一種生物打印軟骨的壓力可控的生物反應器制造技術

本發明專利技術公開了一種生物打印軟骨的壓力可控的生物反應器，包括頂蓋和圓柱形罐體，圓柱形罐體內設置有壓縮發生器，壓縮發生器包括驅動軸和底部圓盤，驅動軸上端穿出所述頂蓋，下端與底部圓盤連接，底部圓盤下設置有第一硅膠墊，在圓柱形罐體底部設置有第二硅膠墊。將生物打印的軟骨放置兩塊硅膠墊之間，由于兩塊硅膠墊直徑略小于罐體，避免生物打印的軟骨從罐壁縫隙中逃走，在壓縮發生器工作時能一直受到機械擠壓作用，同時培養液提供一定的液壓和剪切力，有利于細胞分泌胞外基質，使制備出的軟骨組織更接近天然的組織學結構和生理功能，在提供壓力刺激的同時還能使營養物質以及氧氣更充分地進入軟骨復合物中，并將代謝廢物及時排出。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種生物反應器，具體為一種生物打印軟骨的壓力可控的生物反應器。
技術介紹
軟骨是具有某種程度硬度和彈性的支持器管。在脊椎動物中非常發達，一般見于成體骨骼的一部分和呼吸道等的管狀器官壁、關節的摩擦面等。軟骨損傷修復一直是關節外科研究的熱點。由于軟骨是無神經和無血管的組織，其自身修復能力很差，目前通常只能采用外科手術移植來治療受損軟骨，但因來源有限，很多患者難以得到治療，因此，興起的3D打印軟骨的技術將成為一個重要的醫療新方案。3D打印技術最突出的優點是無需機械加工或任何模具，就能直接從計算機圖形數據中生成任何形狀的零件，從而極大地縮短產品的研制周期，提高生產率和降低生產成本。但目前體外構建的軟骨只是種子細胞、支架材料和生物活性分子這三者簡單地組合在一起，缺乏體內微環境如各種機械應力和流體應力的影響。所以當植入到皮下組織后尚達不到重建固有形態穩定性的臨床要求。因此必須在體外構建時提高工程化軟骨的力學性能。力學刺激可通過增強軟骨細胞增殖、分化、胞外基質合成等途徑顯著提高工程化軟骨力學性能。因此，為了大規模體外構建人工軟骨以滿足臨床需求，開發物質混合性能好且力學環境適宜的生物反應器必不可少。
技術實現思路
本專利技術要解決的技術問題是克服現有的體外構建的軟骨，缺乏體內微環境如各種機械應力和流體應力的影響的缺陷，提供一種生物打印軟骨的壓力可控的生物反應器。為了解決上述技術問題，本專利技術提供了如下的技術方案：一種生物打印軟骨的壓力可控的生物反應器，包括頂蓋和圓柱形罐體，所述圓柱形罐體內設置有壓縮發生器，所述壓縮發生器包括驅動軸和底部圓盤，所述驅動軸上端穿出所述頂蓋，下端與所述底部圓盤連接，所述底部圓盤下設置有第一硅膠墊，在所述圓柱形罐體底部設置有與所述第一硅膠墊相配合的第二硅膠墊。進一步的，所述頂蓋上設置有透氣的濾芯裝置。進一步的，所述驅動軸為圓柱形。進一步的，所述底部圓盤的直徑略小于圓柱罐體的直徑。進一步的，所述第一硅膠墊、第二硅膠墊和所述底部圓盤的直徑相同，且其直徑均略小于所述圓柱罐體的直徑。進一步的，所述壓縮發生器可以進行頻率和壓力的設定。本專利技術的工作原理為：將生物打印的軟骨放置在第一硅膠墊和第二硅膠墊之間，在壓縮發生器工作時，其底部圓盤不能脫離培養液表面，確保軟骨一直浸沒在培養液中。由于兩塊硅膠墊直徑略小于罐體，避免生物打印的軟骨從罐壁縫隙中逃走，確保了軟骨只能在兩塊硅膠墊間活動，在壓縮發生器工作時能一直受到機械擠壓作用；整個生物反應器是放置在CO2培養箱中培養的，故能簡化生物反應器的設置，可以通過培養箱對整個反應器進行溫度、濕度以及氣體比例的調控。本專利技術與現有技術相比，具有以下的有益效果：本專利技術可以使用多個壓力方式給反應器內的軟骨提供多種壓力刺激：一是通過壓縮發生器可調控的按一定程序使得兩個硅膠墊對軟骨有機械壓應力作用；二是壓縮發生器工作時帶動培養液，從而給軟骨施加一定液壓；三是壓縮發生器運動時帶動液體運動，從而給軟骨施加一定的剪切力。由于壓縮發生器可以進行程序設定，所以在一定范圍內，給反應器內的軟骨提供多種壓力刺激時不會引起其機械變形，有利于細胞分泌胞外基質，使制備出的軟骨組織更接近天然的組織學結構和生理功能。在提供壓力刺激的同時還能使營養物質以及氧氣更充分地進入軟骨復合物中，并將代謝廢物及時排出。此外，本專利技術的生物反應器還具有放大簡單的特點，不僅可以放大單個反應器的尺寸，增大制備的軟骨的尺寸，還可由多個反應器并聯，實現產品數量的增加，因此可以實現體外大規模生產軟骨組織。附圖說明附圖用來提供對本專利技術的進一步理解，并且構成說明書的一部分，與本專利技術的實施例一起用于解釋本專利技術，并不構成對本專利技術的限制。在附圖中：圖1是本專利技術的結構示意圖。具體實施方式以下結合附圖對本專利技術的優選實施例進行說明，應當理解，此處所描述的優選實施例僅用于說明和解釋本專利技術，并不用于限定本專利技術。實施例1如圖1所示，一種生物打印軟骨的壓力可控的生物反應器，包括頂蓋6和圓柱形罐體5，圓柱形罐體5內設置有壓縮發生器，壓縮發生器包括驅動軸1和底部圓盤2，驅動軸1可在罐體內按一定的程序進行上下壓縮；驅動軸1上端穿出頂蓋6，下端與底部圓盤2連接，底部圓盤2下設置有第一硅膠墊3，在圓柱形罐體5底部設置有與第一硅膠墊3相配合的第二硅膠墊7。頂蓋6上設置有透氣的濾芯裝置；驅動軸1為圓柱形。第一硅膠墊3、第二硅膠墊7和底部圓盤2的直徑相同，且其直徑均略小于所述圓柱罐體5的直徑；壓縮發生器可以進行頻率和壓力的設定。本專利技術的生物打印軟骨的壓力可控的生物反應器通過圓柱形驅動軸1運動從而帶動與其底部圓盤2相連的第一硅膠墊3的運動，同時與固定于罐體底部的另一塊完全相同的第二硅膠墊7相互作用，在壓縮發生器向下壓時，兩塊硅膠墊對軟骨4起到一定機械擠壓作用。同時也帶動了培養液給生物打印的軟骨4提供了一定的液壓和剪切力的作用。壓縮過程中，壓縮發生器底部圓盤2不能離開培養液表面，這是為了確保生物打印的軟骨一直浸沒在培養液中。生物打印的軟骨4放置在兩塊直徑略小于罐體的硅膠墊之間，避免軟骨從罐壁縫隙逃走，確保軟骨能一直受到機械擠壓作用。整個反應器是放置在CO2培養箱中培養的，故溫度、濕度及氣體比例均可通過培養箱進行調控。培養基按一定頻率一定量更換。使用本專利技術的生物打印軟骨的壓力可控的生物反應器的具體實施步驟如下：步驟1：打開罐體頂蓋6，將生物打印的軟骨4置于罐體底部的第二硅膠墊7上，并向罐中倒入培養液使液面高出軟骨4一定距離，然后將連有壓縮發生器的頂蓋6蓋上，確保軟骨在兩塊硅膠墊之間；步驟2：對壓縮發生器設定程序，使之按一定頻率和壓力進行運動；步驟3：將該反應器放入設定好溫度、濕度、氣體比例的CO2培養箱中培養；步驟4：每隔一段時間進行培養液更換的操作。最后應說明的是：以上所述僅為本專利技術的優選實施例而已，并不用于限制本專利技術，盡管參照前述實施例對本專利技術進行了詳細的說明，對于本領域的技術人員來說，其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分技術特征進行等同替換。凡在本專利技術的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本專利技術的保護范圍之內。本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種生物打印軟骨的壓力可控的生物反應器，包括頂蓋和圓柱形罐體，其特征在于，所述圓柱形罐體內設置有壓縮發生器，所述壓縮發生器包括驅動軸和底部圓盤，所述驅動軸上端穿出所述頂蓋，下端與所述底部圓盤連接，所述底部圓盤下設置有第一硅膠墊，在所述圓柱形罐體底部設置有與所述第一硅膠墊相配合的第二硅膠墊。

【技術特征摘要】
1.一種生物打印軟骨的壓力可控的生物反應器，包括頂蓋和圓柱形罐體，
其特征在于，所述圓柱形罐體內設置有壓縮發生器，所述壓縮發生器包括驅動軸
和底部圓盤，所述驅動軸上端穿出所述頂蓋，下端與所述底部圓盤連接，所述底
部圓盤下設置有第一硅膠墊，在所述圓柱形罐體底部設置有與所述第一硅膠墊相
配合的第二硅膠墊。
2.如權利要求1所述的生物打印軟骨的壓力可控的生物反應器，其特征在
于，所述頂蓋上設置有透氣的濾芯裝置。
3.如權利要求1所述的生物打印軟骨的壓力可控...

【專利技術屬性】
技術研發人員：劉洪，楊熙，
申請(專利權)人：劉洪，
類型：發明
國別省市：江蘇;32