專利名稱：一種新的近生理脈動流環(huán)境動脈血管組織工程反應(yīng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及細胞培養(yǎng)、組織工程領(lǐng)域，更具體地涉及一種血管組織工程反應(yīng)器。
背景技術(shù)：
在組織工程領(lǐng)域，組織工程生物反應(yīng)器是研究不同環(huán)境因素(物理、生化因素)對 特定細胞、組織的三維功能化培養(yǎng)的影響的重要技術(shù)手段，也是改進功能化組織質(zhì)量、降低 生產(chǎn)成本(包括自動化、在線監(jiān)控等)，使組織工程從實驗室進入到標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)化規(guī)?；?產(chǎn)和臨床應(yīng)用過程中的一個關(guān)鍵環(huán)節(jié)。因此，有針對性地研發(fā)先進的組織工程用生物反應(yīng) 器對于組織工程的發(fā)展具有重大意義。迄今為止，自體移植、同種異體血管、異種血管、以及人工合成血管都不能夠成為 理想的動脈血管替代物(特別是6mm 口徑以下的血管)。近年來組織工程化動脈血管構(gòu)建 和功能研究為這一領(lǐng)域帶來了希望。圖1顯示了在生理狀態(tài)下動脈血管所處的力學(xué)環(huán)境人體動脈血管內(nèi)血液呈周期 性脈動流狀態(tài)，血壓和血液流動速度呈周期性脈搏波形態(tài)；壓強和流速在一個心動周期內(nèi) 有較大的脈動，分布在不同部位的動脈血管段這些特征也各不相同。近來的研究表明，在培 養(yǎng)過程中應(yīng)力對組織工程化血管的力學(xué)特性有顯著的影響，脈動流灌注下培養(yǎng)組織工程化 動脈血管平滑肌細胞和內(nèi)皮細胞，與定常流流狀態(tài)下的培養(yǎng)有顯著的不同，因此建立可提 供脈動流培養(yǎng)環(huán)境的血管組織工程反應(yīng)器成為近來血管組織工程領(lǐng)域的一個重要趨勢。現(xiàn)有的血管組織工程反應(yīng)器存在較大的缺陷，Hsiai (2002)所研制的實際上是脈 動流實驗裝置而不是組織工程反應(yīng)器；Thompson研制的是脈動流式心瓣組織工程反應(yīng)器； 上述反應(yīng)器沒有做流體回路的脈搏波仿真優(yōu)化設(shè)計，沒有仔細考慮流動阻抗、順應(yīng)性、阻 力、流動慣性的模擬，導(dǎo)致現(xiàn)有的反應(yīng)器無法提供近似于動脈內(nèi)血液脈動流狀態(tài)的近生理 流動環(huán)境。圖3顯示了現(xiàn)有技術(shù)的一種脈動流環(huán)境動脈血管組織工程反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)，以及 利用該反應(yīng)器獲得的壓強波形(Thompson. C. Α.，Tissue Engineering, 8 (6)，2002)，該種反 應(yīng)器模擬的脈搏波與生理狀態(tài)下動脈血管脈搏波有較大的差別。本申請人提交的中國發(fā)明專利申請(CN101245314)公開了一種由儲液瓶，脈動 源，阻力調(diào)節(jié)器，順應(yīng)性調(diào)節(jié)器和血管組織動態(tài)培養(yǎng)腔構(gòu)成，由工控機控制的動脈血管組織 工程反應(yīng)器近生理脈動流血管組織工程生物反應(yīng)器，其中該反應(yīng)器的脈動源由脈動源由兩 端安裝有單向止逆閥的脈動腔、直線直流電機構(gòu)成，可以較好地模擬生理狀態(tài)下動脈血管 的血流動力學(xué)環(huán)境。該脈動源包括一個可變形的腔體，腔體的進、出口處設(shè)置有單向止逆閥 模擬瓣膜功能，利用電機驅(qū)動一個活塞來壓縮所述可變形腔體周圍的液體，從而壓縮腔體， 結(jié)合止逆閥的作用，形成液體的脈動和單向驅(qū)動。該反應(yīng)器不僅結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，并且對電機 的功率等參數(shù)要求較高，不適合用單個脈動源對多個培養(yǎng)回路提供脈動驅(qū)動。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種近生理脈動流環(huán)境動脈血管組織工程反應(yīng)器，利用該反應(yīng)器可以進行多種直徑和長度的組織工程動脈血管培養(yǎng)，也可以進行血管細胞、血管組織 生物學(xué)的研究，以及進行血液循環(huán)系統(tǒng)組織植入物、組織替代物的培養(yǎng)及性能評價，其特點 在于采用新的動脈血管組織工程反應(yīng)器設(shè)計方案和新的脈動發(fā)生器以液體驅(qū)動器驅(qū)動液 體在回路中流動，用由直線電機和脈動腔組成的脈動發(fā)生器產(chǎn)生脈動流，不需要瓣膜或模 擬瓣膜的單向止逆閥即可獲得單向脈動流，用順應(yīng)性調(diào)節(jié)器和阻力調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)液體流動回 路的順應(yīng)性和流動阻力，模擬動脈血液流動的順應(yīng)性和流動阻力；模擬不同動脈段的脈動 頻率、壓強和流量波形，模擬高血壓，高剪切應(yīng)力，低剪切應(yīng)力等血流動力學(xué)狀況。根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種近生理脈動流環(huán)境動脈血管組織工程反應(yīng) 器，其特征在于包括一個儲液器，一個液體驅(qū)動器，一個血管組織動態(tài)培養(yǎng)腔，其中所述儲液瓶、液體驅(qū)動器和血管組織動態(tài)培養(yǎng)腔 通過流體管路依次連接，從而形成一個流體循環(huán)回路，一個脈動發(fā)生器，其中，所述液體驅(qū)動器用于驅(qū)動液體培養(yǎng)基在所述流體循環(huán)回路中的循環(huán)流動，所述脈動發(fā)生器用于形成在所述流體循環(huán)回路中的循環(huán)流動的所述液體培養(yǎng)基 的脈動。根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種近生理脈動流環(huán)境動脈血管組織工程反應(yīng) 器，其特征在于包括血管組織動態(tài)培養(yǎng)腔，可以被其它的實驗段替代，所述的實驗段為能夠與反應(yīng)器 上下游管路連接的密閉的反應(yīng)單元如心臟瓣膜實驗腔、人工血管實驗腔等。所述的實驗段用于血液循環(huán)系統(tǒng)中組織植入物、組織替代物的培養(yǎng)及性能評價， 如心臟瓣膜、動脈的瓣膜、人工血管、組織工程血管支架等。根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供了一種近生理脈動流環(huán)境動脈血管組織工程反應(yīng) 器，其特征在于包括多條并行的流體循環(huán)回路，所述流體循環(huán)回路用于液體培養(yǎng)基的循環(huán)流動，其中 每一個所述流體循環(huán)回路均包括通過流體管路依次連接的一個儲液器、一個液體驅(qū)動器、 一個血管組織動態(tài)培養(yǎng)腔，一個脈動發(fā)生器，所述脈動發(fā)生器包括與所述多條并行的流體循環(huán)回路分別連通的多個脈動腔，所述脈動腔是一個體積 固定的密閉腔，所述密閉腔與其所在的所述流體循環(huán)回路的所述血管組織動態(tài)培養(yǎng)腔上游 的所述流體管路相連通，每個所述密閉腔內(nèi)有一個密閉活塞，一個單一的直線電機，連接各所述密閉活塞和所述直線電機的驅(qū)動軸的拉桿。
圖1顯示了人體動脈血管內(nèi)血液呈周期性脈動流狀態(tài)，血壓和血液流動速度呈周 期性脈搏波形態(tài)；
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圖2示意顯示了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的近生理脈動流環(huán)境動脈血管組織工 程反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)；圖3顯示了現(xiàn)有技術(shù)的一種脈動流環(huán)境動脈血管組織工程反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)，以及利 用該反應(yīng)器獲得的壓強波形。圖4顯示了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的實驗測得的流經(jīng)血管組織的壓力波形的 截屏，與生理狀態(tài)下人主動脈脈搏波的壓力波形近似；圖5示意顯示了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的血液循環(huán)脈動流發(fā)生器，用于評價心 臟瓣膜
具體實施例方式本發(fā)明針對動脈血管組織生長的體內(nèi)力學(xué)環(huán)境，提出了一種新穎、簡單、穩(wěn)定的動 脈血管組織工程反應(yīng)器設(shè)計方案，其中，以液體驅(qū)動器驅(qū)動液體在回路中流動，用由直線步 進電機和脈動腔組成的脈動發(fā)生器產(chǎn)生脈動流，用順應(yīng)性調(diào)節(jié)器和阻力調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)液體流 動回路的順應(yīng)性和流動阻力，模擬動脈血液流動的順應(yīng)性和流動阻力；模擬不同動脈段的 脈動頻率、壓強和流量波形，模擬高血壓，高剪切應(yīng)力，低剪切應(yīng)力等血流動力學(xué)狀況。另 外，本發(fā)明提供的血管組織工程反應(yīng)器，其液體驅(qū)動器可以同時為1-6路獨立的培養(yǎng)回路 提供液體驅(qū)動，脈動發(fā)生器可以同時為1-6路獨立的培養(yǎng)回路提供脈動，大大提高了反應(yīng) 器的使用效率。另外，本發(fā)明提供的血管組織工程生物反應(yīng)器不需要瓣膜或模擬瓣膜的單 向止逆閥即可提供單向的近生理脈動流。如圖2所示，根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的一種近生理脈動流環(huán)境動脈血管組織工 程反應(yīng)器能夠在流動回路上模擬動脈血液流動的順應(yīng)性、流動慣性和流動阻力等阻抗特 性，產(chǎn)生近生理脈動流，并能夠用于組織工程動脈血管的培養(yǎng)，該反應(yīng)器包括儲液瓶27、液 體驅(qū)動器21、順應(yīng)性調(diào)節(jié)器22、第一阻力調(diào)節(jié)器23，脈動發(fā)生器24和血管組織動態(tài)培養(yǎng)腔 25、第二阻力調(diào)節(jié)器26 ；儲液瓶27、液體驅(qū)動器21、順應(yīng)性調(diào)節(jié)器22、第一阻力調(diào)節(jié)器23， 脈動發(fā)生器24和血管組織動態(tài)培養(yǎng)腔25、第二阻力調(diào)節(jié)器26通過流體管路依次連接，從而 形成一個流體循環(huán)回路。根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，該反應(yīng)器可由一個工控機(未顯示) 控制。在根據(jù)如圖2所示的本發(fā)明實施例的近生理脈動流環(huán)境動脈血管組織工程反應(yīng) 器中a.培養(yǎng)基從儲液瓶27出發(fā)，經(jīng)過液體驅(qū)動器21、順應(yīng)性調(diào)節(jié)器22、第一阻力調(diào)節(jié) 器23后進入脈動發(fā)生器24，產(chǎn)生脈動后流入血管組織動態(tài)培養(yǎng)腔25中的血管組織培養(yǎng)物 (28)，流出血管組織動態(tài)培養(yǎng)腔25后經(jīng)第二阻力調(diào)節(jié)器26，回到儲液瓶21，從而完成了一 個血管內(nèi)循環(huán)；該流路構(gòu)成可以使流經(jīng)血管組織培養(yǎng)物28的培養(yǎng)基具有近生理脈動流的 特性；b.儲液瓶27經(jīng)由無菌空氣交換器(未顯示)與瓶外空氣相通；儲液瓶27可以與 PH計(未顯示)相連接，可以在線檢測瓶中液體的pH值；儲液瓶27有換液裝置(未顯示)， 便于更換培養(yǎng)基；c.培養(yǎng)基由液體驅(qū)動器21驅(qū)動在管路中流動，液體驅(qū)動器21可包括蠕動泵、往復(fù) 泵等能夠使液體產(chǎn)生流動的設(shè)備；
d.培養(yǎng)基經(jīng)過脈動發(fā)生器24成為脈動流狀態(tài)；脈動發(fā)生器24包括脈動腔241、拉 桿242、直線步進電機243 ；脈動腔241為體積固定的密閉腔，密閉腔內(nèi)的一個密閉活塞244 與直線電機243的驅(qū)動軸通過一個拉桿242相連，密閉腔241與所述血管組織動態(tài)培養(yǎng)腔 25上游的所述流體管路相連通；e.在流動回路的上游，在液體驅(qū)動器21和脈動發(fā)生器24之間設(shè)有一個順應(yīng)性調(diào) 節(jié)器22，用于調(diào)節(jié)流體在管路中的流動慣性；f.在流動回路的上游，在順應(yīng)性調(diào)節(jié)器22和脈動發(fā)生器24之間有一個第一阻力 調(diào)節(jié)器23，用于調(diào)節(jié)回路中的流動阻力；g.血管組織動態(tài)培養(yǎng)腔25為兩端有接頭的密閉腔，密閉腔兩端的接頭連接上下 游反應(yīng)器管路和血管組織培養(yǎng)物28 ；h.在流動回路的下游，在血管組織動態(tài)培養(yǎng)腔25和儲液瓶27之間有一個第二阻 力調(diào)節(jié)器26，用于調(diào)節(jié)回路中的流動阻力；通過脈動發(fā)生器24、順應(yīng)性調(diào)節(jié)器22和第一和第二阻力調(diào)節(jié)器23、26，可以在一 定范圍內(nèi)調(diào)整脈搏波波形、壓強和流量范圍、及搏動頻率，對培養(yǎng)的血管模擬不同動脈段的 脈動頻率、壓強和流量波形，模擬高血壓，高剪切應(yīng)力，低剪切應(yīng)力等血流動力學(xué)狀況。如圖5所示，根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的一種血液循環(huán)中的脈動流發(fā)生器能夠在 流動回路上模擬血液循環(huán)中的脈動流，并能夠用于血液循環(huán)系統(tǒng)中的組織植入物、組織替 代物的培養(yǎng)及性能評價(如心臟瓣膜、動脈的瓣膜、人工血管、組織工程血管支架等)，該反 應(yīng)器包括儲液瓶57、液體驅(qū)動器51、順應(yīng)性調(diào)節(jié)器52、第一阻力調(diào)節(jié)器53，脈動發(fā)生器54 和血管組織動態(tài)培養(yǎng)腔55、第二阻力調(diào)節(jié)器56 ；儲液瓶57、液體驅(qū)動器51、順應(yīng)性調(diào)節(jié)器 52、第一阻力調(diào)節(jié)器53，脈動發(fā)生器54和實驗段55、第二阻力調(diào)節(jié)器56通過流體管路依次 連接，從而形成一個流體循環(huán)回路。根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，該反應(yīng)器可由一個工控機 (未顯示)控制。所述的實驗段為能夠與反應(yīng)器上下游管路連接的密閉的反應(yīng)單元如心臟瓣膜實 驗腔、人工血管實驗腔等，用于血液循環(huán)系統(tǒng)中的組織植入物、組織替代物的培養(yǎng)及性能評 價(如心臟瓣膜、動脈的瓣膜、人工血管、組織工程血管支架等)。本發(fā)明的近生理脈動流環(huán)境動脈血管組織工程反應(yīng)器可用于組織工程動脈血管 的培養(yǎng)；該動脈血管的管材包括-經(jīng)過脫細胞處理的動物血管，-由膠原、蠶絲纖維、羊毛纖維等天然材料構(gòu)成的管材-由PLGA、PLA、PLG、海藻酸鈉、聚四氟乙烯等高聚物構(gòu)成的管材，上述動脈血管的直徑在2-10mm之間，長度在4-30cm之間；血管管材上的細胞包括 血管內(nèi)皮細胞、血管平滑肌細胞和外膜成纖維細胞。儲液瓶材質(zhì)可以為玻璃、不銹鋼、塑料、聚碳酸酯等；儲液瓶的容量在0.2L-2L之 間；儲液瓶經(jīng)由無菌空氣交換器與瓶外空氣相通；儲液瓶與PH計(未顯示)相連接，可以在 線檢測瓶中液體的PH值；儲液瓶有換液裝置，便于換液。脈動發(fā)生器由脈動腔、直線步進電機構(gòu)成；脈動腔為體積固定的密閉腔，密閉腔的 一端通過密閉活塞與直線直流電機的拉桿相連，密閉腔的另一端與上下游的反應(yīng)器管路相 連。其中直線步進電機的往復(fù)運動帶動脈動腔一端的密閉活塞往復(fù)運動，模擬心臟射血入主動脈的過程，不需要瓣膜或模擬瓣膜的單向止逆閥即可提供單向的脈動流；在一定范圍 內(nèi)可以調(diào)節(jié)脈動流的脈動頻率、流量和壓強，其中脈動頻率控制在0-200次/分鐘，流量范 圍控制在O-IOOOml/分鐘，壓強控制在0-250mmHg。血管組織動態(tài)培養(yǎng)腔為密閉腔，用于培養(yǎng)血管組織；密閉腔兩端有接頭連接反應(yīng) 器管路和血管組織培養(yǎng)物，培養(yǎng)基在血管組織培養(yǎng)物內(nèi)脈動流動，為培養(yǎng)的細胞提供營養(yǎng) 物質(zhì)并提供近生理狀態(tài)的壓強和剪切應(yīng)力；血管組織動態(tài)培養(yǎng)腔的材質(zhì)可以為玻璃、不銹 鋼、塑料、或聚碳酸酯，容量在0-200ml之間，長度在5-50cm之間；密閉腔兩端連接血管組織 培養(yǎng)物的接頭直徑在2-15mm之間，接頭間距在5-50cm之間，材質(zhì)可以為不銹鋼、塑料、或聚 碳酸酯。整個血管組織動態(tài)培養(yǎng)腔可拆卸、可高溫消毒。反應(yīng)器用于模擬近似于生理脈動流的整體波形、二次波、幅度和時相，和/或模擬 類似于高血壓的高管內(nèi)壓強、高剪切應(yīng)力等血流動力學(xué)環(huán)境。阻力調(diào)節(jié)器23、26可以調(diào)節(jié) 血管組織動態(tài)培養(yǎng)腔的培養(yǎng)液灌注壓強和培養(yǎng)液灌注壓強波形、波幅；順應(yīng)性調(diào)節(jié)器22可 以調(diào)節(jié)組織動態(tài)培養(yǎng)腔的流動慣性；通過阻力調(diào)節(jié)器23、26和順應(yīng)性調(diào)節(jié)器22的共同調(diào) 節(jié)，可獲得近似于生理脈動流的整體波形、二次波、幅度和時相，獲得類似于高血壓的高管 內(nèi)壓強、高剪切應(yīng)力等血流動力學(xué)環(huán)境，和/或模擬動脈血管在低剪切應(yīng)力時的血流動力 學(xué)狀況?？赏ㄟ^把根據(jù)本發(fā)明的近生理脈動流環(huán)境動脈血管組織工程反應(yīng)器的整個循環(huán) 管路放入動物細胞培養(yǎng)箱，而在所述整個循環(huán)管路上維持37°C，5-15% C02，95%相對濕度 的培養(yǎng)條件。根據(jù)本發(fā)明的整個反應(yīng)器系統(tǒng)具有安裝、拆卸方便的優(yōu)點；包括循環(huán)通道管路和 接頭的整個反應(yīng)器可拆卸、可消毒，消毒條件為諸如130°C，3個大氣壓，時間1小時。根據(jù)本發(fā)明的一個進一步的實施例的近生理脈動流環(huán)境動脈血管組織工程反應(yīng) 器包括多條并行的流體循環(huán)回路，其中每一個所述流體循環(huán)回路均包括通過流體管路依 次連接的一個儲液器27、一個液體驅(qū)動器21、一個血管組織動態(tài)培養(yǎng)腔25，一個脈動發(fā)生器24，所述脈動發(fā)生器包括與所述多條并行的流體循環(huán)回路分別連通和對應(yīng)的多個脈動腔241，所述脈動腔 241是一個體積固定的密閉腔，并與其所在的所述流體循環(huán)回路的所述血管組織動態(tài)培養(yǎng) 腔25上游的所述流體管路相連通，每個所述密閉腔內(nèi)有一個密閉活塞244，一個單一的直線電機243，拉桿242，該拉桿242連接各所述密閉活塞244和所述直線電機243的驅(qū)動軸。根據(jù)本發(fā)明的近生理脈動流環(huán)境動脈血管組織工程反應(yīng)器，與現(xiàn)有反應(yīng)器相比， 有如下有益效果1.本發(fā)明所提供的近生理脈動流環(huán)境動脈血管組織工程反應(yīng)器克服了常用的動 脈血管組織工程反應(yīng)器無法模擬動脈血管血液流動的順應(yīng)性、流動慣性和流動阻力等阻抗 特性，無法提供近似于動脈內(nèi)血液脈動流環(huán)境的缺點，能夠在流動回路上模擬動脈血液流 動的順應(yīng)性、流動慣性和流動阻力等阻抗特性，能夠在流動回路上模擬不同動脈段血流的 壓強和流量脈搏波，產(chǎn)生近生理脈動流；能夠模擬高血壓，高剪切應(yīng)力，低剪切應(yīng)力等血流 動力學(xué)狀況；
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2.本發(fā)明所提供的近生理脈動流環(huán)境動脈血管組織工程反應(yīng)器，采用了新的流路 設(shè)計方案和新的脈動發(fā)生器，以液體驅(qū)動器驅(qū)動液體在回路中流動，用由直線步進電機和 脈動腔組成的脈動發(fā)生器產(chǎn)生脈動流，不需要瓣膜或模擬瓣膜的單向止逆閥即可提供單向 的脈動流；用順應(yīng)性調(diào)節(jié)器和阻力調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)液體流動回路的順應(yīng)性和流動阻力，模擬動 脈血液流動的順應(yīng)性和流動阻力，使設(shè)備更加簡單，性能更加穩(wěn)定；3.本發(fā)明所提供的近生理脈動流環(huán)境動脈血管組織工程反應(yīng)器，一個液體驅(qū)動器 可以同時為1-6路獨立的培養(yǎng)回路提供液體驅(qū)動，且一個脈動發(fā)生器可以同時為1-6路獨 立的培養(yǎng)回路提供脈動，大大提高了反應(yīng)器的使用效率；4.本發(fā)明所提供的近生理脈動流環(huán)境動脈血管組織工程反應(yīng)器既可用于培養(yǎng)動 脈血管組織，也可用作血液循環(huán)系統(tǒng)中的組織植入物、組織替代物的培養(yǎng)及性能評價(如 心臟瓣膜、動脈的瓣膜、人工血管、組織工程血管支架等)，具有較大的推廣應(yīng)用前景和較大 的潛在社會經(jīng)濟效益。下文提供了實施例進一步說明本發(fā)明，但本發(fā)明不僅限于以下實施例。實施例1.1.按照圖2連接反應(yīng)器部件，包括儲液瓶27、液體驅(qū)動器21、順應(yīng)性調(diào)節(jié)器22、第 一阻力調(diào)節(jié)器23、脈動發(fā)生器24、血管組織動態(tài)培養(yǎng)腔25、第二阻力調(diào)節(jié)器26 ；2.消毒反應(yīng)器，消毒條件為130°C，3個大氣壓，時間1小時；3.在血管組織動態(tài)培養(yǎng)腔25內(nèi)安裝組織工程血管培養(yǎng)物；4.按照培養(yǎng)要求配制培養(yǎng)基，將無菌培養(yǎng)基注入儲液瓶；5.設(shè)定液體驅(qū)動器的流速，設(shè)定直線步進電機運動頻率為70次/分鐘，電機增益 1-5%之間，設(shè)定初始位置；啟動液體驅(qū)動器和直線步進電機，開始灌注培養(yǎng)；6.調(diào)節(jié)阻力調(diào)節(jié)器23、26和順應(yīng)性調(diào)節(jié)器22，控制流經(jīng)血管組織動態(tài)培養(yǎng)腔的培 養(yǎng)基壓強、流量波形其中進口壓強在80-150mmHg之間，出口壓強在60-120mmHg之間；流 量在 0-1. 6ml/s ；實施例2.1.按照圖2連接反應(yīng)器部件，包括儲液瓶27、液體驅(qū)動器21、順應(yīng)性調(diào)節(jié)器22、第 一阻力調(diào)節(jié)器23、脈動發(fā)生器24、血管組織動態(tài)培養(yǎng)腔25、第二阻力調(diào)節(jié)器26 ；2.消毒反應(yīng)器，消毒條件為130°C，3個大氣壓，時間1小時；3.在血管組織動態(tài)培養(yǎng)腔安裝組織工程血管培養(yǎng)物；4.按照培養(yǎng)要求配制培養(yǎng)基，將無菌培養(yǎng)基注入儲液瓶；5.設(shè)定液體驅(qū)動器21的流速，設(shè)定直線步進電機運動頻率為70次/分鐘，電機增 益1-5%之間，設(shè)定初始位置；啟動液體驅(qū)動器和直線步進電機，開始灌注培養(yǎng)；6.調(diào)節(jié)阻力調(diào)節(jié)器23、26和順應(yīng)性調(diào)節(jié)器，控制流經(jīng)血管組織動態(tài)培養(yǎng)腔25的壓 強、流量波形其中進口壓強在IlO-HOmmHg之間，出口壓強在85-110mmHg之間。圖4顯示了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的實驗測得的流經(jīng)血管組織的壓力波形的 截屏，其與生理狀態(tài)下人主動脈脈搏波的壓力波形近似。實施例3.1.按照圖5連接反應(yīng)器部件，包括儲液瓶57、液體驅(qū)動器51、順應(yīng)性調(diào)節(jié)器52、第 一阻力調(diào)節(jié)器53、脈動發(fā)生器54、心臟瓣膜實驗腔55、第二阻力調(diào)節(jié)器56 ；
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2.在心臟瓣膜實驗腔安裝待測試的心臟瓣膜58 ；3.將緩沖液注入儲液瓶；4.設(shè)定液體驅(qū)動器21的流速，設(shè)定直線步進電機運動頻率為70次/分鐘，電機增 益1-5%之間，設(shè)定初始位置；啟動液體驅(qū)動器和直線步進電機，開始灌注測試；5.調(diào)節(jié)阻力調(diào)節(jié)器53、56和順應(yīng)性調(diào)節(jié)器，控制流經(jīng)心臟瓣膜實驗腔55的壓強、 流量波形其中進口壓強在IlO-HOmmHg之間，出口壓強在85-110mmHg之間。應(yīng)當(dāng)理解的是，在以上敘述和說明中對本發(fā)明所進行的描述只是說明而非限定性 的，且在不脫離如所附權(quán)利要求書所限定的本發(fā)明的前提下，可以對上述實施例進行各種 改變、變形、和/或修正。
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權(quán)利要求
一種近生理脈動流環(huán)境動脈血管組織工程反應(yīng)器，其特征在于包括一個儲液器(27)，一個液體驅(qū)動器(21)，一個血管組織動態(tài)培養(yǎng)腔(25)，其中所述儲液瓶(27)、液體驅(qū)動器(21)和血管組織動態(tài)培養(yǎng)腔(25)通過流體管路依次連接，從而形成一個流體循環(huán)回路，一個脈動發(fā)生器(24)，其中，所述液體驅(qū)動器(21)用于驅(qū)動液體培養(yǎng)基在所述流體循環(huán)回路中的循環(huán)流動，所述脈動發(fā)生器(24)用于形成在所述流體循環(huán)回路中的循環(huán)流動的所述液體培養(yǎng)基的脈動。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的近生理脈動流環(huán)境動脈血管組織工程反應(yīng)器，其特征在于所 述脈動發(fā)生器(24)進一步包括一個脈動腔(241)，所述脈動腔(241)是一個體積固定的密閉腔， 所述脈動腔內(nèi)的一個密閉活塞(244)， 一個直線步進電機(243)，一個拉桿(242)，該拉桿把所述密閉活塞(244)與所述直線步進電機(243)的驅(qū)動軸相連，其中所述密閉腔與所述血管組織動態(tài)培養(yǎng)腔(25)上游的所述流體管路相連通。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的近生理脈動流環(huán)境動脈血管組織工程反應(yīng)器，其特征在于進 一步包括設(shè)置在所述液體驅(qū)動器與所述脈動發(fā)生器之間的所述流體循環(huán)回路上的一個順應(yīng)性 調(diào)節(jié)器(22)，設(shè)置在所述液體驅(qū)動器與所述脈動發(fā)生器之間的所述流體循環(huán)回路上的一個第一阻 力調(diào)節(jié)器(23)，設(shè)置在所述血管組織動態(tài)培養(yǎng)腔(25)與所述儲液器(27)之間的所述流體循環(huán)回路上 的一個第二阻力調(diào)節(jié)器(26)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的近生理脈動流環(huán)境動脈血管組織工程反應(yīng)器，其特征在于 所述反應(yīng)器由一個工控機控制。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的近生理脈動流環(huán)境動脈血管組織工程反應(yīng)器，其特征在于 所述血管組織動態(tài)培養(yǎng)腔(25)包括一個密閉腔，該密閉腔的兩端有用于連接所述流體管路和待培養(yǎng)的血管組織培養(yǎng)物的接頭，從而使所述液體培養(yǎng)基在所述待培養(yǎng)血管組織 培養(yǎng)物內(nèi)脈動流動；所述的血管組織動態(tài)培養(yǎng)腔，可以被其它的實驗段替代，所述的實驗段為能夠與反應(yīng) 器上下游管路連接的密閉的反應(yīng)單元如心臟瓣膜實驗腔、人工血管實驗腔等；所述的實驗 段用于血液循環(huán)系統(tǒng)中組織植入物、組織替代物的培養(yǎng)及性能評價，如心臟瓣膜、動脈的瓣 膜、人工血管、組織工程血管支架等。
6.一種近生理脈動流環(huán)境動脈血管組織工程反應(yīng)器，其特征在于包括多條并行的流體循環(huán)回路，所述流體循環(huán)回路用于液體培養(yǎng)基的循環(huán)流動，其中每一 個所述流體循環(huán)回路均包括通過流體管路依次連接的一個儲液器(27)、一個液體驅(qū)動器(21)、一個血管組織動態(tài)培養(yǎng)腔(25)，一個脈動發(fā)生器(24)，所述脈動發(fā)生器包括與所述多條并行的流體循環(huán)回路分別連通的多個脈動腔(241)，所述脈動腔(241)是 一個體積固定的密閉腔，所述脈動腔與其所在的所述流體循環(huán)回路的所述血管組織動態(tài)培 養(yǎng)腔(25)上游的所述流體管路相連通，每個所述密閉腔內(nèi)有一個密閉活塞(244)， 一個單一的直線電機(243)，連接各所述密閉活塞(244)和所述直線電機(243)的驅(qū)動軸的拉桿(242)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的近生理脈動流環(huán)境動脈血管組織工程反應(yīng)器，其特征在于每 個所述流體循環(huán)回路進一步包括設(shè)置在所述液體驅(qū)動器與所述脈動發(fā)生器之間的所述流體循環(huán)回路上的一個順應(yīng)性 調(diào)節(jié)器(22)，設(shè)置在所述液體驅(qū)動器與所述脈動發(fā)生器之間的所述流體循環(huán)回路上的一個第一阻 力調(diào)節(jié)器(23)，設(shè)置在所述血管組織動態(tài)培養(yǎng)腔(25)與所述儲液器(27)之間的所述流體循環(huán)回路上 的一個第二阻力調(diào)節(jié)器(26)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的近生理脈動流環(huán)境動脈血管組織工程反應(yīng)器，其特征在于 所述反應(yīng)器由一個工控機控制。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的近生理脈動流環(huán)境動脈血管組織工程反應(yīng)器，其特征在于 每個所述血管組織動態(tài)培養(yǎng)腔(25)包括一個密閉腔，該密閉腔的兩端有用于連接所述流體管路和待培養(yǎng)的血管組織培養(yǎng)物的接頭，從而使所述液體培養(yǎng)基在所述待培養(yǎng)血管 組織培養(yǎng)物內(nèi)脈動流動。
全文摘要
一種近生理脈動流環(huán)境動脈血管組織工程反應(yīng)器，包括儲液器27，液體驅(qū)動器21，血管組織動態(tài)培養(yǎng)腔25，其中儲液瓶27、液體驅(qū)動器21和血管組織動態(tài)培養(yǎng)腔25通過流體管路依次連接成流體循環(huán)回路，脈動發(fā)生器24，其中液體驅(qū)動器21驅(qū)動液體培養(yǎng)基的循環(huán)流動，脈動發(fā)生器24形成循環(huán)流動的所述液體培養(yǎng)基的脈動。脈動發(fā)生器24包括脈動腔241，它是體積固定的密閉腔；脈動腔內(nèi)的密閉活塞244；直線步進電機243；拉桿242，該拉桿把密閉活塞244與直線步進電機243的驅(qū)動軸相連，其中密閉腔與培養(yǎng)腔25上游的流體管路相連通。
文檔編號C12M3/00GK101974423SQ20101025854
公開日2011年2月16日 申請日期2010年8月20日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月20日
發(fā)明者李晉川, 樊瑜波, 貢向輝, 鄒遠文, 黃學(xué)晉 申請人:北京航空航天大學(xué);四川大學(xué)