细胞及器官体外3-d培养装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型属于微生物学装置技术领域，涉及一种细胞及器官体外3-D培养装置。
【背景技术】
[0002]为避免细胞或组织在二维(2-D)生长过程中逐渐失去许多原组织生理特征的弊端，人们实用新型了体外三维(3-D)培养。目前采用的体外3-D培养装置主要采用生物反应器(B1reactor，BR)，是指利用酶或生物体(如微生物)所具有的生物功能在体外提供生物活性环境的装置系统或工程设备。根据培养细胞、培养载体、培养液混合方式的不同BR主要分为搅拌式、气体式、中空纤维式、回旋式(空间BR)等。根据结构的不同BR分为旋转技术结合普通37°C 5% 0)2细胞培养箱的箱体结构；循环培养装置结合普通37°C 5% CO2细胞培养箱的箱体结构，循环培养装置普通37°C 5% CO2细胞培养箱各自独立装置和循环培养结合气体交换密闭式装置。此外，与BR配套的辅助技术还有灌注培养式、微载体式、多孔微球式等。
[0003]然而，从经济效益考虑，这些BR普遍存在成本高、设备复杂等。例如从功能角度搅拌式BR的搅拌桨叶产生的剪切力可对细胞造成损伤；中空纤维式BR的培养环境不均一、培养工艺不易放大、消毒重复使用困难等；从结构角度分析，结构一装置造价昂贵，体积庞大，无疑增加了对仪器购买及使用的难度；结构二装置除造价昂贵，体积庞大外，装置中3-D培养管是固定存在培养箱中的，不能进行旋转，无法很好实现细胞或组织类似于人体发育过程这样一个自然悬空运动生长的立体培养功能，导致人工器官功能缺失或发育不良；结构三装置中虽然摇摆或旋转系统可使细胞3-D培养在动态过程中，但由于3-D培养管置于培养箱外，大大增加了污染机率；循环培养结合气体交换密闭式装置则要求造价较高的高级别周围培养氛围。
[0004]为克服上述问题，急需对现有的培养装置进行结构改进，改进的装置即可模拟胎儿在母体胎盘羊水发育过程中的复合运动，又可进行需求代谢物物质的循环交换，即可充分既满足细胞高密度增值需要，又可保证细胞高效分泌，为细胞或器官提供一个简单、经济、温和、立体、营养全面的体外3-D生长微环境，促进细胞再生和人工器官生成。
【实用新型内容】
[0005]有鉴于此，本实用新型的目的是提供一种细胞及器官体外3-D培养装置，以解决现有技术采用搅拌式结构存在桨叶可能对细胞造成损伤、采用中空纤维式存在培养环境不均匀、培养空间受限、消毒困难，以及上述技术中均存在的成本高、体积庞大和无法真实模拟人体器官生长环境所导致的人工器官发育不良和功能缺失的问题。
[0006]本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的:
[0007]本实用新型的细胞及器官体外3-D培养装置，包括培养室、可做复合运动的3-D运动摇箱，以及分别与培养室连通的条件培养液系统和气体交换系统，所述培养室通过弹性部件可拆卸的悬挂于3-D运动摇箱内，还包括设置在3-D运动摇箱一侧或两侧的多自由度运动机构，所述多自由度运动机构包括纵向旋转机构、水平旋转机构和设置在两者之间的多功能连接结构，所述条件培养液及气体交换系统是通过多功能连接结构与外界连接进行交换，所述纵向旋转机构包括纵向旋转轴和调速电机I，所述纵向旋转轴的一端与3-D运动摇箱固定，另一端与调速电机I的主轴固定，所述水平旋转机构包括水平旋转架、水平旋转轴和调速电机II，所述水平旋转架的一端与纵向旋转轴的一端转动连接，另一端与水平旋转轴的一端转动连接，所述水平旋转轴的另一端与调速电机II的主轴固定。
[0008]进一步，所述水平旋转架与纵向旋转轴及水平旋转轴的连接处均设置有多功能连接结构。
[0009]进一步，所述多自由度运动机构设置在3-D运动摇箱的两侧，所述多自由度运动机构还包括固定设置在3-D运动摇箱另一侧的纵向从动轴，所述纵向从动轴与水平旋转架之间设置有多功能连接结构。
[0010]进一步，所述多功能连接结构包括可转动且密封套装于纵向旋转轴或水平旋转轴外圆面的活动套、设置在活动套与纵向旋转轴或水平旋转轴之间的密封腔、设置在活动套与纵向旋转轴或水平旋转轴之间的滚动轴承，以及设置在水平旋转轴、水平旋转架、纵向旋转轴和纵向从动轴内的培养液循环通道和气体交换通道，所述密封腔通过与培养液循环通道和气体交换通道分别与培养室连通。
[0011]进一步，所述培养室内均匀间隔设置有多个弹性材料制成的挡板，所述挡板的头部设置具有圆弧顶部的弹性缓冲薄膜。
[0012]进一步，所述弹性部件为弹簧或橡胶或其它弹性件。
[0013]进一步，所述培养室包括室体和可将室体密封固定的室盖，所述室盖设置有与室体相互嵌合的卡合结构，所述室体设置有与卡合结构相匹配的卡合配合结构。
[0014]进一步，还包括用于对本培养装置进行全自动控制的PLC控制系统和信息显示系统
[0015]本实用新型的有益效果:
[0016]1、本实用新型的细胞及器官体外3-D培养装置，通过设置3-D运动摇箱模拟胎儿在母体胎盘羊水发育过程中的人体发育复合运动，并通过培养室弹性的设置在摇箱内模拟培养物在人体内悬吊过程中的简谐运动，较真实的模拟了人体细胞或器官在发育过程中的生长微环境，提高种子干细胞在体外3-D培养中生长速度和分化为功能性成熟细胞的效率，为细胞或器官的体外3-D培养提供一个简单、经济、温和、立体、营养全面的生长微环境，从而加速体外人工器官发育和生成，该装置与现有技术相比，具有明显的成本优势和推广价值。
[0017]2、通过多功能连接结构实现介质输入系统与转轴之间可相对转动的目的，再由于将各介质通道设置在转轴上，3-D运动摇箱与培养室实现生长环境所需介质(培养液及温度为37°C的02、0)2混合气体与培养室连通和交换，解决了多自由度转动过程中输入管道缠绕的问题。
[0018]本实用新型的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研宄对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本实用新型的实践中得到教导。本实用新型的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
【附图说明】
[0019]为了使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型作进一步的详细描述，其中:
[0020]附图1为本实用新型的细胞及器官体外3-D培养装置的结构示意图；
[0021]附图2为本实用新型培养室的放大图；
[0022]附图3为本实用新型多功能连接结构I的放大图；
[0023]附图4为本实用新型多功能连接结构II的放大图；
[0024]附图5为本实用新型多功能连接结构III的放大图。
[0025]附图标记:1_培养室；2-3_D运动摇箱；3_纵向旋转轴；4_调速电机I ;5_水平旋转架；6_水平旋转轴；7_调速电机II ;8_纵向从动轴；9_活动套；10_滚动轴承；11_培养液循环通道；12-气体交换通道；13-密封腔I ; 14-密封腔II ; 15-密封腔III ; 16-密封腔IV ；17-培养液管；18_气体气管；19_挡板；20_弹性缓冲薄膜；21_培养物；22_弹簧；23_室体；24-室盖；25_凸起；26_开口槽；27_驱动泵；28_PLC控制系统；29_信息显示系统；30_多功能连接结构I ;31_多功能连接结构II ；32-多功能连接结构III。
【具体实施方式】
[0026]以下将参照附图，对本实用新型的优选实施例进行详细的描述。应当理解，优选实施例仅为了说明本实用新型，而不是为了限制本实用新型的保护范围。
[0027]本实用新型的细胞及器官体外3-D培养装置，包括培养室1、3_D运动摇箱2，以及分别与培养室I连通的条件培养液系统和气体交换系统，所述培养室I内可模拟胎儿在母体胎盘羊水中发育生长微环境，包括与母体胎盘相适应的温度微环境、氧气微环境及各种复杂运动的动态微环境，用培养室I模拟母体胎盘，用条件培养液模拟母体胎盘中的羊水，用温度为37°c的95% O2,5% 0)2气体交换系统实现温度微环境和气体微环境，用3-D运动摇箱2模拟胎儿在母体胎盘羊水发育过程中的母体复合运动，并将培养室I通过弹性部件可灵活拆卸的悬挂于3-D运动摇箱2内，作各种不规则运动实现模拟母体真实的动态微环境。
[0028]本实施例通过设置3-D运动摇箱模拟胎儿在母体胎盘羊水发育过程中的人体复合运动，并通过培养室弹性的设置在摇箱内模拟胎儿在母体胎盘内发育过程中的简谐运动，较真实的模拟了人体细胞或器官在人体内真实的微生长环境，提高了各种子干细胞分化为成熟细胞的密度和培养效率，为组织细胞或器官的体外3-D培养提供一个简单、经济、温和、立体、营养全面的生长微环境，加速人工器官生长，该装置与现有技术相比，具有明显的成本优势和推广价值。
[0029]作为本实施例的改进，还包括设置在3-D运动摇箱一侧或两侧的多自由度