专利名称：人工肝用微囊悬浮型流化床式生物反应器的制作方法
技术领域：
本发明属于生物医学技术领域，涉及一种医疗设备， 一种为生物型或混合型生物人工 肝治疗的核心装置——人工肝用微囊悬浮型流化床式生物反应器。
技术背景生物反应器是生物型和混合型人工肝支持系统的核心装置，不仅是外源性肝细胞和病 人血液或血浆进行物质交换的场所，也为肝细胞提供较为理想的生长环境，作为人工肝用 生物反应器一般要符合以下基本要求中小分子双向传输，以及大分子物质免疫隔阻，保 障肝细胞活性及一定容量。目前，其中目前应用最多的是中空纤维生物反应器，但中空纤维生物反应器的缺点是细胞分布不均匀，细胞粘附性差，在实际应用中肝细胞可聚集成较大的团块，既影响其生 长代谢功能，又易造成半透膜的堵塞，不利于物质交换。为了克服此缺点，把肝细胞包裹 在孔性的微囊里，构成了微囊化的肝细胞，放进反应容器内，以此用血浆/培养也直接进行 灌流，构建了微囊型悬浮型生物反应器人工肝支持系统，为人工肝治疗提供了新的尝试， 结果表明微囊悬浮型生物反应器可在提高物质交换效率方面显示其独特的优势，这对生物 反应器的功效发挥尤为重要，微囊化肝细胞生物反应器最初是采取固化床式生物反应器设 计，仅适合小型动物实验，但放大应用后就有局限性，是因为直接通路导致了大量微囊化 的肝细胞低灌注状态，影响微囊膜的内外物质交换，以及物质吸收、转化解毒功能，而且 在灌流液的高剪切力作用下，固定的微囊化肝细胞更容易损伤。故采用流化床式生物反应 器更适合微囊化肝细胞在此生物人工肝系统中发挥作用。但是传统的生物人工肝流化床式 反应器采用柱型，在一般流速下也存在灌流死腔，甚至无效灌流及边际效应的问题，影响 了生物人工肝的支持治疗效果。 发明内容本发明的目的在于提供一种适用于生物性人工肝的微囊悬浮型流化床式生物反应器， 避免灌流死腔，操作简便，成本低，功效更强。本发明的人工肝用微囊悬浮型流化床式生物反应器，包括液体进口l，液体出口2，微 囊和预冲洗液入口 3及取样口 5，反应器呈底径小顶径大的漏斗形13，漏斗形反应器的上 颈部有细胞筛网8，下底部有细胞筛网7，液体出口2处设置细胞滤器11，液体进口 l与细 胞筛网7之间，细胞滤器11与细胞筛网8之间各有一个缓冲小腔区12，细胞筛网8和细胞
筛网7之间容纳微囊化肝细胞9;液体进口 1外接膜氧合器14，液体出口 2外接用于吸附 免疫大分子的免疫吸附器15。上述细胞筛网7的直径为20-40mm，筛网孔径200-300目，细胞筛网8的直径为 60-80mm，筛网孔径600-700目，细胞滤器11的孔径为l-5um。微囊和预冲洗液入口 3设置在细胞筛网8下方20mm-40mm处，并配制阀门4;取样口 5设置在细胞筛网7以上20mm-30mm处，配制阀门6。 本发明方案进一步叙述如下本发明的用于人工肝用新型微囊型流化床式生物反应器，包括液体进出口 1、 2、微囊 入口3及取样口5，容器外观呈漏斗形13,符合流体力学特点。容器底径小，顶径大，漏 斗颈、漏斗底有不同孔径的细胞筛网7、 8，上下筛网之间为循环流动的微囊化肝细胞，上 下端分别连接出口及入口，出口处有细胞滤器ll，入口上游有膜氧合器14，出口下游有吸 附免疫大分子的免疫吸附器15，入口及出口与细胞筛网之间各有一个相对的缓冲区12。漏 斗形壳体13构成的腔室容纳微囊化肝细胞及反应器活性成分。漏斗颈的细胞筛网7，其直 径20-40mm，筛网孔径200-300目，漏斗底的细胞筛网8，其细胞筛网60-80mm，筛网孔 径600-700目，漏斗出口的细胞滤器网ll，孔径l-5um。靠近漏斗底细胞筛网约20mm-40mm 处有微囊/预冲洗液入口3，供接种微囊和预冲洗用，并且入口有备用的关闭阀门4，在靠近 漏斗颈筛网20mm-30mm有取样口 5，供人工肝治疗过程中微囊及液体的取样用，也同样有 备用的关闭阀门6。本发明的人工肝用微囊悬浮型流化床式反应器需要重要的辅助装置，一 个是在紧靠反应器上游的膜氧合器14， 一个是紧靠反应器下游的免疫吸附器15，它们和反 应器主体构成完整的人工肝用微囊悬浮型流化床式反应器系统。本发明所提供的人工肝用新型微囊型流化床式生物反应器设计为漏斗形，容器底径小， 顶径大，流动冲击轨迹为缓和的抛物线，符合流体力学特点，有效避免灌流死腔及无效灌 流，功效更强。靠近漏斗颈、漏斗底有不同孔径的细胞筛网7、 8，上下筛网之间为循环流动的微囊化 肝细胞9，上下端分别连接出口及入口，入口上游有膜氧合器14，出口下游有一个吸附免 疫大分子的免疫吸附器15，入口及出口与细胞筛网之间各有一个相对的缓冲区12。本发明的漏斗形容器可根据临床的具体要求放大和縮小，漏斗形容器的进出口在容器 的上下两端，靠近容器顶部有微囊和预冲洗液的入口 3，靠近底部有取样口5。
图1为人工肝用微囊悬浮型流化床式生物反应器主体的立体结构示意图。图2为人工肝用微囊悬浮型流化床式生物反应器外接系统辅助装置的示意图。
具体实施方式
本实施例人工肝用微囊悬浮型流化床式反应器外形为漏斗形，塑料或有机玻璃外壳，大 小尺寸为长20cm，漏斗顶径6cm，底径3cm，容积为800ml。实际制作时可根据需要放大 或縮小，制定所需要的尺寸。如图1、图2所示1为血液/血浆/或培养液入口，供血液/血浆/培养液进入流化床式反 应器容器内，在其中与微囊化肝细胞进行物质交换，2供血液/血浆/或培养液出口， 3为预冲 液/微囊化肝细胞入口，通过该入口注入肝细胞悬液和冲入预冲液，4为阀门，微囊化肝细胞 接种后关闭，5为取样口，供人工肝治疗过程中取样，6为取样口关闭阀门，7为漏斗反应 器底径的细胞筛网，经过此筛网流入的液体通过流化作用使微囊化肝细胞不断的循环运动， 便于物质交换，8为微囊漏斗形反应器顶径的大的细胞筛网，对微囊化肝细胞流化作用后的 液体从此流出，而阻截微囊化肝细胞通过，9为微囊化的肝细胞，为体外通过微囊发生器制 成的含有肝细胞的微囊，平均直径400-500um，在液体的流化作用下，不断循环，进行物质 交换，10为有机玻璃或塑料外壳，11为细胞滤器，是为防止细胞或细胞碎片进入血流产生 机体的免疫反应，12为反应器液流缓冲区，是为了保持血流动力学的稳定而设制的，13为 整个漏斗形流化床式反应器外观示意图，14为氧合器，使血桨/培养液氧合后携带氧供给流 化床式反应器中微囊化肝细胞所需，15为免疫吸附器，吸附少量微囊漏出的免疫大分子物质 (IgG、 IgM及补体系列)，防止进入机体发生免疫反应。本实例为防止微囊沉积后易积聚成团采用液体的流化作用，便于物质交化，为解决传统 的柱形传化床反应器无效灌流及低灌流情况，采用了漏斗形设计，把已预先体外制作并被培 养的微囊化肝细胞成多细胞集聚体，接种在流化床式反应器中，部分发挥肝细胞的替代功能。 本漏斗形流化床式反应器的与以往流化床式反应器相比优点在于 本发明为一种符合流体力学的微囊悬浮型流化床式反应器。由于微囊化肝细胞易于沉 积下来，而且很容易粘附在一起，难以分开，尤其是大规模的应用肝细胞微囊时更突出， 必须采取液流流化的方法，传统的固定床反应器直接灌流，剪切力大，存在低灌流状态或 存在相对灌流死腔，用流化床式的反应器有利于微囊的反复循环运动，减少剪切力，更利 于物质交流。传统的流化床式反应器采用柱型，在一般流速下也存在灌流死腔和边际效应， 根据流体力学的特点采用漏斗形状流化床式反应器更符合微囊的流体力学，这样在流体作 用下更有利微囊做抛物线循环运动，优化了微囊化肝细胞的流化效果，更有利物质进行交 换。本漏斗型反应器两端有缓冲区，在人工肝过程中液流相对比较平稳，在保持流体动力 学稳定方面能显示独特的优势。该生物人工肝微囊流化床式反应器系统为人工肝开辟了新途径，功能较为全面，操作 方便，设计较为合理，具有很好的应用前景。
权利要求
1、人工肝用微囊悬浮型流化床式生物反应器，包括液体进口(1)，液体出口(2)，微囊和预冲洗液入口(3)及取样口(5)，其特征在于反应器呈底径小顶径大的漏斗形(13)，漏斗形反应器的上颈部有细胞筛网(8)，下底部有细胞筛网(7)，液体出口(2)处设置细胞滤器(11)，液体进口(1)与细胞筛网(7)之间，细胞滤器(11)与细胞筛网(8)之间各有一个缓冲小腔区(12)，细胞筛网(8)和细胞筛网(7)之间容纳微囊化肝细胞(9)；液体进口(1)外接膜氧合器(14)，液体出口(2)外接用于吸附免疫大分子的免疫吸附器(15)。
2、 根据权利要求1所述的人工肝用微囊悬浮型流化床式生物反应器，其特征在于所述细胞筛网(7)的直径为20-40mm，筛网孔径200-300目，所述细胞筛网(8)的直径为60-80mm， 筛网孔径600-700目，所述细胞滤器(11)的孔径为l-5um。
3、 根据权利要求1所述的人工肝用微囊悬浮型流化床式生物反应器，其特征在于微囊和 预冲洗液入口 (3)设置在细胞筛网(8)下方20mm-40mm处，并配制阀门(4);取样口(5)设置在细胞筛网(7)以上20mm-30mm处，配制阀门(6)。
4、 根据权利要求1所述的人工肝用微囊悬浮型流化床式生物反应器，其特征在于缓冲小 腔区(12)的空间高度为15mm-20mm。
全文摘要
本发明属于医学生物技术领域，为人工肝用微囊悬浮型流化床式生物反应器。反应器呈底径小顶径大的漏斗形，上颈部有细胞筛网8，下底部有细胞筛网7，液体出口2处设置细胞滤器11，液体进口1与细胞筛网7之间，细胞滤器11与细胞筛网8之间各有一个缓冲小腔区12，细胞筛网8和细胞筛网7之间容纳微囊化肝细胞9；液体进口外接膜氧合器14，液体出口外接用于吸附免疫大分子的免疫吸附器15。本发明提供的人工肝用生物反应器由于设计为漏斗形，容器底径小，顶径大，流动冲击的运动轨迹为缓和的抛物线，符合流体力学特点，有效避免灌流死腔及无效灌流，能有效发挥生物人工肝的治疗作用。
文档编号A61B17/00GK101129276SQ200710070279
公开日2008年2月27日 申请日期2007年8月13日 优先权日2007年8月13日
发明者喻成波, 李兰娟, 杜维波, 章益民, 陈滟珊 申请人:浙江大学