组织工程干细胞诱导心肌细胞培养与测量生物反应器的制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种组织工程干细胞诱导心肌细胞培养与测量生物反应器。本发明包括培养单元、控制单元和测量单元。所述培养单元包括多个储液罐和一个培养室，每个储液罐通过各自的连接接头连接相应的出液管，将培养液输入至控制单元；控制单元控制进入培养室的培养液；在所述的培养室下方设置有废液罐，培养室与废液罐联通。本发明可以根据需对输入培养液的流量大小进行调节，在培养室中培养心肌细胞；同时可对心肌细胞的搏动强度和频率进行实时测量，最终实现培养和测量的同步性，以确保培养出具有良好力学性能的心肌细胞，由于装置采用了高精度的测量仪表，设置了微压调节装置，测得的数据是精确可靠的。
【专利说明】组织工程干细胞诱导心肌细胞培养与测量生物反应器
【技术领域】
[0001]本发明属于生物医学工程领域，涉及一种组织工程干细胞诱导心肌细胞培养与测量生物反应器。
【背景技术】
[0002]细胞治疗对心梗和终末期心脏疾患的治疗具有广阔前景，但目前临床上的效果却不很理想，其主要原因之一就是体外培养的心肌细胞的力学性能与宿主心肌细胞不匹配，因此研发能够对心肌细胞培养过程进行实时测量与调节的生物反应器，对细胞治疗在医学临床上的应用具有重要意义。
[0003]心肌细胞最重要的功能就是搏动性，即有规律的收缩运动，因此测量心肌细胞的力学特性最重要的就是测量其搏动强度及搏动频率，目前尚没有在培养过程中能实时测量其力学特性的测量装置。
【发明内容】
[0004]本发明针对现有技术的不足，提供了一种组织工程干细胞诱导心肌细胞培养与测量生物反应器。
[0005]本发明解决技术问题所采取的技术方案为:
本发明包括培养单元、控制单元和测量单元。
[0006]所述培养单元包括多个储液罐和一个培养室，每个储液罐通过各自的连接接头连接相应的出液管，将培养液输入至控制单元；控制单元控制进入培养室的培养液；在所述的培养室下方设置有废液罐，培养室与废液罐联通。
[0007]所述的控制单元包括流量调节凸轮和驱动流量调节凸轮的舵机；输入至控制单元的每一路培养液的流量由流量调节凸轮进行控制，舵机安装在流量调节凸轮的上方，舵机由集成电路板进行控制，集成电路板外接有触摸屏。
[0008]所述的测量单元包括培养室传感器固定隔膜、传感器固定板和压电传感器；压电传感器被传感器固定隔膜固定在传感器固定板上，传感器固定板位于培养室与废液罐之间，压电传感器用于感知心肌细胞的搏动。
[0009]本发明可以根据需对输入培养液的流量大小进行调节，在培养室中培养心肌细胞；同时可对心肌细胞的搏动强度和频率进行实时测量，最终实现培养和测量的同步性，以确保培养出具有良好力学性能的心肌细胞，由于装置采用了高精度的测量仪表，设置了微压调节装置，测得的数据是精确可靠的。同时对干细胞诱导培养心肌细胞和心肌细胞搏动力与频率参数是同步测量，可直观的显示观察培养过程中心肌细胞诱导培养的搏动强度，且经计算可得搏动频率。
【专利附图】
【附图说明】
[0010]图1组织工程干细胞诱导心肌细胞培养与测量生物反应器结构图； 图2组织工程干细胞诱导心肌细胞培养与测量生物反应器剖视图；
图3组织工程干细胞诱导心肌细胞培养与测量生物反应器内部结构图。
【具体实施方式】
[0011]以下结合附图对本发明作进一步说明。
[0012]本发明通过集成电路控制舵机调节培养液流量诱导干细胞分化成心肌细胞，并通过培养室底部压力传感器检测心肌细胞的搏动强度及频率，设计开发了一套关于组织工程干细胞诱导心肌细胞培养与搏动力测量的生物反应器。如图1所示，一种组织工程干细胞诱导心肌细胞培养与测量生物反应器主要有培养单元，控制单元，测量单元部分组成。
[0013]培养单元包括第二出液管39 ;第一出液管40 ;第三连接接头41 ;第一连接接头42 ;储液罐固定底座43 ;第一储液罐44 ;第二连接接头45 ;第一培养液储液罐盖板I ;第二培养液储液罐2 ;第二培养液储液罐盖板3 ;第三培养液储液罐盖板4 ;第四培养液储液罐盖板5 ;第三培养液储液罐6 ;第四培养液储液罐7 ;第四连接接头8 ;第三出液管9 ;第四出液管10 ;第八出液管17 ;第七出液管18 ;培养室盖板19 ;培养室20 ;培养室废液出口连接接头21 ;废液控制阀门22 ;第九出液管23 ;废液储液罐连接接头24 ;废液罐盖板27 ;废液罐底座28 ;第六出液管29 ;第五出液管30 ;第六连接接头48 ;第七连接接头49 ;第八连接接头50 ;第五连接接头52。
[0014]四个储液罐(44，2，6，7)装在储液罐固定底座43上，由各自的连接接头(42，45，41，8)连接相应的出液管(40，39，9，10);培养室20在废液罐底座28上，左边连接四根出液管(30，29，18，17)，培养液由此进入，右边连接第九出液管23，将废液排出到废液池。
[0015]如图1和图3所示，控制单元包括第一舵机11 ;第三舵机12 ;第二舵机13 ;第四舵机14 ;舵机固定板固定螺钉15 ;前挡板16 ;前挡板固定螺钉31 ;舵机固定板32 ;舵机连接线孔33 ;培养液流量调节底座34 ;舵机固定螺钉35 ;集成电路板固定底座36 ;底板固定螺钉37 ;后挡板38 ;第三流量调节凸轮46 ;第四流量调节凸轮47 ;第二流量调节凸轮53 ;第一流量调节凸轮54 ;后挡板固定螺钉55 ;集成电路板56 ;电路板支撑绝缘接头57。
[0016]集成电路板56被后挡板固定螺钉55和电路板支撑绝缘接头57固定在集成电路板固定底座36上；培养液流量调节底座34安装在成电路板固定底座36上，左边连接四根出液管(40，39，9，10)，右边连接四根出液管(30，29，18，17)，上面装有舵机固定板32 ；四个舵机(11，13，12，14)安装在舵机固定板32上，下面连接相应的四个流量调节凸轮(54，53，46，47)。
[0017]如图1和2所示，测量单元包括培养室传感器固定隔膜25 ;传感器固定板26 ;压电传感器51 ;压电传感器51被传感器固定隔膜25固定在传感器固定板26上。
[0018]培养单元的作用是培养所需的心肌细胞；培养液储液罐有四个，可储存四种不同的培养液；输入培养液的流量大小可以根据要求调节；经培养室排出的废液由废液池进行回收；整个心肌细胞培养单元是密封的，避免了接触外界空气中细菌的影响。
[0019]组织工程心肌细胞控制单元主要有舵机，流量调节凸轮，集成电路板及固定环节等组成。
[0020]集成电路外接触摸屏，可手动在触摸屏上设置参数，通过集成电路控制舵机的动作，进而带动流量调节凸轮的动作，最终实现对培养液流量的调节；固定环节实现对各个部分的固定作用。
[0021]组织工程心肌细胞测量单元主要有压电传感器，传感器固定隔膜和传感器固定板组成。
[0022]传感器被固定隔膜固定在固定板上，传感器将测得心肌细胞搏动强度转变成电压信号输出到外接触摸屏上，进行实时曲线显示。
[0023]使用上述装置进行组织工程干细胞诱导心肌细胞培养与测量的过程为:
1、在无菌的环境内关闭废液控制阀门，往培养液储液罐里装入所需培养液，在外接触摸屏上输入初始值，舵机控制一定流量的培养液进入培养室。
[0024]2、在无菌环境下打开培养室盖板，将心肌细胞悬液滴入培养室，盖上培养室盖板，将系统放入培养箱中进行培养。
[0025]3、在培养诱导过程中，观察外接触摸屏上搏动强度曲线，根据需要调节不同种类培养液流量控制参数，根据搏动曲线可得心肌细胞的搏动强度，经控制软件计算进一步可得搏动频率。
[0026]4、在培养诱导过程中，可以随时打开废液控制阀门，排除废液或者多余的培养液，同时可以控制任意流量调节凸轮放入新的培养液进行心肌细胞的诱导培养，培养完成后，收集心肌细胞进行各种后续工作。
【权利要求】
1.组织工程干细胞诱导心肌细胞培养与测量生物反应器，包括培养单元、控制单元和测量单元，其特征在于: 所述培养单元包括多个储液罐和一个培养室，每个储液罐通过各自的连接接头连接相应的出液管，将培养液输入至控制单元；控制单元控制进入培养室的培养液；在所述的培养室下方设置有废液罐，培养室与废液罐联通； 所述的控制单元包括流量调节凸轮和驱动流量调节凸轮的舵机；输入至控制单元的每一路培养液的流量由流量调节凸轮进行控制，舵机安装在流量调节凸轮的上方，舵机由集成电路板进行控制，集成电路板外接有触摸屏； 所述的测量单元包括培养室传感器固定隔膜、传感器固定板和压电传感器；压电传感器被传感器固定隔膜固定在传感器固定板上，传感器固定板位于培养室与废液罐之间，压电传感器用于感知心肌细胞的搏动。
【文档编号】C12M1/34GK104388311SQ201410667209
【公开日】2015年3月4日 申请日期:2014年11月20日 优先权日:2014年11月20日
【发明者】李宏 申请人:杭州电子科技大学