專利名稱：一種生物組織工程培養(yǎng)系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于生物組織工程培養(yǎng)裝備。為生物組織工程體外組織和器官培養(yǎng)提供模擬生物體內環(huán)境，營造可控的生物因子、PH、溫度、維生素和礦物質離子濃度等生理環(huán)境。可以用于體外動態(tài)培養(yǎng)細胞和構建組織器官。
背景技術：
生物醫(yī)學、生物材料學和自動化控制等多學科交叉是本發(fā)明提供了理論和實踐基礎。目前體外細胞、組織器官二維靜態(tài)或者三維動態(tài)培養(yǎng)在生物醫(yī)學研究和生產領域普遍應用。體外細胞培養(yǎng)、組織器官二維靜態(tài)培養(yǎng)多用于基礎研究，生產應用研究主要為人工皮膚、軟骨組織修復等提供種子細胞。三維動態(tài)培養(yǎng)主要用于生物反應器，生產藥用生物分子。隨著生物材料學的學科發(fā)展，可降解、無生物毒性、可塑、具有一定物理應力的生物材料被陸續(xù)研發(fā)出來，并且小規(guī)模生產，如羥基磷灰石、殼聚糖、聚乳酸等。自動化控制更是為精確控制體外營造的生理環(huán)境提供理論和設備支持，包括各種自動化設備。腫瘤學研究提示我們生物組織存活，提供營養(yǎng)的管道構建是組織成活的關鍵。為了解決這個問題，材料學家和生物學家在共同不斷努力，希望能為材料內的空隙提供足夠的流體力，誘導種子細胞在長成組織的同時形成血管，為后續(xù)移植修復提供血供通路。綜合上述研究成果，結合我們自己的研究，我們發(fā)明的設備可以提供形成血管所需要的不同物理動力，刺激血管形成，并且可調節(jié)物理動力的大小，控制營養(yǎng)液中各種生物因子的濃度。在物理動力和各種生物因子的共同作用下，可形成大小形狀不一的組織，功能不一的組織。

發(fā)明內容
生物組織工程培養(yǎng)系統(tǒng)主要由五部分組成培養(yǎng)系統(tǒng)、動力系統(tǒng)、氣體交換系統(tǒng)、 營養(yǎng)液交換系統(tǒng)、微機控制站。每一部分在獨立完成自身功能，還可以把自身參數(shù)反饋到微機控制站，通過微機控制站調控系統(tǒng)各部分工作，共同完成組織工程培養(yǎng)任務。(一)培養(yǎng)系統(tǒng)包括五部分培養(yǎng)腔、加熱和冷卻、滅菌、照明和攝像、電源。(1) 培養(yǎng)腔內可以放置普通培養(yǎng)罐、滾筒培養(yǎng)罐、管道分流分壓培養(yǎng)罐，滿足不同的組織培養(yǎng)需求。(2)加熱和冷卻部分包括加溫模塊、冷卻模塊、溫度探測儀，確保整個培養(yǎng)系統(tǒng)可以快速加溫和快速冷卻，并且可以把培養(yǎng)系統(tǒng)內實時溫度傳輸?shù)轿C控制站。(3)滅菌部分為臭氧發(fā)生器/干熱滅菌系統(tǒng)，通過臭氧/干熱對培養(yǎng)空間進行滅菌，確保培養(yǎng)腔內環(huán)境為無菌。 (4)照明和攝像部分是為了方便在不打開培養(yǎng)系統(tǒng)時，在LED照明燈光下通過攝像頭把培養(yǎng)腔內圖像實時傳送出，在微機站即可觀察到組織器官培養(yǎng)的情況。(5)電源部分為培養(yǎng)腔的改裝和改進提供拓展空間。(二)動力系統(tǒng)包括四部分泵、管道、閥門、流體壓力探測。(1)泵部分可以提供兩種動力泵一是蠕動泵，一是往復泵，為整個生物組織工程培養(yǎng)系統(tǒng)提供流體動力。(2) 管道部分，由不同管徑的硅膠管、玻管璃和不銹鋼接頭組成，通過不同的分流形式，為培養(yǎng)組織器官輸送營養(yǎng)、氣體和代謝產物、廢氣。(3)閥門為單向限流閥，由硅膠、不銹鋼或者玻璃組成，保障系統(tǒng)內營養(yǎng)液流動方向符合實驗生產設計要求。(4)流體壓力探測，儀表安裝于培養(yǎng)腔、管道系統(tǒng)分流、泵系統(tǒng)前后部位，及時向微機控制站反饋系統(tǒng)內流體壓力變化情況，為調整動力和液體分流提供參數(shù)。(三)氣體交換系統(tǒng)包括三部分氣體交換、氣體濃度探測、氣體流量控制。(1)氣體交換有兩種可以選擇的模式一是通過中空纖維氣液對流交換，一是液氣相通過膜交換氣體。除此之外，系統(tǒng)還可以直接為培養(yǎng)腔提供所需要的氣體，在氣液平面上進行組織器官培養(yǎng)。(2)氣體濃度探測部分包括氧濃度探測、二氧化碳濃度探測，采用的是最新紅外探測頭，把收集到的氣體參數(shù)輸送到微機控制站，為系統(tǒng)運行提供參數(shù)。(3)氣體流量控制部分可以根據(jù)微機控制站的調控信號，對氧氣和二氧化碳輸入氣體交換儀的流量和流速進行動作，以維持整個系統(tǒng)內氣液相物質中氧氣和二氧化碳濃度。(四)營養(yǎng)液交換系統(tǒng)包括三部分透析、pH監(jiān)測和脲監(jiān)測。通過透析儀可以對系統(tǒng)內營養(yǎng)流體成分進行置換，PH和脲監(jiān)測儀可以防止系統(tǒng)內對細胞組織有害物質成分堆積。通過PH和脲監(jiān)測儀輸送到微機控制站的參數(shù)，可以對透析儀工作狀態(tài)進行控制，維持系統(tǒng)內營養(yǎng)液成分對組織器官維持或者生長狀態(tài)最佳。(五)微機控制站包括三部分信號收集、信號處理和調控信號輸出。(1)信號收集主要通過以下設備感應微型攝像頭、溫度探測頭、流體壓力探測儀、氧氣探測頭、二氧化碳探測頭、PH監(jiān)測儀、脲監(jiān)測儀等。(2)信號處理為微機控制站的核心部分，包括生物組織工程培養(yǎng)系統(tǒng)軟件、計算機、信號輸入和輸出集線器。(3)調控信號輸出主要通過以下設備動作LED燈、加熱模塊、冷卻模塊、泵、氣體流量控制器、透析儀等。


圖1生物組織工程培養(yǎng)系統(tǒng)安裝布局2生物組織工程培養(yǎng)系統(tǒng)工作部分圖中1為過渡間，2為潔凈工作間，3為風淋間，4為無菌間，5為微機控制站主機， 6為輸出集線器，7為培養(yǎng)系統(tǒng)，8為動力系統(tǒng)，9為培養(yǎng)腔，10為營養(yǎng)液交換系統(tǒng)，11為氣體交換系統(tǒng)，12為輸入集線器，13為組織器官培養(yǎng)瓶，14為溫度探測儀，15為加熱模塊/冷卻模塊，16為pH監(jiān)測儀，17為脲監(jiān)測儀，18為氧氣探測頭和二氧化碳探測頭，19為流體壓力探測儀，20為單向限流閥，21為微型攝像頭，22為LED照明燈，23為氣體流量控制器，24為氣體流量計，25為電源，26為臭氧發(fā)生器/干熱滅菌系統(tǒng)
具體實施例方式下面結合附圖和具體實施例對本發(fā)明進行詳細說明。實施例一生物組織工程培養(yǎng)系統(tǒng)安裝布局一種生物組織工程培養(yǎng)系統(tǒng)，其安裝布局如圖1所示，該安裝布局主要有培養(yǎng)系統(tǒng)7、動力系統(tǒng)8、氣體交換系統(tǒng)11、營養(yǎng)液交換系統(tǒng)10、微機控制站主機5。其中培養(yǎng)系統(tǒng) 7、動力系統(tǒng)8、氣體交換系統(tǒng)11、營養(yǎng)液交換系統(tǒng)10安裝在無菌間4內，微機控制站安裝在潔凈工作間2內，工作人員進入需要經過渡間1更換全身式隔離衣，進入無菌間4需要經過風淋間3。當系統(tǒng)啟動，在潔凈工作間2中，工作人員通過微機控制站主機5操作臺軟件界面發(fā)出信號。信號經過輸出集線器6，啟動培養(yǎng)系統(tǒng)7的加溫模塊/冷卻模塊和培養(yǎng)腔9內的LED照明燈、動力系統(tǒng)8的泵、氣體交換系統(tǒng)1)的氣體流量控制器、營養(yǎng)液交換系統(tǒng)10 的透析儀。在工作過程中，系統(tǒng)內的溫度、攝像、流體壓力、氣體濃度、PH值、脲濃度等參數(shù)通過各儀器傳送至信號輸入集線器12，然后進入微機控制站主機5，通過軟件系統(tǒng)分析，根據(jù)需要調整各系統(tǒng)設備動作。實施例二組織器官培育利用生物組織工程培養(yǎng)系統(tǒng)進行組織器官培育，培養(yǎng)過程在無菌間內2完成，其中涉及的培養(yǎng)系統(tǒng)如圖2所示，工作過程描述如下無菌硅膠管短路培養(yǎng)腔9內主管道，在營養(yǎng)液交換系統(tǒng)10中注入營養(yǎng)液，使系統(tǒng)的循環(huán)管道內注滿營養(yǎng)液。通過微機控制站主機 5操作界面，啟動培養(yǎng)系統(tǒng)7的臭氧發(fā)生器/干熱滅菌系統(tǒng)26和加熱模塊/冷卻模塊15， 對培養(yǎng)腔9進行滅菌并使其中溫度達到37°C。把組織器官培養(yǎng)瓶13置入培養(yǎng)腔9中并連接兩端營養(yǎng)液輸入管，打開兩側單向限流閥20。啟動動力系統(tǒng)8的泵，驅動系統(tǒng)內營養(yǎng)液流動；啟動氣體交換系統(tǒng)11中的氣體流量控制器23，調節(jié)營養(yǎng)液中氧濃度；啟動營養(yǎng)液交換系統(tǒng)10中的透析儀保持營養(yǎng)液成份穩(wěn)定。同時啟動溫度探測頭14，把系統(tǒng)內溫度參數(shù)反饋到微機控制站主機5 ；啟動流體壓力探測儀19，把組織器官培養(yǎng)瓶兩側流體壓力參數(shù)反饋到微機控制站主機5 ；啟動氣體交換系統(tǒng)11中的氣體流量計24，把進入氣體交換系統(tǒng)的氣體流量參數(shù)反饋到微機控制站主機5 ；啟動氧氣探測頭和二氧化碳探測頭18，監(jiān)控管道內營養(yǎng)液氧氣和二氧化碳濃度，并且把這兩個參數(shù)反饋到微機控制站主機5 ；啟動pH監(jiān)測儀 16和脲監(jiān)測儀17，把管道內營養(yǎng)液pH值和脲濃度變化參數(shù)反饋到微機控制站主機5;啟動培養(yǎng)腔9內LED照明燈22和微型攝像頭21，把組織器官培養(yǎng)瓶內圖像信息傳送到微機控制站主機5，其中燈光明暗度可調，攝像頭拍攝角度亦可調。根據(jù)各感受器反饋的信息，可以通過微機控制站主機5自動控制加熱模塊/冷卻模塊15、動力系統(tǒng)8、氣體流量控制器23、營養(yǎng)液交換系統(tǒng)10透析儀工作；也可以通過微機控制站主機5操作臺人工控制。需要拓展安裝電子設備，可以通過電源25供電。
權利要求
1.一種生物組織工程培養(yǎng)系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括培養(yǎng)部分和控制部分。培養(yǎng)部分包括培養(yǎng)系統(tǒng)(7)、動力系統(tǒng)(8)、氣體交換系統(tǒng)(11)、營養(yǎng)液交換系統(tǒng)(10)；控制部分包括微機控制站主機(5)、輸出集線器(6)、輸入集線器(12)。微機控制站主機(5)通過輸出集線器(6)連接線路控制培養(yǎng)部分各系統(tǒng)的工作，培養(yǎng)部分各系統(tǒng)通過輸入集線器(12)連接線路把探測參數(shù)反饋到微機控制站主機(5)。培養(yǎng)系統(tǒng)(7)、動力系統(tǒng)(8)、氣體交換系統(tǒng) (11)、營養(yǎng)液交換系統(tǒng)(10)安裝在無菌間(4)內，微機控制站主機(5)、輸出集線器(6)、輸入集線器(12)安裝在潔凈工作間(2)內。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種生物組織工程培養(yǎng)系統(tǒng)，其特征在于，所述的培養(yǎng)系統(tǒng) (7)外殼裝有加熱模塊/冷卻模塊(15)、溫度探測儀(14)、電源(25)；所述的培養(yǎng)系統(tǒng)(7) 內部安裝有動力系統(tǒng)(8)、營養(yǎng)液交換系統(tǒng)(10)、氣體交換系統(tǒng)(11)、培養(yǎng)腔(9)，上述的部件通過硅膠管、玻璃或不銹鋼接頭連接；所述的培養(yǎng)腔(9)內裝有組織器官培養(yǎng)瓶(13)、 LED照明燈(22)、微型攝像頭(21)以及臭氧發(fā)生器/干熱滅菌系統(tǒng)(26)；所述的培養(yǎng)腔(7) 上游和下游均設有單向限流閥(20)、流體壓力探測儀19 ；所述的動力系統(tǒng)(8)和營養(yǎng)液交換系統(tǒng)(10)之間設有pH監(jiān)測儀(16)、脲監(jiān)測儀(17)；所述的營養(yǎng)液交換系統(tǒng)(10)和氣體交換系統(tǒng)(11)之間設有氧氣探測頭和二氧化碳探測頭(18)；所述的氣體交換系統(tǒng)(11)外接氣體管道連有氣體流量計(24)、氣體流量控制器(23)。
3.根據(jù)權利要求2所述的一種生物組織工程培養(yǎng)系統(tǒng)，其特征在于，所述的硅膠管道的管口為卡接口，接口設置密封圈。
全文摘要
生物組織工程培養(yǎng)系統(tǒng)本發(fā)明涉及一種生物組織工程培養(yǎng)系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括培養(yǎng)部分和控制部分。培養(yǎng)部分包括培養(yǎng)系統(tǒng)(7)、動力系統(tǒng)(8)、氣體交換系統(tǒng)(11)、營養(yǎng)液交換系統(tǒng)(10)，這些系統(tǒng)需要安裝在無菌間(4)內；控制部分包括微機控制站主機(5)、輸出集線器(6)、輸入集線器(12)。微機控制站主機(5)通過輸出集線器(6)連接線路控制培養(yǎng)部分各系統(tǒng)的工作，培養(yǎng)部分各系統(tǒng)通過輸入集線器(12)連接線路把探測參數(shù)反饋到微機控制站主機(5)。本發(fā)明用于體外組織培養(yǎng)，體外器官培養(yǎng)。
文檔編號C12M3/00GK102277298SQ20111018554
公開日2011年12月14日 申請日期2011年7月4日 優(yōu)先權日2011年7月4日
發(fā)明者吳志明, 李卓權, 李勝藍, 蔡春苗 申請人:吳志明, 李卓權, 李勝藍