专利名称：一种生物组织工程培养系统的制作方法
技术领域：
本发明属于生物组织工程培养装备。为生物组织工程体外组织和器官培养提供模拟生物体内环境，营造可控的生物因子、PH、温度、维生素和矿物质离子浓度等生理环境。可以用于体外动态培养细胞和构建组织器官。
背景技术：
生物医学、生物材料学和自动化控制等多学科交叉是本发明提供了理论和实践基础。目前体外细胞、组织器官二维静态或者三维动态培养在生物医学研究和生产领域普遍应用。体外细胞培养、组织器官二维静态培养多用于基础研究，生产应用研究主要为人工皮肤、软骨组织修复等提供种子细胞。三维动态培养主要用于生物反应器，生产药用生物分子。随着生物材料学的学科发展，可降解、无生物毒性、可塑、具有一定物理应力的生物材料被陆续研发出来，并且小规模生产，如羟基磷灰石、壳聚糖、聚乳酸等。自动化控制更是为精确控制体外营造的生理环境提供理论和设备支持，包括各种自动化设备。肿瘤学研究提示我们生物组织存活，提供营养的管道构建是组织成活的关键。为了解决这个问题，材料学家和生物学家在共同不断努力，希望能为材料内的空隙提供足够的流体力，诱导种子细胞在长成组织的同时形成血管，为后续移植修复提供血供通路。综合上述研究成果，结合我们自己的研究，我们发明的设备可以提供形成血管所需要的不同物理动力，刺激血管形成，并且可调节物理动力的大小，控制营养液中各种生物因子的浓度。在物理动力和各种生物因子的共同作用下，可形成大小形状不一的组织，功能不一的组织。
发明内容
生物组织工程培养系统主要由五部分组成培养系统、动力系统、气体交换系统、 营养液交换系统、微机控制站。每一部分在独立完成自身功能，还可以把自身参数反馈到微机控制站，通过微机控制站调控系统各部分工作，共同完成组织工程培养任务。(一)培养系统包括五部分培养腔、加热和冷却、灭菌、照明和摄像、电源。(1) 培养腔内可以放置普通培养罐、滚筒培养罐、管道分流分压培养罐，满足不同的组织培养需求。(2)加热和冷却部分包括加温模块、冷却模块、温度探测仪，确保整个培养系统可以快速加温和快速冷却，并且可以把培养系统内实时温度传输到微机控制站。(3)灭菌部分为臭氧发生器/干热灭菌系统，通过臭氧/干热对培养空间进行灭菌，确保培养腔内环境为无菌。 (4)照明和摄像部分是为了方便在不打开培养系统时，在LED照明灯光下通过摄像头把培养腔内图像实时传送出，在微机站即可观察到组织器官培养的情况。(5)电源部分为培养腔的改装和改进提供拓展空间。(二)动力系统包括四部分泵、管道、阀门、流体压力探测。(1)泵部分可以提供两种动力泵一是蠕动泵，一是往复泵，为整个生物组织工程培养系统提供流体动力。(2) 管道部分，由不同管径的硅胶管、玻管璃和不锈钢接头组成，通过不同的分流形式，为培养组织器官输送营养、气体和代谢产物、废气。(3)阀门为单向限流阀，由硅胶、不锈钢或者玻璃组成，保障系统内营养液流动方向符合实验生产设计要求。(4)流体压力探测，仪表安装于培养腔、管道系统分流、泵系统前后部位，及时向微机控制站反馈系统内流体压力变化情况，为调整动力和液体分流提供参数。(三)气体交换系统包括三部分气体交换、气体浓度探测、气体流量控制。(1)气体交换有两种可以选择的模式一是通过中空纤维气液对流交换，一是液气相通过膜交换气体。除此之外，系统还可以直接为培养腔提供所需要的气体，在气液平面上进行组织器官培养。(2)气体浓度探测部分包括氧浓度探测、二氧化碳浓度探测，采用的是最新红外探测头，把收集到的气体参数输送到微机控制站，为系统运行提供参数。(3)气体流量控制部分可以根据微机控制站的调控信号，对氧气和二氧化碳输入气体交换仪的流量和流速进行动作，以维持整个系统内气液相物质中氧气和二氧化碳浓度。(四)营养液交换系统包括三部分透析、pH监测和脲监测。通过透析仪可以对系统内营养流体成分进行置换，PH和脲监测仪可以防止系统内对细胞组织有害物质成分堆积。通过PH和脲监测仪输送到微机控制站的参数，可以对透析仪工作状态进行控制，维持系统内营养液成分对组织器官维持或者生长状态最佳。(五)微机控制站包括三部分信号收集、信号处理和调控信号输出。(1)信号收集主要通过以下设备感应微型摄像头、温度探测头、流体压力探测仪、氧气探测头、二氧化碳探测头、PH监测仪、脲监测仪等。(2)信号处理为微机控制站的核心部分，包括生物组织工程培养系统软件、计算机、信号输入和输出集线器。(3)调控信号输出主要通过以下设备动作LED灯、加热模块、冷却模块、泵、气体流量控制器、透析仪等。
图1生物组织工程培养系统安装布局2生物组织工程培养系统工作部分图中1为过渡间，2为洁净工作间，3为风淋间，4为无菌间，5为微机控制站主机， 6为输出集线器，7为培养系统，8为动力系统，9为培养腔，10为营养液交换系统，11为气体交换系统，12为输入集线器，13为组织器官培养瓶，14为温度探测仪，15为加热模块/冷却模块，16为pH监测仪，17为脲监测仪，18为氧气探测头和二氧化碳探测头，19为流体压力探测仪，20为单向限流阀，21为微型摄像头，22为LED照明灯，23为气体流量控制器，24为气体流量计，25为电源，26为臭氧发生器/干热灭菌系统
具体实施例方式下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。实施例一生物组织工程培养系统安装布局一种生物组织工程培养系统，其安装布局如图1所示，该安装布局主要有培养系统7、动力系统8、气体交换系统11、营养液交换系统10、微机控制站主机5。其中培养系统 7、动力系统8、气体交换系统11、营养液交换系统10安装在无菌间4内，微机控制站安装在洁净工作间2内，工作人员进入需要经过渡间1更换全身式隔离衣，进入无菌间4需要经过风淋间3。当系统启动，在洁净工作间2中，工作人员通过微机控制站主机5操作台软件界面发出信号。信号经过输出集线器6，启动培养系统7的加温模块/冷却模块和培养腔9内的LED照明灯、动力系统8的泵、气体交换系统1)的气体流量控制器、营养液交换系统10 的透析仪。在工作过程中，系统内的温度、摄像、流体压力、气体浓度、PH值、脲浓度等参数通过各仪器传送至信号输入集线器12，然后进入微机控制站主机5，通过软件系统分析，根据需要调整各系统设备动作。实施例二组织器官培育利用生物组织工程培养系统进行组织器官培育，培养过程在无菌间内2完成，其中涉及的培养系统如图2所示，工作过程描述如下无菌硅胶管短路培养腔9内主管道，在营养液交换系统10中注入营养液，使系统的循环管道内注满营养液。通过微机控制站主机 5操作界面，启动培养系统7的臭氧发生器/干热灭菌系统26和加热模块/冷却模块15， 对培养腔9进行灭菌并使其中温度达到37°C。把组织器官培养瓶13置入培养腔9中并连接两端营养液输入管，打开两侧单向限流阀20。启动动力系统8的泵，驱动系统内营养液流动；启动气体交换系统11中的气体流量控制器23，调节营养液中氧浓度；启动营养液交换系统10中的透析仪保持营养液成份稳定。同时启动温度探测头14，把系统内温度参数反馈到微机控制站主机5 ；启动流体压力探测仪19，把组织器官培养瓶两侧流体压力参数反馈到微机控制站主机5 ；启动气体交换系统11中的气体流量计24，把进入气体交换系统的气体流量参数反馈到微机控制站主机5 ；启动氧气探测头和二氧化碳探测头18，监控管道内营养液氧气和二氧化碳浓度，并且把这两个参数反馈到微机控制站主机5 ；启动pH监测仪 16和脲监测仪17，把管道内营养液pH值和脲浓度变化参数反馈到微机控制站主机5;启动培养腔9内LED照明灯22和微型摄像头21，把组织器官培养瓶内图像信息传送到微机控制站主机5，其中灯光明暗度可调，摄像头拍摄角度亦可调。根据各感受器反馈的信息，可以通过微机控制站主机5自动控制加热模块/冷却模块15、动力系统8、气体流量控制器23、营养液交换系统10透析仪工作；也可以通过微机控制站主机5操作台人工控制。需要拓展安装电子设备，可以通过电源25供电。
权利要求
1.一种生物组织工程培养系统，其特征在于，该系统包括培养部分和控制部分。培养部分包括培养系统(7)、动力系统(8)、气体交换系统(11)、营养液交换系统(10)；控制部分包括微机控制站主机(5)、输出集线器(6)、输入集线器(12)。微机控制站主机(5)通过输出集线器(6)连接线路控制培养部分各系统的工作，培养部分各系统通过输入集线器(12)连接线路把探测参数反馈到微机控制站主机(5)。培养系统(7)、动力系统(8)、气体交换系统 (11)、营养液交换系统(10)安装在无菌间(4)内，微机控制站主机(5)、输出集线器(6)、输入集线器(12)安装在洁净工作间(2)内。
2.根据权利要求1所述的一种生物组织工程培养系统，其特征在于，所述的培养系统 (7)外壳装有加热模块/冷却模块(15)、温度探测仪(14)、电源(25)；所述的培养系统(7) 内部安装有动力系统(8)、营养液交换系统(10)、气体交换系统(11)、培养腔(9)，上述的部件通过硅胶管、玻璃或不锈钢接头连接；所述的培养腔(9)内装有组织器官培养瓶(13)、 LED照明灯(22)、微型摄像头(21)以及臭氧发生器/干热灭菌系统(26)；所述的培养腔(7) 上游和下游均设有单向限流阀(20)、流体压力探测仪19 ；所述的动力系统(8)和营养液交换系统(10)之间设有pH监测仪(16)、脲监测仪(17)；所述的营养液交换系统(10)和气体交换系统(11)之间设有氧气探测头和二氧化碳探测头(18)；所述的气体交换系统(11)外接气体管道连有气体流量计(24)、气体流量控制器(23)。
3.根据权利要求2所述的一种生物组织工程培养系统，其特征在于，所述的硅胶管道的管口为卡接口，接口设置密封圈。
全文摘要
生物组织工程培养系统本发明涉及一种生物组织工程培养系统，该系统包括培养部分和控制部分。培养部分包括培养系统(7)、动力系统(8)、气体交换系统(11)、营养液交换系统(10)，这些系统需要安装在无菌间(4)内；控制部分包括微机控制站主机(5)、输出集线器(6)、输入集线器(12)。微机控制站主机(5)通过输出集线器(6)连接线路控制培养部分各系统的工作，培养部分各系统通过输入集线器(12)连接线路把探测参数反馈到微机控制站主机(5)。本发明用于体外组织培养，体外器官培养。
文档编号C12M3/00GK102277298SQ20111018554
公开日2011年12月14日 申请日期2011年7月4日 优先权日2011年7月4日
发明者吴志明, 李卓权, 李胜蓝, 蔡春苗 申请人:吴志明, 李卓权, 李胜蓝