一种生物打印软骨的压力可控的生物反应器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种生物反应器，具体为一种生物打印软骨的压力可控的生物反应器。
【背景技术】
[0002]软骨是具有某种程度硬度和弹性的支持器管。在脊椎动物中非常发达，一般见于成体骨骼的一部分和呼吸道等的管状器官壁、关节的摩擦面等。软骨损伤修复一直是关节外科研究的热点。
[0003]由于软骨是无神经和无血管的组织，其自身修复能力很差，目前通常只能采用外科手术移植来治疗受损软骨，但因来源有限，很多患者难以得到治疗，因此，兴起的3D打印软骨的技术将成为一个重要的医疗新方案。3D打印技术最突出的优点是无需机械加工或任何模具，就能直接从计算机图形数据中生成任何形状的零件，从而极大地缩短产品的研制周期，提高生产率和降低生产成本。
[0004]但目前体外构建的软骨只是种子细胞、支架材料和生物活性分子这三者简单地组合在一起，缺乏体内微环境如各种机械应力和流体应力的影响。所以当植入到皮下组织后尚达不到重建固有形态稳定性的临床要求。因此必须在体外构建时提高工程化软骨的力学性能。力学刺激可通过增强软骨细胞增殖、分化、胞外基质合成等途径显著提高工程化软骨力学性能。因此，为了大规模体外构建人工软骨以满足临床需求，开发物质混合性能好且力学环境适宜的生物反应器必不可少。
【发明内容】
[0005]本发明要解决的技术问题是克服现有的体外构建的软骨，缺乏体内微环境如各种机械应力和流体应力的影响的缺陷，提供一种生物打印软骨的压力可控的生物反应器。
[0006]为了解决上述技术问题，本发明提供了如下的技术方案:
[0007]—种生物打印软骨的压力可控的生物反应器，包括顶盖和圆柱形罐体，所述圆柱形罐体内设置有压缩发生器，所述压缩发生器包括驱动轴和底部圆盘，所述驱动轴上端穿出所述顶盖，下端与所述底部圆盘连接，所述底部圆盘下设置有第一硅胶垫，在所述圆柱形罐体底部设置有与所述第一硅胶垫相配合的第二硅胶垫。
[0008]进一步的，所述顶盖上设置有透气的滤芯装置。
[0009]进一步的，所述驱动轴为圆柱形。
[0010]进一步的，所述底部圆盘的直径略小于圆柱罐体的直径。
[0011]进一步的，所述第一硅胶垫、第二硅胶垫和所述底部圆盘的直径相同，且其直径均略小于所述圆柱罐体的直径。
[0012]进一步的，所述压缩发生器可以进行频率和压力的设定。
[0013]本发明的工作原理为:将生物打印的软骨放置在第一硅胶垫和第二硅胶垫之间，在压缩发生器工作时，其底部圆盘不能脱离培养液表面，确保软骨一直浸没在培养液中。由于两块硅胶垫直径略小于罐体，避免生物打印的软骨从罐壁缝隙中逃走，确保了软骨只能在两块硅胶垫间活动，在压缩发生器工作时能一直受到机械挤压作用;整个生物反应器是放置在CO2培养箱中培养的，故能简化生物反应器的设置，可以通过培养箱对整个反应器进行温度、湿度以及气体比例的调控。
[0014]本发明与现有技术相比，具有以下的有益效果:
[0015]本发明可以使用多个压力方式给反应器内的软骨提供多种压力刺激:一是通过压缩发生器可调控的按一定程序使得两个硅胶垫对软骨有机械压应力作用;二是压缩发生器工作时带动培养液，从而给软骨施加一定液压;三是压缩发生器运动时带动液体运动，从而给软骨施加一定的剪切力。由于压缩发生器可以进行程序设定，所以在一定范围内，给反应器内的软骨提供多种压力刺激时不会引起其机械变形，有利于细胞分泌胞外基质，使制备出的软骨组织更接近天然的组织学结构和生理功能。在提供压力刺激的同时还能使营养物质以及氧气更充分地进入软骨复合物中，并将代谢废物及时排出。
[0016]此外，本发明的生物反应器还具有放大简单的特点，不仅可以放大单个反应器的尺寸，增大制备的软骨的尺寸，还可由多个反应器并联，实现产品数量的增加，因此可以实现体外大规模生产软骨组织。
【附图说明】
[0017]附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中:
[0018]图1是本发明的结构示意图。
【具体实施方式】
[0019]以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
[0020]实施例1
[0021]如图1所示，一种生物打印软骨的压力可控的生物反应器，包括顶盖6和圆柱形罐体5，圆柱形罐体5内设置有压缩发生器，压缩发生器包括驱动轴I和底部圆盘2，驱动轴I可在罐体内按一定的程序进行上下压缩;驱动轴I上端穿出顶盖6，下端与底部圆盘2连接，底部圆盘2下设置有第一硅胶垫3，在圆柱形罐体5底部设置有与第一硅胶垫3相配合的第二硅胶垫7。顶盖6上设置有透气的滤芯装置;驱动轴I为圆柱形。第一硅胶垫3、第二硅胶垫7和底部圆盘2的直径相同，且其直径均略小于所述圆柱罐体5的直径;压缩发生器可以进行频率和压力的设定。
[0022]本发明的生物打印软骨的压力可控的生物反应器通过圆柱形驱动轴I运动从而带动与其底部圆盘2相连的第一硅胶垫3的运动，同时与固定于罐体底部的另一块完全相同的第二硅胶垫7相互作用，在压缩发生器向下压时，两块硅胶垫对软骨4起到一定机械挤压作用。同时也带动了培养液给生物打印的软骨4提供了一定的液压和剪切力的作用。压缩过程中，压缩发生器底部圆盘2不能离开培养液表面，这是为了确保生物打印的软骨一直浸没在培养液中。生物打印的软骨4放置在两块直径略小于罐体的硅胶垫之间，避免软骨从罐壁缝隙逃走，确保软骨能一直受到机械挤压作用。整个反应器是放置在CO2培养箱中培养的，故温度、湿度及气体比例均可通过培养箱进行调控。培养基按一定频率一定量更换。
[0023]使用本发明的生物打印软骨的压力可控的生物反应器的具体实施步骤如下:
[0024]步骤1:打开罐体顶盖6，将生物打印的软骨4置于罐体底部的第二硅胶垫7上，并向罐中倒入培养液使液面高出软骨4 一定距离，然后将连有压缩发生器的顶盖6盖上，确保软骨在两块硅胶垫之间；
[0025]步骤2:对压缩发生器设定程序，使之按一定频率和压力进行运动；
[0026]步骤3:将该反应器放入设定好温度、湿度、气体比例的CO2培养箱中培养；
[0027]步骤4:每隔一段时间进行培养液更换的操作。
[0028]最后应说明的是:以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种生物打印软骨的压力可控的生物反应器，包括顶盖和圆柱形罐体，其特征在于，所述圆柱形罐体内设置有压缩发生器，所述压缩发生器包括驱动轴和底部圆盘，所述驱动轴上端穿出所述顶盖，下端与所述底部圆盘连接，所述底部圆盘下设置有第一硅胶垫，在所述圆柱形罐体底部设置有与所述第一硅胶垫相配合的第二硅胶垫。2.如权利要求1所述的生物打印软骨的压力可控的生物反应器，其特征在于，所述顶盖上设置有透气的滤芯装置。3.如权利要求1所述的生物打印软骨的压力可控的生物反应器，其特征在于，所述驱动轴为圆柱形。4.如权利要求3所述的生物打印软骨的压力可控的生物反应器，其特征在于，所述底部圆盘的直径略小于圆柱罐体的直径。5.如权利要求4所述的生物打印软骨的压力可控的生物反应器，其特征在于，所述第一硅胶垫、第二硅胶垫和所述底部圆盘的直径相同，且其直径均略小于所述圆柱罐体的直径。6.如权利要求1所述的生物打印软骨的压力可控的生物反应器，其特征在于，所述压缩发生器可以进行频率和压力的设定。
【专利摘要】本发明公开了一种生物打印软骨的压力可控的生物反应器，包括顶盖和圆柱形罐体，圆柱形罐体内设置有压缩发生器，压缩发生器包括驱动轴和底部圆盘，驱动轴上端穿出所述顶盖，下端与底部圆盘连接，底部圆盘下设置有第一硅胶垫，在圆柱形罐体底部设置有第二硅胶垫。将生物打印的软骨放置两块硅胶垫之间，由于两块硅胶垫直径略小于罐体，避免生物打印的软骨从罐壁缝隙中逃走，在压缩发生器工作时能一直受到机械挤压作用，同时培养液提供一定的液压和剪切力，有利于细胞分泌胞外基质，使制备出的软骨组织更接近天然的组织学结构和生理功能，在提供压力刺激的同时还能使营养物质以及氧气更充分地进入软骨复合物中，并将代谢废物及时排出。
【IPC分类】C12M3/00
【公开号】CN105670930
【申请号】CN201610176752
【发明人】刘洪 , 杨熙
【申请人】刘洪
【公开日】2016年6月15日
【申请日】2016年3月25日