一種生物組織工程培養系統技術方案

生物組織工程培養系統本發明專利技術涉及一種生物組織工程培養系統，該系統包括培養部分和控制部分。培養部分包括培養系統(7)、動力系統(8)、氣體交換系統(11)、營養液交換系統(10)，這些系統需要安裝在無菌間(4)內；控制部分包括微機控制站主機(5)、輸出集線器(6)、輸入集線器(12)。微機控制站主機(5)通過輸出集線器(6)連接線路控制培養部分各系統的工作，培養部分各系統通過輸入集線器(12)連接線路把探測參數反饋到微機控制站主機(5)。本發明專利技術用于體外組織培養，體外器官培養。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于生物組織工程培養裝備。為生物組織工程體外組織和器官培養提供模擬生物體內環境，營造可控的生物因子、PH、溫度、維生素和礦物質離子濃度等生理環境。可以用于體外動態培養細胞和構建組織器官。
技術介紹
生物醫學、生物材料學和自動化控制等多學科交叉是本專利技術提供了理論和實踐基礎。目前體外細胞、組織器官二維靜態或者三維動態培養在生物醫學研究和生產領域普遍應用。體外細胞培養、組織器官二維靜態培養多用于基礎研究，生產應用研究主要為人工皮膚、軟骨組織修復等提供種子細胞。三維動態培養主要用于生物反應器，生產藥用生物分子。隨著生物材料學的學科發展，可降解、無生物毒性、可塑、具有一定物理應力的生物材料被陸續研發出來，并且小規模生產，如羥基磷灰石、殼聚糖、聚乳酸等。自動化控制更是為精確控制體外營造的生理環境提供理論和設備支持，包括各種自動化設備。腫瘤學研究提示我們生物組織存活，提供營養的管道構建是組織成活的關鍵。為了解決這個問題，材料學家和生物學家在共同不斷努力，希望能為材料內的空隙提供足夠的流體力，誘導種子細胞在長成組織的同時形成血管，為后續移植修復提供血供通路。綜合上述研究成果，結合我們自己的研究，我們專利技術的設備可以提供形成血管所需要的不同物理動力，刺激血管形成，并且可調節物理動力的大小，控制營養液中各種生物因子的濃度。在物理動力和各種生物因子的共同作用下，可形成大小形狀不一的組織，功能不一的組織。
技術實現思路
生物組織工程培養系統主要由五部分組成培養系統、動力系統、氣體交換系統、 營養液交換系統、微機控制站。每一部分在獨立完成自身功能，還可以把自身參數反饋到微機控制站，通過微機控制站調控系統各部分工作，共同完成組織工程培養任務。(一)培養系統包括五部分培養腔、加熱和冷卻、滅菌、照明和攝像、電源。(1) 培養腔內可以放置普通培養罐、滾筒培養罐、管道分流分壓培養罐，滿足不同的組織培養需求。(2)加熱和冷卻部分包括加溫模塊、冷卻模塊、溫度探測儀，確保整個培養系統可以快速加溫和快速冷卻，并且可以把培養系統內實時溫度傳輸到微機控制站。(3)滅菌部分為臭氧發生器/干熱滅菌系統，通過臭氧/干熱對培養空間進行滅菌，確保培養腔內環境為無菌。 (4)照明和攝像部分是為了方便在不打開培養系統時，在LED照明燈光下通過攝像頭把培養腔內圖像實時傳送出，在微機站即可觀察到組織器官培養的情況。(5)電源部分為培養腔的改裝和改進提供拓展空間。(二)動力系統包括四部分泵、管道、閥門、流體壓力探測。(1)泵部分可以提供兩種動力泵一是蠕動泵，一是往復泵，為整個生物組織工程培養系統提供流體動力。(2) 管道部分，由不同管徑的硅膠管、玻管璃和不銹鋼接頭組成，通過不同的分流形式，為培養組織器官輸送營養、氣體和代謝產物、廢氣。(3)閥門為單向限流閥，由硅膠、不銹鋼或者玻璃組成，保障系統內營養液流動方向符合實驗生產設計要求。(4)流體壓力探測，儀表安裝于培養腔、管道系統分流、泵系統前后部位，及時向微機控制站反饋系統內流體壓力變化情況，為調整動力和液體分流提供參數。(三)氣體交換系統包括三部分氣體交換、氣體濃度探測、氣體流量控制。(1)氣體交換有兩種可以選擇的模式一是通過中空纖維氣液對流交換，一是液氣相通過膜交換氣體。除此之外，系統還可以直接為培養腔提供所需要的氣體，在氣液平面上進行組織器官培養。(2)氣體濃度探測部分包括氧濃度探測、二氧化碳濃度探測，采用的是最新紅外探測頭，把收集到的氣體參數輸送到微機控制站，為系統運行提供參數。(3)氣體流量控制部分可以根據微機控制站的調控信號，對氧氣和二氧化碳輸入氣體交換儀的流量和流速進行動作，以維持整個系統內氣液相物質中氧氣和二氧化碳濃度。(四)營養液交換系統包括三部分透析、pH監測和脲監測。通過透析儀可以對系統內營養流體成分進行置換，PH和脲監測儀可以防止系統內對細胞組織有害物質成分堆積。通過PH和脲監測儀輸送到微機控制站的參數，可以對透析儀工作狀態進行控制，維持系統內營養液成分對組織器官維持或者生長狀態最佳。(五)微機控制站包括三部分信號收集、信號處理和調控信號輸出。(1)信號收集主要通過以下設備感應微型攝像頭、溫度探測頭、流體壓力探測儀、氧氣探測頭、二氧化碳探測頭、PH監測儀、脲監測儀等。(2)信號處理為微機控制站的核心部分，包括生物組織工程培養系統軟件、計算機、信號輸入和輸出集線器。(3)調控信號輸出主要通過以下設備動作LED燈、加熱模塊、冷卻模塊、泵、氣體流量控制器、透析儀等。附圖說明圖1生物組織工程培養系統安裝布局2生物組織工程培養系統工作部分圖中1為過渡間，2為潔凈工作間，3為風淋間，4為無菌間，5為微機控制站主機， 6為輸出集線器，7為培養系統，8為動力系統，9為培養腔，10為營養液交換系統，11為氣體交換系統，12為輸入集線器，13為組織器官培養瓶，14為溫度探測儀，15為加熱模塊/冷卻模塊，16為pH監測儀，17為脲監測儀，18為氧氣探測頭和二氧化碳探測頭，19為流體壓力探測儀，20為單向限流閥，21為微型攝像頭，22為LED照明燈，23為氣體流量控制器，24為氣體流量計，25為電源，26為臭氧發生器/干熱滅菌系統具體實施例方式下面結合附圖和具體實施例對本專利技術進行詳細說明。實施例一生物組織工程培養系統安裝布局一種生物組織工程培養系統，其安裝布局如圖1所示，該安裝布局主要有培養系統7、動力系統8、氣體交換系統11、營養液交換系統10、微機控制站主機5。其中培養系統 7、動力系統8、氣體交換系統11、營養液交換系統10安裝在無菌間4內，微機控制站安裝在潔凈工作間2內，工作人員進入需要經過渡間1更換全身式隔離衣，進入無菌間4需要經過風淋間3。當系統啟動，在潔凈工作間2中，工作人員通過微機控制站主機5操作臺軟件界面發出信號。信號經過輸出集線器6，啟動培養系統7的加溫模塊/冷卻模塊和培養腔9內的LED照明燈、動力系統8的泵、氣體交換系統1)的氣體流量控制器、營養液交換系統10 的透析儀。在工作過程中，系統內的溫度、攝像、流體壓力、氣體濃度、PH值、脲濃度等參數通過各儀器傳送至信號輸入集線器12，然后進入微機控制站主機5，通過軟件系統分析，根據需要調整各系統設備動作。實施例二組織器官培育利用生物組織工程培養系統進行組織器官培育，培養過程在無菌間內2完成，其中涉及的培養系統如圖2所示，工作過程描述如下無菌硅膠管短路培養腔9內主管道，在營養液交換系統10中注入營養液，使系統的循環管道內注滿營養液。通過微機控制站主機 5操作界面，啟動培養系統7的臭氧發生器/干熱滅菌系統26和加熱模塊/冷卻模塊15， 對培養腔9進行滅菌并使其中溫度達到37°C。把組織器官培養瓶13置入培養腔9中并連接兩端營養液輸入管，打開兩側單向限流閥20。啟動動力系統8的泵，驅動系統內營養液流動；啟動氣體交換系統11中的氣體流量控制器23，調節營養液中氧濃度；啟動營養液交換系統10中的透析儀保持營養液成份穩定。同時啟動溫度探測頭14，把系統內溫度參數反饋到微機控制站主機5 ；啟動流體壓力探測儀19，把組織器官培養瓶兩側流體壓力參數反饋到微機控制站主機5 ；啟動氣體交換系統11中的氣體流量計24，把進入氣體交換系統的氣體流量參數反饋到微機控本文檔來自技高網...

【技術保護點】
１．一種生物組織工程培養系統，其特征在于，該系統包括培養部分和控制部分。培養部分包括培養系統（７）、動力系統（８）、氣體交換系統（１１）、營養液交換系統（１０）；控制部分包括微機控制站主機（５）、輸出集線器（６）、輸入集線器（１２）。微機控制站主機（５）通過輸出集線器（６）連接線路控制培養部分各系統的工作，培養部分各系統通過輸入集線器（１２）連接線路把探測參數反饋到微機控制站主機（５）。培養系統（７）、動力系統（８）、氣體交換系統（１１）、營養液交換系統（１０）安裝在無菌間（４）內，微機控制站主機（５）、輸出集線器（６）、輸入集線器（１２）安裝在潔凈工作間（２）內。

【技術特征摘要】
1.一種生物組織工程培養系統，其特征在于，該系統包括培養部分和控制部分。培養部分包括培養系統(7)、動力系統(8)、氣體交換系統(11)、營養液交換系統(10)；控制部分包括微機控制站主機(5)、輸出集線器(6)、輸入集線器(12)。微機控制站主機(5)通過輸出集線器(6)連接線路控制培養部分各系統的工作，培養部分各系統通過輸入集線器(12)連接線路把探測參數反饋到微機控制站主機(5)。培養系統(7)、動力系統(8)、氣體交換系統 (11)、營養液交換系統(10)安裝在無菌間(4)內，微機控制站主機(5)、輸出集線器(6)、輸入集線器(12)安裝在潔凈工作間(2)內。2.根據權利要求1所述的一種生物組織工程培養系統，其特征在于，所述的培養系統 (7)外殼裝有加熱模塊/冷卻模塊(15)、溫度探測儀(14)、電源(25)；所述...

【專利技術屬性】
技術研發人員：李卓權，吳志明，李勝藍，蔡春苗，
申請(專利權)人：李勝藍，吳志明，李卓權，
類型：發明
國別省市：31