專利名稱：人耳廓軟骨體外構建的方法與裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明專利屬于生物醫(yī)學工程領域，涉及一種體外動態(tài)培養(yǎng)人耳廓的方法和裝置，特別是涉及一種用于將種子細胞與生物可降解材料復合，在不同頻率和壓應力動態(tài)環(huán)境灌注構建具有細胞活性、良好人耳廓形態(tài)和一定力學強度的人耳廓的培養(yǎng)裝置。適合于生物醫(yī)學工程領域體外構建具有良好形態(tài)的人耳廓軟骨。
背景技術：
采用組織工程的方法將細胞與生物可降解材料復合構建組織工程人耳廓軟骨時， 導致體外構建的人耳廓的形態(tài)與正常人的形態(tài)相差甚遠，人耳廓軟骨內部組織容易形成中空等缺陷，力學性能與正常的人耳廓軟骨相比相差甚遠，無法到達臨床移植的要求。目前培養(yǎng)人耳廓的方法是手工塑性，體外靜態(tài)培養(yǎng)，只能構建小尺度的人耳廓模型，無法實現(xiàn)正常對正常人耳廓軟骨的構建。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是提供一種基于施加不同頻率和大小的壓應力和灌注流動，動態(tài)構建人耳廓軟骨的方法和裝置。本裝置可以對人耳廓軟骨培養(yǎng)的壓應力頻率、大小和灌注流動的流量和頻率進行調節(jié)，在最佳的參數(shù)下進行培養(yǎng)，同時該裝置可任意組合，同時培養(yǎng)多個人耳廓軟骨。由于是全密封的培養(yǎng)，避免了人耳廓軟骨培養(yǎng)時易受污染的情況。本發(fā)明包括人耳廓生物反應器、控制單元和測量單元三個部分。人耳廓生物反應器包括調整手柄、上固定端、培養(yǎng)液進液口、培養(yǎng)液出液口、滑動自鎖螺桿、滑動穩(wěn)定光桿、軟體下固定壓板、培養(yǎng)室下固定板、支撐臺、人耳廓軟骨模型培養(yǎng)室、支撐臺固定板、右軸承支承座、軸承擋板、聯(lián)接軸、軸承擋板固定螺釘、聯(lián)接定位銷、移動調整板、傳感器固定螺釘、壓力傳感器、培養(yǎng)室上壓板、培養(yǎng)室上固定板、軟體上壓固定板、 軟體套管、下固定板固定螺釘、上固定板固定螺釘、培養(yǎng)室下壓板、移動導桿箱、定位彈簧、 移動導桿、滑輪、左軸承支承座、凸輪、轉軸、定位固定螺釘、定位銷固定座和底座?？刂茊卧捎|摸屏、可編程控制器、電機、調速器等元件組成。測量單元由壓力傳感器、流量傳感器、數(shù)據(jù)采集卡、測量軟件等部分組成。人耳廓軟骨生物反應器由凸輪旋轉機構、移動導向機構、位移調整機構、人耳廓軟骨培養(yǎng)機構和定位聯(lián)接機構五部分組成。凸輪旋轉機構包括聯(lián)接軸、左軸承支承座、軸承擋板、軸承、軸承擋板固定螺釘、轉軸、凸輪和右軸承支承座。聯(lián)軸器與轉軸相連，轉軸固定在左、右放置的軸承中，軸承固定在左、右軸承支承座上，由軸承擋板和固定螺釘固定與定位，凸輪放置在轉軸的中央，整個凸輪旋轉機構放置在底座上。移動導向機構包括移動導桿、滑輪、移動導桿箱、定位彈簧、固定螺釘、培養(yǎng)室下壓板、支撐臺和支撐臺固定板。移動導桿及滑輪放置在移動導桿箱中由定位彈簧預緊，移動導桿的另一端與培養(yǎng)室下壓板聯(lián)接，移動導桿箱置于支撐臺上，支撐臺由支撐臺固定板定位固定，移動導向機構的滑輪置于凸輪旋轉機構上方。位移調整機構包括調整手柄、上固定端、滑動自鎖螺桿、滑動穩(wěn)定光桿、移動調整板、傳感器固定螺釘、壓力傳感器、培養(yǎng)室上壓板和底座，調整手柄通過上固定端與滑動自鎖螺桿和滑動穩(wěn)定光桿聯(lián)接，滑動自鎖螺桿和滑動穩(wěn)定光桿與底座聯(lián)接固定，在滑動自鎖螺桿和滑動穩(wěn)定光桿之間裝有移動調整板，壓力傳感器通過固定螺釘與移動調整板聯(lián)接， 傳感器的另一端與培養(yǎng)室上壓板聯(lián)接。人耳廓軟骨培養(yǎng)機構包括培養(yǎng)室上固定板、培養(yǎng)室下固定板、軟體套管、軟體下固定壓板、軟體上壓固定板、固定螺釘和人耳廓軟骨模型培養(yǎng)室。人耳廓軟骨模型培養(yǎng)室通過梯形連接塊與培養(yǎng)室上固定板聯(lián)接，下部鑲入培養(yǎng)室下固定板的槽中，在培養(yǎng)室上固定板和下固定板之間，通過軟體上、下固定板將軟體套管固定在中間，使得人耳廓軟骨模型培養(yǎng)室與外界完全隔開，培養(yǎng)液進、出液口與培養(yǎng)室上、下固定板的管路相連，構成一個培養(yǎng)液的循環(huán)流動回路。定位聯(lián)接機構包括聯(lián)接定位銷、定位固定螺釘、定位銷固定座，聯(lián)接定位銷置于定位銷固定座中由固定螺釘緊固，分布放置在底座上，與其他的人耳廓軟骨生物反應器相聯(lián)接，構成聯(lián)動組合培養(yǎng)系統(tǒng)?？刂茊卧捎|摸屏、可編程控制器、電機、調速器等元件組成。通過觸摸屏可以對人耳廓軟骨生物反應器進出參數(shù)設置和運行操作，觸摸屏的指令通過數(shù)據(jù)線傳給控制器， 可編程控制器根據(jù)預先編制的軟件完成對電機的控制，調速器能夠對電機進行調速。測量單元由壓力傳感器、流量傳感器、數(shù)據(jù)采集卡、測量軟件等部分組成。壓力傳感器和流量傳感器分別設置在培養(yǎng)液進液口、培養(yǎng)液出液口 ；壓力傳感器和流量傳感器采集的數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)線傳遞給數(shù)據(jù)采集卡，數(shù)據(jù)采集卡通過測量軟件將數(shù)據(jù)顯示在電腦上。人耳廓軟骨體外構建的方法具體包括以下步驟
1、將細胞與生物可降解材料復合物在無菌環(huán)境下置于人耳廓軟骨上壓模與人耳廓軟骨下壓模形成的人耳廓型腔中，將這個整體通過梯形連接塊固定置于培養(yǎng)室上固定板和培養(yǎng)室下固定板之間，套上軟體套管，通過軟體上、下固定板將軟體套管與培養(yǎng)室上固定板和培養(yǎng)室下固定板聯(lián)接。2、將人耳廓軟骨培養(yǎng)機構置于培養(yǎng)室下壓板與培養(yǎng)室上壓板之間，旋轉調整手柄將人耳廓軟骨培養(yǎng)機構固定好，使得移動導向機構具有一定的移動空間。將培養(yǎng)液進液口、 培養(yǎng)液出液口與培養(yǎng)液管路向聯(lián)通，開啟蠕動泵注入培養(yǎng)液。3、設置好電機的轉速與傳感器的初始值，開啟電機按鈕進行動態(tài)培養(yǎng)，同時對人耳廓軟骨生物反應器進行參數(shù)微調。4、以上三步組裝成幾個人耳廓軟骨生物反應器，通過定位機構將其連在一起，進行多人耳廓的培養(yǎng)與構建。采用上述人耳廓軟骨體外構建方法與裝置適合各種細胞與材料復合物的培養(yǎng)與構建，細胞包括各種軟骨細胞、干細胞和IPS細胞誘導所得的軟骨細胞，材料包括可降解材料和不可降解材料，如高分子顆粒、絲線和膠體材料、無機可降解材料。本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比，具有的有益效果是它采用壓應力和灌流的方式實現(xiàn)了人耳廓軟骨體外全自動的動態(tài)培養(yǎng)，人耳廓軟骨生物反應器能夠由單臺組合成多頭進行規(guī)模化的培養(yǎng)與構建，完全改變了以往手工操作和靜態(tài)培養(yǎng)的模式。


圖1是本發(fā)明的結構示意圖。圖2是圖1中人耳廓軟骨培養(yǎng)機構結構示意圖。圖3是圖1中移動導向機構結構示意圖。圖4是人耳廓軟骨生物反應器單機組合進行動態(tài)培養(yǎng)的結構示意圖。
具體實施例方式以下結合附圖對本發(fā)明作進一步說明。如圖1，一種基于壓應力和灌流的動態(tài)培養(yǎng)人耳廓軟骨生物反應器包括凸輪旋轉機構、移動導向機構、位移調整機構、人耳廓軟骨培養(yǎng)機構和定位聯(lián)接機構五部分組成。凸輪旋轉機構包括聯(lián)接軸13、左軸承支承座27、軸承擋板11、軸承12、軸承擋板固定螺釘14、轉軸29、凸輪觀、右軸承支承座10。聯(lián)軸器13與轉軸四相連，轉軸固定在左、 右放置的軸承12中，軸承固定在左、右軸承支承座(27、10)上，由軸承擋板11和固定螺釘 14固定與定位，凸輪觀放置在轉軸四的中央，整個凸輪旋轉機構放置在底座32上。位移調整機構包括調整手柄1、上固定端2、滑動自鎖螺桿4、滑動穩(wěn)定光桿5、移動調整板16、傳感器固定螺釘17、壓力傳感器18、培養(yǎng)室上壓板19、底座32，調整手柄1通過上固定端2與滑動自鎖螺桿4和滑動穩(wěn)定光桿5聯(lián)接，滑動自鎖螺桿4和滑動穩(wěn)定光桿 5與底座32聯(lián)接固定，在滑動自鎖螺桿4和滑動穩(wěn)定光桿5之間裝有移動調整板16，壓力傳感器18通過傳感器固定螺釘17與移動調整板16聯(lián)接，傳感器的另一端與培養(yǎng)室上壓板 19聯(lián)接。如圖1及圖2所示人耳廓軟骨培養(yǎng)機構包括培養(yǎng)室上固定板20、培養(yǎng)室下固定板7、軟體套管22、軟體下固定壓板6、軟體上壓固定板21、固定螺釘23、梯形連接塊34、人耳廓軟骨模型培養(yǎng)室(人耳廓型腔35、人耳廓軟骨上壓模39、人耳廓軟骨下壓模40)、培養(yǎng)液進液口 3、培養(yǎng)液出液口 37、培養(yǎng)液出口流道36、培養(yǎng)液進口流道38。人耳廓軟骨模型培養(yǎng)室通過梯形連接塊34與培養(yǎng)室上固定板20聯(lián)接，下部鑲入培養(yǎng)室下固定板7的槽中，放置在培養(yǎng)室上固定板和下固定板之間，通過軟體上、下固定板(21，6)將軟體套管22固定在中間，使得人耳廓軟骨模型培養(yǎng)室與外界完全隔開，培養(yǎng)液進、出液口(3、37)與培養(yǎng)室上、 下固定板的管路(36、38)相連，構成一個培養(yǎng)液的循環(huán)流動回路。如圖1及圖3所示移動導向機構包括移動導桿沈及滑輪47、移動導桿箱25及定位彈簧46、固定螺釘23、培養(yǎng)室下壓板M、支撐臺8、支撐臺固定板9。移動導桿沈及滑輪47放置在移動導桿箱25中由定位彈簧46預緊，移動導桿的另一端與培養(yǎng)室下壓板M聯(lián)接，移動導桿箱25及定位彈簧46置于支撐臺8上，支撐臺8由支撐臺固定板9定位固定， 移動導向機構的滑輪置于凸輪旋轉機構上方。如圖1所示定位聯(lián)接機構包括聯(lián)接定位銷15、定位固定螺釘30、定位銷固定座 31，聯(lián)接定位銷15置于定位銷固定座31中由固定螺釘30緊固，分布放置在底座32上，與其他的人耳廓軟骨生物反應器相聯(lián)接，構成聯(lián)動組合培養(yǎng)系統(tǒng)。如圖4所示人耳廓軟骨生物反應器通過固定在電機底座33上的電機41，實現(xiàn)人耳廓的動態(tài)培養(yǎng)，反應器可以通過多個組合(42、43、44、45)，實現(xiàn)多人耳廓軟骨的培養(yǎng)。
利用該人耳廓軟骨生物反應器構建人耳廓軟骨的工作過程如下
1、將細胞(包括軟骨細胞、干細胞等)與生物可降解材料復合物在無菌環(huán)境下置于人耳廓軟骨上壓模39與人耳廓軟骨下壓模40形成的人耳廓型腔35中，將這個整體通過梯形連接塊34固定置于培養(yǎng)室上固定板20和培養(yǎng)室下固定板7之間，套上軟體套管22，通過軟體上、下固定板(21，6)將軟體套管22與培養(yǎng)室上固定板20和培養(yǎng)室下固定板7聯(lián)接。2、將人耳廓軟骨培養(yǎng)機構置于培養(yǎng)室下壓板M與培養(yǎng)室上壓板19之間，旋轉調整手柄1將人耳廓軟骨培養(yǎng)機構固定好，使得移動導向機構具有一定的移動空間。將培養(yǎng)液進液口 3、培養(yǎng)液出液口 37與培養(yǎng)液管路向聯(lián)通，開啟蠕動泵注入培養(yǎng)液。3、設置好電機的轉速與傳感器的初始值，開啟電機按鈕進行動態(tài)培養(yǎng)，同時對人耳廓軟骨生物反應器進行參數(shù)微調。4、以上三步組裝成幾個人耳廓軟骨生物反應器，通過定位機構將其連在一起，進行多人耳廓的培養(yǎng)與構建。
權利要求
1.人耳廓軟骨體外構建裝置，包括人耳廓生物反應器、控制單元和測量單元，其特征在于人耳廓軟骨生物反應器由凸輪旋轉機構、移動導向機構、位移調整機構、人耳廓軟骨培養(yǎng)機構和定位聯(lián)接機構五部分組成；所述的凸輪旋轉機構包括聯(lián)接軸、左軸承支承座、軸承擋板、軸承、軸承擋板固定螺釘、 轉軸、凸輪和右軸承支承座；聯(lián)軸器與轉軸相連，轉軸固定在左、右放置的軸承中，軸承固定在左、右軸承支承座上，由軸承擋板和固定螺釘固定與定位，凸輪放置在轉軸的中央，整個凸輪旋轉機構放置在底座上；所述的移動導向機構包括移動導桿、滑輪、移動導桿箱、定位彈簧、固定螺釘、培養(yǎng)室下壓板、支撐臺和支撐臺固定板；移動導桿及滑輪放置在移動導桿箱中由定位彈簧預緊，移動導桿的另一端與培養(yǎng)室下壓板聯(lián)接，移動導桿箱置于支撐臺上，支撐臺由支撐臺固定板定位固定，移動導向機構的滑輪置于凸輪旋轉機構上方；所述的位移調整機構包括調整手柄、上固定端、滑動自鎖螺桿、滑動穩(wěn)定光桿、移動調整板、傳感器固定螺釘、壓力傳感器、培養(yǎng)室上壓板和底座；調整手柄通過上固定端與滑動自鎖螺桿和滑動穩(wěn)定光桿聯(lián)接，滑動自鎖螺桿和滑動穩(wěn)定光桿與底座聯(lián)接固定，在滑動自鎖螺桿和滑動穩(wěn)定光桿之間裝有移動調整板，壓力傳感器通過固定螺釘與移動調整板聯(lián)接，壓力傳感器的另一端與培養(yǎng)室上壓板聯(lián)接；所述的人耳廓軟骨培養(yǎng)機構包括培養(yǎng)室上固定板、培養(yǎng)室下固定板、軟體套管、軟體下固定壓板、軟體上壓固定板、固定螺釘和人耳廓軟骨模型培養(yǎng)室；人耳廓軟骨模型培養(yǎng)室通過梯形連接塊與培養(yǎng)室上固定板聯(lián)接，下部鑲入培養(yǎng)室下固定板的槽中，在培養(yǎng)室上固定板和下固定板之間，通過軟體上、下固定板將軟體套管固定在中間，使得人耳廓軟骨模型培養(yǎng)室與外界完全隔開，培養(yǎng)液進、出液口與培養(yǎng)室上、下固定板的管路相連，構成一個培養(yǎng)液的循環(huán)流動回路；所述的定位聯(lián)接機構包括聯(lián)接定位銷、定位固定螺釘和定位銷固定座，聯(lián)接定位銷置于定位銷固定座中由固定螺釘緊固，分布放置在底座上，與其他的人耳廓軟骨生物反應器相聯(lián)接，構成聯(lián)動組合培養(yǎng)系統(tǒng)；控制單元由觸摸屏、可編程控制器、電機和調速器組成；通過觸摸屏可以對人耳廓軟骨生物反應器進出參數(shù)設置和運行操作，觸摸屏的指令通過數(shù)據(jù)線傳給控制器，控制器根據(jù)預先編制的軟件完成對電機的控制，調速器能夠對電機進行調速；測量單元由壓力傳感器、流量傳感器、數(shù)據(jù)采集卡、測量軟件組成；壓力傳感器和流量傳感器分別設置在培養(yǎng)液進液口、培養(yǎng)液出液口 ；壓力傳感器和流量傳感器采集的數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)線傳遞給數(shù)據(jù)采集卡，數(shù)據(jù)采集卡通過測量軟件將數(shù)據(jù)顯示在電腦上。
2.利用如權利要求1所述的人耳廓軟骨體外構建裝置構建人耳廓軟骨的方法包括以下步驟步驟1、將細胞與生物可降解材料復合物在無菌環(huán)境下置于人耳廓軟骨上壓模與人耳廓軟骨下壓模形成的人耳廓型腔中，將這個整體通過梯形連接塊固定置于培養(yǎng)室上固定板和培養(yǎng)室下固定板之間，套上軟體套管，通過軟體上、下固定板將軟體套管與培養(yǎng)室上固定板、培養(yǎng)室下固定板聯(lián)接；步驟2、將人耳廓軟骨培養(yǎng)機構置于培養(yǎng)室下壓板與培養(yǎng)室上壓板之間，旋轉調整手柄將人耳廓軟骨培養(yǎng)機構固定好，使得移動導向機構具有一定的移動空間；將培養(yǎng)液進液口、 培養(yǎng)液出液口與培養(yǎng)液管路向聯(lián)通，開啟蠕動泵注入培養(yǎng)液；步驟3、設置好電機的轉速與傳感器的初始值，開啟電機按鈕進行動態(tài)培養(yǎng)，同時對人耳廓軟骨生物反應器進行參數(shù)微調；步驟4、以上三步組裝成幾個人耳廓軟骨生物反應器，通過定位機構將其連在一起，進行多人耳廓的培養(yǎng)與構建。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種人耳廓軟骨體外構建的方法與裝置。目前培養(yǎng)人耳廓的方法是手工塑性，體外靜態(tài)培養(yǎng)，只能構建小尺度的人耳廓模型，無法實現(xiàn)正常對正常人耳廓軟骨的構建。本發(fā)明包括人耳廓生物反應器、控制單元和測量單元三個部分。人耳廓軟骨生物反應器由凸輪旋轉機構、移動導向機構、位移調整機構、人耳廓軟骨培養(yǎng)機構和定位聯(lián)接機構五部分組成。控制單元由觸摸屏、可編程控制器、電機、調速器組成。測量單元由壓力傳感器、流量傳感器、數(shù)據(jù)采集卡、測量軟件組成。本發(fā)明采用壓應力和灌流的方式實現(xiàn)了人耳廓軟骨體外全自動的動態(tài)培養(yǎng)，人耳廓軟骨生物反應器能夠由單臺組合成多頭進行規(guī)?；呐囵B(yǎng)與構建，完全改變了以往手工操作和靜態(tài)培養(yǎng)的模式。
文檔編號A61F2/28GK102178572SQ20111011279
公開日2011年9月14日 申請日期2011年5月3日 優(yōu)先權日2011年5月3日
發(fā)明者厲力華, 吳開華, 應南嬌, 徐銘恩, 李宏, 高力 申請人:杭州電子科技大學