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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)实用新型专利 (10)授权公告号 (45)授权公告日 (21)申请号 201720158095.9 (22)申请日 2017.02.22 (73)专利权人 杭州百桥医疗技术有限公司 地址 310018 浙江省杭州市杭州经济技术 开发区白杨街道6号大街452号3幢716 号房 (72)发明人 李博文李宏 (74)专利代理机构 杭州君度专利代理事务所 (特殊普通合伙) 33240 代理人 杨天娇 (51)Int.Cl. C12M 3/00(2006.01) C12M 1/36(2006.01) C12M 1/34(2006.01) (54)实用新型名称。
2、 一种应力生物反应器 (57)摘要 本实用新型公开了一种应力生物反应器， 用 于对组织工程细胞培养体进行封闭培养， 并在培 养过程中对组织工程细胞培养体施加不同形式 的拉力和压力， 包括高频直线位移振动器、 培养 室、 应力传感器、 轴连器、 密封圈、 支撑杆和底座， 支撑杆的下端固定在底座上， 上端与高频直线位 移振动器固定在一起， 用于对高频直线位移振动 器进行支撑和固定， 培养室的下端固定在底座 上， 培养室通过轴连器与应力传感器的下端连 接， 应力传感器的上端与高频直线位移振动器的 振动杆的下端连接， 密封圈位于培养室与轴连器 之间。 本实用新型能较好地模拟体内正常细胞生 长时的拉伸和。
3、压缩力学环境， 培养出更加符合生 物体内环境的组织工程细胞。 权利要求书2页 说明书4页 附图6页 CN 206721220 U 2017.12.08 CN 206721220 U 1.一种应力生物反应器， 用于对组织工程细胞培养体进行封闭培养， 其特征在于， 所述 应力生物反应器包括高频直线位移振动器(1)、 培养室(2)、 应力传感器(3)、 轴连器(4)、 密 封圈(5)、 支撑杆(6)和底座(7)， 所述支撑杆(6)的下端固定在底座(7)上， 所述支撑杆(6)的 上端与高频直线位移振动器(1)固定连接， 用于对高频直线位移振动器(1)进行支撑和固 定， 所述培养室(2)的下端固定在底座。
4、(7)上， 培养室(2)的上端通过轴连器(4)与应力传感 器(3)的下端连接， 应力传感器(3)的上端与高频直线位移振动器(1)上设置的振动杆(11) 的下端连接， 所述密封圈(5)位于培养室(2)与轴连器(4)之间。 2.如权利要求1所述的应力生物反应器， 其特征在于， 所述培养室(2)包括培养室框架 (21)、 前观察密封板(22)和后密封板(23)， 所述前观察密封板(22)通过螺钉固定在培养室 框架(21)的前表面， 所述后密封板(23)通过螺钉固定在培养室框架(21)的后表面。 3.如权利要求2所述的应力生物反应器， 其特征在于， 所述培养室框架(21)侧面开有至 少2个孔， 根据培。
5、养需求选取其中的1个孔安装培养液入口接头(24)， 选取另一个孔安装培 养液出口接头(25)。 4.如权利要求2所述的应力生物反应器， 其特征在于， 所述前观察密封板(22)为透明材 料制成， 用于在对组织工程细胞培养体进行培养的过程中观察所述培养体的状况。 5.如权利要求1所述的应力生物反应器， 其特征在于， 所述密封圈(5)包括上固定环 (51)、 下固定环(52)、 上密封圈(53)、 下密封圈(54)、 波纹管(55)， 所述上密封圈(53)位于密 封圈(5)的顶部， 与波纹管(55)的上端连接， 所述下密封圈(54)位于密封圈(5)的底部， 与波 纹管(55)的下端连接， 所述上固定。
6、环(51)嵌套在上密封圈(53)的四周， 所述下固定环(52) 嵌套在下密封圈(53)的四周， 所述上固定环(51)固定在轴连器(4)的下表面， 下固定环(52) 固定在培养室(2)顶部， 通过上密封圈(53)、 下密封圈(54)和波纹管(55)完成对轴连器(4) 与培养 室(2)连接部位的密封。 6.如权利要求1所述的应力生物反应器， 其特征在于， 所述应力生物反应器还包括采集 应力传感器(3)传送过来的电信号， 并将电信号转换成相应的应力值后记录下来的控制单 元。 7.如权利要求2所述的应力生物反应器， 其特征在于， 所述培养室(2)为拉伸培养室， 所 述拉伸培养室还包括拉杆(31)、 导。
7、板(32)、 上固定夹具(34)、 压板(35)、 下固定夹具(36)、 位 移调整杆(37)和位移调节导套(38)， 所述拉杆(31)的上端穿过培养室(2)顶部的连接孔， 与 轴连器(4)的下端进行连接， 所述压板(35)位于所述拉伸培养室的侧壁上， 构成垂直导轨， 所述导板(32)的上端连接拉杆(31)的下端， 导板(32)的两侧位于由压板(35)构成的垂直导 轨内， 上固定夹具(34)通过手动拧紧螺钉固定在导板(32)上， 下固定夹具(36)下部的位移 调整杆(37)插入位移调节导套(38)中， 通过手动拧紧螺钉将下固定夹具(36)固定在位移调 节导套(38)中， 所述位移调节导套(38。
8、)固定在培养室(2)的底部。 8.如权利要求2所述的应力生物反应器， 其特征在于， 所述培养室(2)为压缩培养室， 所 述压缩培养室还包括拉杆(31)、 导板(32)、 上压头(41)、 压板(35)、 下压头(42)、 位移调整杆 (37)和位移调节导套(38)， 所述拉杆(31)的上端穿过培养室(2)顶部的连接孔， 与轴连器 (4)的下端进行连接， 所述压板(35)位于所述压缩培养室的侧壁上， 构成垂直导轨， 所述导 板(32)的上端连接拉杆(31)的下端， 导板(32)的两侧位于由压板(35)构成的垂直导轨内， 上压头(41)通过手动拧紧螺钉固定在导板(32)上， 下压头(42)下部的位。
9、移调整杆(37)插入 权利要求书 1/2 页 2 CN 206721220 U 2 位移调节导套(38)中， 通过手动拧紧螺钉将下压头(42)固定在位移调节导套(38)中， 所述 位移调节导套(38)固定在培养室(2)的底部。 9.如权利要求2所述的应力生物反应器， 其特征在于， 所述培养室(2)还包括磁块(28)， 所述磁块(28)安装在培养室(2)的底部， 通过磁块(28)将培养室(2)固定在底座(7)的上表 面。 权利要求书 2/2 页 3 CN 206721220 U 3 一种应力生物反应器 技术领域 0001 本实用新型属于生物医学工程领域， 具体涉及一种应力生物反应器。 背景技术 。
10、0002 随着医学技术的发展， 器官移植在医疗中应用越来越广泛， 通过组织工程对细胞 进行体外培养构建人造器官， 再采用构建的人造器官对病人进行治疗成为了一种重要的医 疗手段， 该医疗手段在当今器官捐献还不太普遍的情况下， 对救治病人非常有效。 0003 采用组织工程的方法将种子细胞与生物可降解材料复合构建组织工程细胞时， 经 常会导致体外构建的组织工程细胞形态与体内正常细胞的形态相差甚远， 通过组织工程培 养的组织工程细胞的力学性能与体内正常细胞相比较也存在较大的差别， 单纯的力学形式 无法有效模拟体内复杂的力学环境， 而开放式的培养方式则会使组织工程细胞在培养过程 中容易产生污染， 导致无。
11、法通过组织工程实现正常的组织器官的体外构建。 发明内容 0004 本实用新型的目的在于提供一种应力生物反应器， 通过应力生物反应器构建的全 封闭环境对组织工程细胞培养体进行培养， 并通过应力生物反应器对组织工程细胞培养体 施加不同形式的拉力和压力， 模拟体内正常细胞生长时的拉伸和压缩力学环境。 0005 为实现以上目的， 本实用新型提供了如下技术方案： 0006 一种应力生物反应器， 用于对组织工程细胞培养体进行封闭培养， 所述应力生物 反应器包括高频直线位移振动器、 培养室、 应力传感器、 轴连器、 密封圈、 支撑杆和底座， 所 述支撑杆的下端固定在底座上， 上端与高频直线位移振动器固定在一。
12、起， 用于对高频直线 位移振动器进行支撑和固定， 所述培养室的下端固定在底座上， 培养室的上端通过轴连器 与应力传感器的下端连接， 应力传感器的上端与高频直线位移振动器的振动杆的下端连 接， 密封圈位于培养室与轴连器之间。 0007 进一步地， 所述培养室的腔体包括培养室框架、 前观察密封板和后密封板， 前观察 密封板通过手动拧紧螺钉固定在培养室框架的前表面， 后密封板通过手动拧紧螺钉固定在 培养室框架的后表面。 0008 进一步地， 所述培养室框架侧面开有至少2个孔， 根据培养需求选取其中的1个孔 安装培养液入口接头， 选取另一个孔安装培养液出口接头。 0009 进一步地， 所述前观察密封板。
13、为透明材料制成， 用于在对组织工程细胞培养体进 行培养的过程中观察所述培养体的状况。 0010 进一步地， 所述密封圈包括上固定环、 下固定环、 上密封圈、 下密封圈、 波纹管， 上 密封圈位于密封圈的顶部， 与波纹管的上端连接， 下密封圈位于密封圈的底部， 与波纹管的 下端连接， 所述密封圈上固定环嵌套在上密封圈的四周， 所述密封圈下固定环嵌套在下密 封圈的四周， 所述上固定环固定在轴连器的下表面， 下固定环固定在培养室顶部， 通过上密 封圈、 下密封圈和波纹管完成对轴连器与培养室连接部位的密封。 说明书 1/4 页 4 CN 206721220 U 4 0011 进一步地， 所述应力生物反。
14、应器还包括采集应力传感器传送过来的电信号， 并将 电信号转换成相应的应力值后记录下来的控制单元。 0012 进一步地， 所述培养室为拉伸培养室， 所述拉伸培养室还包括拉杆、 导板、 上固定 夹具、 压板、 下固定夹具、 位移调整杆和位移调节导套， 所述拉杆的上端穿过培养室顶部的 连接孔， 与轴连器的下端进行连接， 所述压板位于所述拉伸培养室的侧壁上， 构成垂直导 轨， 所述导板的上端连接拉杆的下端， 导板的两侧位于由压板构成的垂直导轨内， 上固定夹 具通过手动拧紧螺钉固定在导板上， 下固定夹具下部的位移调整杆插入位移调节导套中， 通过手动拧紧螺钉将下固定夹具固定在位移调节导套中， 所述位移调节。
15、导套固定在培养室 的底部。 0013 进一步地， 所述培养室为压缩培养室， 所述压缩培养室还包括拉杆、 导板、 上压头、 压板、 下压头、 位移调整杆和位移调节导套， 所述拉杆的上端穿过培养室顶部的连接孔， 与 轴连器的下端进行连接， 所述压板位于所述压缩培养室的侧壁上， 构成垂直导轨， 所述导板 的上端连接拉杆的下端， 导板的两侧位于由压板构成的垂直导轨内， 上压头通过手动拧紧 螺钉固定在导板上， 下压头下部的位移调整杆插入位移调节导套中， 通过手动拧紧螺钉将 下压头固定在位移调节导套中， 所述位移调节导套固定在培养室的底部。 0014 进一步地， 所述培养室还包括磁块， 所述磁块安装在培养。
16、室的底部， 通过磁块将培 养室固定在底座的上表面。 0015 本实用新型提出了一种应力生物反应器， 通过应力生物反应器构建的全封闭环境 对组织工程细胞培养体进行培养， 并通过应力生物反应器对组织工程细胞培养体施加不同 形式的拉力和压力， 能较好地模拟体内正常细胞生长时的拉伸和压缩力学环境， 培养出更 加符合生物体内环境的组织工程细胞。 本实用新型通过应力感应器和控制单元对组织工程 细胞培养体在培养过程中的拉/压应力进行采集和显示， 并根据组织工程细胞培养体的培 养过程中的拉/压应力要求以及采集到的拉/压应力对应力生物反应器的拉应力和压应力 的大小、 频率进行实时调节。 此外， 本实用新型在组织。
17、工程细胞培养体的培养过程中能够方 便的实现培养液与废液的更换， 在培养过程中还可以加入生长因子以促进组织工程细胞培 养体的生长。 本实用新型采用磁块固定和螺钉固定两种形式， 极大的方便了培养过程中对 培养室的操作。 附图说明 0016 图1为本实用新型的整体结构示意图； 0017 图2为本实用新型培养室的外部结构示意； 0018 图3为本实用新型培养室的另一角度外部结构示意； 0019 图4为本实用新型拉伸培养室的内部结构示意图； 0020 图5为本实用新型压缩培养室的内部结构示意图； 0021 图6为本实用新型密封圈的外部结构示意图； 0022 图7为本实用新型密封圈的俯视图。 具体实施方式。
18、 0023 下面结合附图和实施例对本实用新型技术方案做进一步详细说明， 以下实施例不 说明书 2/4 页 5 CN 206721220 U 5 构成对本实用新型的限定。 0024 本实用新型提供了一种应力生物反应器， 用于对由种子细胞与生物可降解材料复 合而成的组织工程细胞培养体进行封闭培养， 并在培养过程中对组织工程细胞培养体施加 不同形式的拉力和压力， 其结构示意图， 如图1所示， 包括高频直线位移振动器1、 培养室2、 应力传感器3、 轴连器4、 密封圈5、 支撑杆6和底座7。 支撑杆6的下端固定在底座7上， 支撑杆6 的上端与高频直线位移振动器1固定连接， 用于对高频直线位移振动器1进。
19、行支撑和固定， 培养室2的下端固定在底座7上， 培养室2的上端通过轴连器4与应力传感器3的下端连接， 应 力传感器3的上端与高频直线位移振动器1上设置的振动杆11的下端连接， 密封圈5位于培 养室2与轴连器3之间。 0025 本实用新型培养室2的腔体结构， 如图2、 3所示， 包括培养室框架21、 前观察密封板 22和后密封板23。 培养室框架21侧面开有至少2个孔， 根据培养需求选取其中的1个孔安装 培养液入口接头24， 选取另一个孔安装培养液出口接头25， 其余的孔用密封螺钉26进行密 封。 前观察密封板22通过手动拧紧螺钉27固定在培养室框架21的前表面上， 后密封板23通 过手动拧紧螺。
20、钉27固定在培养室框架21的后表面上。 前观察密封板22由透明材料制成， 在 对组织工程细胞培养体进行培养的过程中， 可以通过前观察密封板22观察培养体的状况， 如果组织工程细胞培养体出现异常情况， 则可以拧开手动拧紧螺钉27取下前观察密封板22 或后密封板23， 对组织工程细胞培养体进行调整。 培养室2通过底部的固定磁铁28固定在底 座7上， 采用磁铁的固定方式可以方便地调整培养室2在底座7上的位置。 0026 本实用新型培养室2根据内部结构的不同， 分为拉伸培养室和压缩培养室两种， 拉 伸培养室可以在培养过程中对组织工程细胞培养体提供拉应力， 压缩培养室可以在培养过 程中对组织工程细胞培养。
21、体提供压应力。 0027 拉伸培养室的内部结构示意图， 如图4所示， 培养室的上部和下部分别安装有1个 固定夹具， 下固定夹具36下部的位移调整杆37插入位移调节导套38中， 位移调节导套38固 定在培养室内侧的底部， 通过手动拧紧螺钉39将下固定夹具36固定在位移调节导套38中， 通过调节位移调整杆37插入位移调节导套38的深度来调整下固定夹具36安装的高度。 上固 定夹具34通过手动拧紧螺钉33固定在导板32上， 压板35位于所述拉伸培养室的侧壁上， 构 成垂直导轨， 导板32的上端连接拉杆31的下端， 导板32的两侧位于由压板35构成的垂直导 轨内， 确保上固定夹具34能在垂直方向稳定、。
22、 平滑的运动。 拉杆31的上端穿过培养室2顶部 的连接孔， 与轴连器4的下端进行连接。 0028 轴连器4的上端插入应力传感器3下端的传感器连接杆8内， 通过手动拧紧螺钉9将 轴连器4的上端固定在传感器连接杆8内。 应力传感器3的上端与高频直线位移振动器1的振 动杆11固定在一起。 高频直线位移振动器1通过支撑杆6固定在底座7上， 当高频直线位移振 动器1工作时， 振动杆11在垂直方向运动， 通过应力传感器3、 轴连器4、 拉杆31和导板32组成 的传动结构， 带动上固定夹具34在垂直方向运动， 给由上固定夹具34和下固定夹具36固定 的组织工程细胞培养体提供相应的拉应力。 0029 当需要给。
23、组织工程细胞培养体提供相应的压应力时， 则需要采用压缩培养室， 压 缩培养室与拉伸培养室的区别为： 压缩培养室将拉伸培养室内的两个固定夹具更换成了两 个压头， 其它部分完全相同， 压缩培养室的内部结构示意图， 如图5所示， 41为上压头， 42为 下压头。 上压头41通过手动拧紧螺钉33固定在导板32上， 下压头42下部的位移调整杆37插 说明书 3/4 页 6 CN 206721220 U 6 入位移调节导套38中， 通过手动拧紧螺钉39将下压头42固定在位移调节导套38中。 0030 由于培养室2顶端的连接孔与拉杆31之间存在间隙， 为了保证培养室2的封闭性， 本实用新型采用密封圈5对培养。
24、室2顶端的连接孔与拉杆31之间的间隙进行密封， 密封圈5 的结构示意图， 如图6、 7所示， 包括上固定环51、 下固定环52、 上密封圈53、 下密封圈54、 波纹 管55， 上固定环51和下固定环52上有多个固定螺孔56。 上密封圈53位于密封圈5的顶部， 与 波纹管55的上端连接， 下密封圈54位于密封圈5的底部， 与波纹管55的下端连接， 所述上固 定环51嵌套在上密封圈53的四周， 所述下固定环52嵌套在下密封圈53的四周， 所述上固定 环51固定在轴连器4的下表面， 下固定环52固定在培养室2顶部， 通过上密封圈53、 下密封圈 54和波纹管55完成对轴连器4与培养室2连接部位的密。
25、封。 0031 本实用新型的应力传感器3在高频直线位移振动器1的工作过程中， 能将振动杆11 在垂直方向移动时对组织工程细胞培养体产生的拉/压应力转换成相应的电信号， 并通过 电缆线将产生的电信号传送给后端的控制单元， 控制单元通过数据采集卡采集应力传感器 3传送过来的电信号， 测量软件对数据采集卡采集的电信号进行测量， 并将电信号转换成相 应的拉/压应力值后记录下来。 通过上述方式， 本实用新型能实时测量和记录组织工程细胞 培养体的培养过程中对组织工程细胞培养体施加的拉/压应力， 并根据测量结果和组织工 程细胞培养体的培养过程中所需的拉/压应力要求， 实时调整高频直线位移振动器1施加的 拉/。
26、压应力和振动频率。 0032 本实用新型进行组织工程细胞体外构建的步骤如下： 0033 1、 在百级无菌的环境下， 将由种子细胞与生物可降解材料复合而成的组织工程细 胞培养体放入培养室， 由固定夹具或压头将组织工程细胞培养体的两端固定。 0034 2、 封闭培养室， 用洁净导管将培养液入口接头与储液罐以及培养液入口接头与废 液罐进行连接， 然后开启机器对组织工程细胞培养体进行培养。 0035 3、 在培养过程中， 通过前观察密封面板观察组织工程细胞培养体， 如果组织工程 细胞培养体的出现异常情况， 则在无菌的环境下打开前观察密封板或后密封板进行调整。 0036 4、 在培养过程中， 按培养要求。
27、更换培养液， 包括废液的排出以及培养液、 生长因子 的输入。 0037 5、 培养完成后， 在无菌的环境下打开培养室将组织工程细胞培养体取出。 0038 以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对其进行限制， 在不背离本实 用新型精神及其实质的情况下， 熟悉本领域的技术人员当可根据本实用新型作出各种相应 的改变和变形， 但这些相应的改变和变形都应属于本实用新型所附的权利要求的保护范 围。 说明书 4/4 页 7 CN 206721220 U 7 图1 说明书附图 1/6 页 8 CN 206721220 U 8 图2 说明书附图 2/6 页 9 CN 206721220 U 9 图3 说明书附图 3/6 页 10 CN 206721220 U 10 图4 说明书附图 4/6 页 11 CN 206721220 U 11 图5 图6 说明书附图 5/6 页 12 CN 206721220 U 12 图7 说明书附图 6/6 页 13 CN 206721220 U 13 。