(yǎng)容器以中心為支點，同一圓周上的每個點依次上、下擺動。本發(fā)明還公開了上述方法的一種裝置。本發(fā)明通過外部環(huán)擺提供的動力，可在較理想的傳質條件下，減少細胞的損傷，提供較為均一的培養(yǎng)環(huán)境。
文檔編號C12N5/00GK102086438SQ200910155158
公開日2011年6月8日 申請日期2009年12月7日 優(yōu)先權日2009年12月7日
發(fā)明者于瑋潔, 孫華鳳, 有傳剛, 王新剛, 胡信雷, 胡行, 韓春茂 申請人:韓春茂