《组织工程关节软骨体外构建方法与装置.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《组织工程关节软骨体外构建方法与装置.pdf（10页珍藏版）》请在专利查询网上搜索。
1、(10)申请公布号 CN 103525701 A (43)申请公布日 2014.01.22 CN 103525701 A (21)申请号 201310417962.2 (22)申请日 2013.09.13 C12M 3/00(2006.01) C12N 5/077(2010.01) (71)申请人 杭州电子科技大学 地址 310018 浙江省杭州市下沙高教园区 2 号大街 (72)发明人 李宏 (74)专利代理机构 杭州求是专利事务所有限公 司 33200 代理人 杜军 (54) 发明名称 组织工程关节软骨体外构建方法与装置 (57) 摘要 本发明涉及一种组织工程关节软骨体外构建 方法与装置。。
2、本发明中的装置包括摆动机构、 位 置调整机构、 关节软骨培养机构和定位联接机构。 摆动机构包括指示针、 砝码托盘、 稳定杆、 摆动臂、 接近开关、 第六固定螺钉、 左转轴和右转轴。位置 调整机构包括精密调整装置、 左调整手轮、 左支撑 板、 左压板、 第一固定螺钉、 左滑动板、 轴端盖、 右 支撑板、 控制电机、 连接键、 左转轴、 右转轴、 支撑 底座、 第九固定螺钉、 调节杆、 右压板、 第十二固定 螺钉、 右滑动板、 右调整手轮、 右轴连接套和左轴 连接套。本发明模拟了一个体内关节软骨的运动 力学环境， 能提供一种施加不同频率和大小的压 应力、 摩擦力， 动态构建人体关节软骨的方法和装 。
3、置。 (51)Int.Cl. 权利要求书 2 页 说明书 4 页 附图 3 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书2页 说明书4页 附图3页 (10)申请公布号 CN 103525701 A CN 103525701 A 1/2 页 2 1. 组织工程关节软骨体外构建装置， 包括摆动机构、 位置调整机构、 关节软骨培养机 构和定位联接机构， 其特征在于 ： 摆动机构包括指示针、 砝码托盘、 稳定杆、 摆动臂、 接近开关、 第六固定螺钉、 左转轴和 右转轴 ； 指示针置于摆动臂的底部， 在摆动时能够通过接近开关记录摆动的数量， 砝码托盘置 于摆动臂的下方， 通。
4、过第六固定螺钉固定， 可以存放不同重量的砝码， 稳定杆位于砝码托盘 的中部， 起到稳定砝码的作用， 摆动臂在左转轴与右转轴驱动下进行往复摆动 ； 位置调整机构包括精密调整装置、 左调整手轮、 左支撑板、 左压板、 第一固定螺钉、 左滑 动板、 轴端盖、 右支撑板、 控制电机、 连接键、 左转轴、 右转轴、 支撑底座、 第九固定螺钉、 调节 杆、 右压板、 第十二固定螺钉、 右滑动板、 右调整手轮、 右轴连接套和左轴连接套 ； 精密调整装置固定在支撑底座上并与调节杆通过四个第九固定螺钉连接， 起到调节关 节软骨培养机构上下位置的作用， 左转轴与右转轴同轴， 轴端盖位于左转轴末端， 起到防止 左转。
5、轴轴向串动的作用， 左滑动板位于左支撑板中， 通过两个左压板定位， 并由九个第一固 定螺钉固定， 左调整手轮位于左支撑板的下方， 起到调节左滑动板上下运动的作用， 从而调 节左转轴的位置 ； 右滑动板位于右支撑板中， 通过两个右压板定位， 并由九个第十二固定螺 钉固定， 右调整手轮位于右支撑板的下方， 起到调节右滑动板上下运动的作用， 从而调节右 转轴的位置 ； 右转轴通过左轴连接套和右轴连接套与控制电机相连， 左轴连接套和右轴连 接套通过连接键固定 ； 关节软骨培养机构包括第二固定螺钉、 培养室压框、 培养室密封膜、 培养液出口、 培养 室压板、 第七固定螺钉、 左转轴、 右转轴、 培养室上。
6、轴心、 培养室下轴心、 支撑膜、 支撑底座、 培养液入口和关节软骨培养室 ； 关节软骨培养室位于支撑底座上， 关节软骨培养室底部装有支撑膜， 通过培养室压板 由八个第七固定螺钉固定， 支撑膜上放置培养室下轴心和培养室上轴心， 培养室上轴心分 别与左转轴与右转轴连接， 关节软骨培养室上部装有在培养室密封膜， 并由培养室压框通 过第二固定螺钉固定， 关节软骨培养室两侧开有培养液出口和培养液入口 ； 定位联接机构包括第三固定螺钉、 第四固定螺钉、 主支撑杆、 第五固定螺钉、 第一固定 支撑架、 接近开关、 底板、 支撑底座、 第八固定螺钉、 第十固定螺钉、 第二固定支撑架、 第十一 固定螺杆、 接近。
7、开关支持架、 电机支撑架 ； 主支撑杆分别由第一固定支撑架和第二固定支撑架通过六个第五固定螺钉和六个第 十固定螺钉与底板固定， 控制电机通过四个第三固定螺钉与电机支撑架固定， 由四个第四 固定螺钉将电机支撑架固定在主支撑杆上， 四个第十一固定螺杆将支撑底座固定在主支撑 杆上， 两个第八固定螺钉将接近开关支持架固定在底板上， 接近开关支持架上装有接近开 关。 2. 利用上述装置进行组织工程关节软骨体外构建方法， 其特征在于方法具体包括以下 步骤 ： 步骤 1、 将种子细胞与生物可降解材料复合物在无菌环境下置于关节软骨培养室上轴 心和培养室下轴心间形成的关节软骨型的腔中， 并用支撑膜将其封闭 ； 。
8、步骤 2、 通过旋转位置调整机构的左调整手轮、 右调整手轮对关节软骨的位置进行调 整， 并旋转精密调整装置进行细微调整， 将其固定在培养室中的合适位置， 用培养室密封膜 权 利 要 求 书 CN 103525701 A 2 2/2 页 3 和培养室压框密封 ； 将培养液进口、 培养液出口与培养液管路相联通， 开启蠕动泵注入培养 液 ； 步骤 3、 设置控制电机和关节软骨培养机构相关参数的初始值， 开启控制电机按钮进行 动态培养， 同时对关节软骨培养机构的参数进行微调。 权 利 要 求 书 CN 103525701 A 3 1/4 页 4 组织工程关节软骨体外构建方法与装置 技术领域 0001 。
9、本发明属于生物医学工程领域， 涉及一种组织工程关节软骨体外培养的方法和装 置。 背景技术 0002 采用组织工程的方法将软骨细胞与生物可降解材料复合构建组织工程关节软骨 时， 导致体外构建的关节软骨形态与正常的关节软骨形态相差甚远， 关节软骨组织容易形 成中空等缺陷， 其力学性能与正常的关节软骨相比相差甚远， 无法达到临床移植的要求。 目 前培养关节软骨的方法主要是手工塑型， 体外静态培养， 但这种方法只能构建关节的轮廓 模型， 无法实现结构和功能正常的关节软骨构建。 发明内容 0003 本发明的目的是模拟一个体内关节软骨的运动力学环境， 能提供一种施加不同频 率和大小的压应力、 摩擦力， 动。
10、态构建人体关节软骨的方法和装置。 本装置可以对关节软骨 培养的压应力和摩擦力的频率、 大小和灌注流动的流量和频率进行调节， 在最佳的参数下 进行培养， 并对软骨力学性能进行测试， 该装置可任意组合， 同时培养多个人体关节软骨。 由于是全密封的培养， 避免了关节软骨细胞培养时易受污染的情况。 0004 本发明中的装置包括摆动机构、 位置调整机构、 关节软骨培养机构和定位联接机 构。 0005 摆动机构包括指示针、 砝码托盘、 稳定杆、 摆动臂、 接近开关、 第六固定螺钉、 左转 轴和右转轴。 0006 指示针置于摆动臂的底部， 在摆动时能够通过接近开关记录摆动的数量， 砝码托 盘置于摆动臂的下方。
11、， 通过第六固定螺钉固定， 可以存放不同重量的砝码， 稳定杆位于砝码 托盘的中部， 起到稳定砝码的作用， 摆动臂在左转轴与右转轴驱动下进行往复摆动。 0007 位置调整机构包括精密调整装置、 左调整手轮、 左支撑板、 左压板、 第一固定螺钉、 左滑动板、 轴端盖、 右支撑板、 控制电机、 连接键、 左转轴、 右转轴、 支撑底座、 第九固定螺钉、 调节杆、 右压板、 第十二固定螺钉、 右滑动板、 右调整手轮、 右轴连接套和左轴连接套。 0008 精密调整装置固定在支撑底座上并与调节杆通过四个第九固定螺钉连接， 起到调 节关节软骨培养机构上下位置的作用， 左转轴与右转轴同轴， 轴端盖位于左转轴末端。
12、， 起到 防止左转轴轴向串动的作用， 左滑动板位于左支撑板中， 通过两个左压板定位， 并由九个第 一固定螺钉固定， 左调整手轮位于左支撑板的下方， 起到调节左滑动板上下运动的作用， 从 而调节左转轴的位置 ； 右滑动板位于右支撑板中， 通过两个右压板定位， 并由九个第十二固 定螺钉固定， 右调整手轮位于右支撑板的下方， 起到调节右滑动板上下运动的作用， 从而调 节右转轴的位置 ； 右转轴通过左轴连接套和右轴连接套与控制电机相连， 左轴连接套和右 轴连接套通过连接键固定。 0009 关节软骨培养机构包括第二固定螺钉、 培养室压框、 培养室密封膜、 培养液出口、 说 明 书 CN 10352570。
13、1 A 4 2/4 页 5 培养室压板、 第七固定螺钉、 左转轴、 右转轴、 培养室上轴心、 培养室下轴心、 支撑膜、 支撑底 座、 培养液入口和关节软骨培养室。 0010 关节软骨培养室位于支撑底座上， 关节软骨培养室底部装有支撑膜， 通过培养室 压板由八个第七固定螺钉固定， 支撑膜上放置培养室下轴心和培养室上轴心， 培养室上轴 心分别与左转轴与右转轴连接， 关节软骨培养室上部装有在培养室密封膜， 并由培养室压 框通过第二固定螺钉固定， 关节软骨培养室两侧开有培养液出口和培养液入口。 0011 定位联接机构包括第三固定螺钉、 第四固定螺钉、 主支撑杆、 第五固定螺钉、 第一 固定支撑架、 接。
14、近开关、 底板、 支撑底座、 第八固定螺钉、 第十固定螺钉、 第二固定支撑架、 第 十一固定螺杆、 接近开关支持架、 电机支撑架。 0012 主支撑杆分别由第一固定支撑架和第二固定支撑架通过六个第五固定螺钉和六 个第十固定螺钉与底板固定， 控制电机通过四个第三固定螺钉与电机支撑架固定， 由四个 第四固定螺钉将电机支撑架固定在主支撑杆上， 四个第十一固定螺杆将支撑底座固定在主 支撑杆上， 两个第八固定螺钉将接近开关支持架固定在底板上， 接近开关支持架上装有接 近开关。 0013 利用上述装置进行组织工程关节软骨体外构建方法， 具体如下 ： 步骤 1、 将种子细胞与生物可降解材料复合物在无菌环境下。
15、置于关节软骨培养室上轴 心和培养室下轴心间形成的关节软骨型的腔中， 并用支撑膜将其封闭。 0014 步骤 2、 通过旋转位置调整机构的左调整手轮、 右调整手轮对关节软骨的位置进行 调整， 并旋转精密调整装置进行细微调整， 将其固定在培养室中的合适位置， 用培养室密封 膜和培养室压框密封 ； 将培养液进口、 培养液出口与培养液管路相联通， 开启蠕动泵注入培 养液。 0015 步骤 3、 设置控制电机和关节软骨培养机构相关参数的初始值， 开启控制电机按钮 进行动态培养， 同时对关节软骨培养机构的参数进行微调。 0016 本发明与现有技术相比， 具有的有益效果是 ： 模拟了一个体内关节软骨的运动力 。
16、学环境， 能提供一种施加不同频率和大小的压应力、 摩擦力， 动态构建人体关节软骨的方法 和装置， 关节软骨生物反应器能够由单台组合成多台进行规模化的培养与构建， 完全改变 了以往手工操作和静态培养的模式。 。 附图说明 0017 图 1 是本发明的结构示意图。 0018 图 2 是关节软骨生物反应器俯视图。 0019 图 3 是关节软骨生物反应器仰视图。 0020 图 4 是关节软骨生物反应器侧视图。 具体实施方式 0021 以下结合附图对本发明作进一步说明。 0022 如图 1、 图 2、 图 3 和图 4 所示， 一种模拟关节软骨运动力学环境动态培养组织工程 关节软骨的生物反应器包括摆动机。
17、构、 位置调整机构、 关节软骨培养机构、 定位联接机构 4 部分组成。 说 明 书 CN 103525701 A 5 3/4 页 6 0023 对于单摆机构包括 ： 指示针1 ； 砝码托盘2 ； 稳定杆3 ； 摆动臂4 ； 接近开关24 ； 第六 固定螺钉 26 ； 左转轴 27 ； 右转轴 30。 0024 指示针 1 置于摆动臂 4 的底部， 在摆动时能够通过接近开关 24 记录摆动的数量， 砝码托盘 2 置于摆动臂 4 的下方， 通过第六固定螺钉 26 固定， 可以存放不同重量的砝码， 稳 定杆 3 位于砝码托盘 2 的中部， 起到稳定砝码的作用， 摆动臂 4 在左转轴 27 与右转轴 。
18、30 驱 动下进行往复的摆动。 0025 位置调整机构包括 ： 精密调整装置5 ； 左调整手轮6 ； 左支撑板7 ； 左压板8 ； 第一固 定螺钉 9 ； 左滑动板 10 ； 轴端盖 11 ； 右支撑板 15 ； 控制电机 16 ； 连接键 17 ； 左转轴 27 ； 右转 轴30 ； 支撑底座36 ； 第九固定螺钉38 ； 调节杆39 ； 右压板43 ； 第十二固定螺钉44 ； 右滑动板 45 ； 右调整手轮 47 ； 右轴连接套 31 ； 左轴连接套 32。 0026 精密调整装置 5 固定在支撑底座 36 上并与调节杆 39 通过 4 个第九固定螺钉 38 连接， 起到调节关节软骨培养机。
19、构上下位置的作用， 左转轴 27 与右转轴 30 同轴， 轴端盖 11 位于左转轴 27 末端， 起到防止左转轴 27 轴向串动的作用， 左滑动板 10 位于左支撑板 7 中， 通过两个左压板 8 定位， 并由 9 个第一固定螺钉 9 固定， 左调整手轮 6 位于左支撑板 7 的下 方， 起到调节左滑动板 10 上下运动的作用， 从而调节左转轴 27 的位置 ； 右滑动板 45 位于 右支撑板15中， 通过两个右压板43定位， 并由9个第十二固定螺钉44固定， 右调整手轮47 位于右支撑板 15 的下方， 起到调节右滑动板 45 上下运动的作用， 从而调节右转轴 30 的位 置 ； 右转轴 3。
20、0 通过左轴连接套 32 和右轴连接套 31 与控制电机 16 相连， 左轴连接套 32 和 右轴连接套 31 通过连接键 17 固定。 0027 关节软骨培养机构包括 ： 第二固定螺钉 12 ； 培养室压框 13 ； 培养室密封膜 14 ； 培 养液出口19 ； 培养室压板28 ； 第七固定螺钉29 ； 左转轴27 ； 右转轴30 ； 培养室上轴心33 ； 培 养室下轴心 34 ； 支撑膜 35 ； 支撑底座 36 ； 培养液入口 46， 关节软骨培养 49。 0028 关节软骨培养室 49 位于支撑底座 36 上， 关节软骨培养室 49 底部装有支撑膜 35， 通过培养室压板 28 由 8。
21、 个第七固定螺钉 29 固定， 支撑膜 35 上放置培养室下轴心 34 和培 养室上轴心33， 培养室上轴心33分别与左转轴27与右转轴30连接， 关节软骨培养室49上 部装有在培养室密封膜14， 并由培养室压框13通过8第二固定螺钉12固定， 关节软骨培养 室 49 两侧开有培养液出口 19 和培养液入口 46。 0029 定位联接机构包括 ： 控制电机 16 ； 第三固定螺钉 18 ； 第四固定螺钉 20 ； 主支撑杆 21 ； 第五固定螺钉22 ； 第一固定支撑架23 ； 接近开关24 ； 底板25 ； 支撑底座36 ； 第八固定螺 钉 37 ； 第十固定螺钉 40 ； 第二固定支撑架 。
22、41 ； 第十一固定螺杆 42 ； 接近开关支持架 48 ； 电 机支撑架 50。 0030 主支撑杆 21 分别由第一固定支撑架 23 和第二固定支撑架 41 通过 6 个第五固定 螺钉 22 和 6 个第十固定螺钉 40 与底板 25 固定， 控制电机 16 通过 4 个第三固定螺钉 18 与 电机支撑架 50 固定， 由 4 个第四固定螺钉 20 将电机支撑架 50 固定在主支撑杆 21 上， 4 个 第十一固定螺杆 42 将支撑底座 36 固定在主支撑杆 21 上， 两个第八固定螺钉 37 将接近开 关支持架 48 固定在底板 25 上， 接近开关支持架 48 上装有接近开关 24。 。
23、0031 通过控制软件可以对关节软骨生物反应器电机进行控制， 电机通过连接键控制反 应器的运行。生物反应器也可以在电机控制的情况下做自由运动。所得的测量数据传送至 测量软件， 按照需要将所测数据显示在电脑上。 说 明 书 CN 103525701 A 6 4/4 页 7 0032 本发明以理论力学经典单摆公式为理论基础， 设计开发了一套关节软骨细胞培养 的装置， 特别是涉及一种用于将种子细胞与生物可降解材料复合， 置于能模拟关节运动的 环境， 在不同频率和压应力动态作用下构建具有细胞活性、 良好人体关节软骨形态和一定 力学强度的人关节软骨的培养装置。 说 明 书 CN 103525701 A 7 1/3 页 8 图 1 说 明 书 附 图 CN 103525701 A 8 2/3 页 9 图 2 图 3 说 明 书 附 图 CN 103525701 A 9 3/3 页 10 图 4 说 明 书 附 图 CN 103525701 A 10 。