[实用新型]人工软骨培养的生物反应器

说明书

【技术领域】

本实用新型涉及组织工程生物反应器领域，具体地说，是一种用于软骨组织工程化培养的生物反应器。

【背景技术】

关节软骨缺损是外科常见的疾病之一，通常由外伤、手术切除、骨性关节炎等慢性疾病引起。临床表现为顽固性疼痛，关节活动障碍，严重者可完全丧失关节功能，成为肢残和劳动力丧失的主要原因之一。大量研究结果表明，由于软骨组织再生能力极为有限，软骨损伤自我修复几乎不可能。临床上自体移植或异体移植也存在较大的限制和弊端。当前为缺损修复提供移植软骨，软骨组织工程是最理想的的方法。组织工程的基本方法是将自体或异体细胞经体外培养、扩增后，接种到一种组织相容性好的生物材料上，进行体外培养，形成一定的类组织，然后植入体缺损部位，与宿主软骨融合，达到修复软骨缺损的目的。其中软骨组织工程和骨组织工程都是分别采用不同种子细胞、支架材料和活性因子的复合体培养，软骨组织和骨组织也可能采用相同的种子细胞，如骨髓间充质干细胞。

当前，随着组织工程的发展，种子细胞、支架材料和活性因子研究的不断深入，在生物反应器内如何培养移植物受到更多的关注，其中对移植物培养条件的力学环境越来越重视。对于软骨来说，其活体力学环境非常复杂。合适力学条件是培养出结构、功能都与天然软骨相近移植物的重要因素。最近几年相关研究者对不同的力学刺激，以优化培养物的结构和功能做了大量研究。国内有研究者采用静张应力对大鼠髁突软骨细胞增殖效应进行研究，实验表明细胞增殖数量随静张应力增高而升高[华西口腔医学杂志，2003，21(1)，57-60]；也有研究空气压应力对体外培养软骨细胞分泌细胞因子的影响[解剖学报，2001，32(4)，385-387]，离心力在体外构建组织工程软骨中的作用[中华实验外科杂志。2005，22(3)，281-283]，周期性流体应力刺激对组织工程软骨分化影响的实验研究[骨与关节损伤杂志，2003，18(9)，620-622]。这些加载方法可以促进细胞增殖或功能发挥，但和真正软骨受载是有差别的。Mauck等[J Biomech Eng，2000；122(3)：252-260]认为直接动态施压可能是软骨生长较好的力学环境。

压电陶瓷位移器具有结构紧凑、体积小、无摩擦、驱动灵敏、微位移精度高的特点，此外，使用压电陶瓷位移器，由于机电耦合效应进行的速度很快，不存在发热问题，影响培养细胞的电导和热辐射都可以忽略，因为压电陶瓷位移器是电容器相似的结构，所以有最少的电力消耗，甚至在高速和高电压驱动情况下也是如此，因此，压电陶瓷位移器可作为人工软骨培养动态加载的动力来源。虽然压电陶瓷位移器产生的位移较小，但通过杠杆机构的放大作用使加载位移提高，能够满足软骨培养的加载(变形)需要。如压电陶瓷位移器最大驱动位移200微米，经过杠杆10倍放大，驱动位移可达2毫米。较厚的软骨按8毫米厚，其变形可达25％。通常软骨培养的力学环境为变形5％-20％。这样可形成结构紧凑、体积小、驱动灵敏、微位移精度高的动态加载装置，再加上合适的灌注系统有可能形成软骨培养的生物反应器。

【实用新型内容】

本实用新型的目的是为了解决现有问题，而提供一种人工软骨培养的生物反应器，该生物反应器是采用压电陶瓷位移器作为加载装置动力来源，结合杠杆装置将驱动位移放大，从而得到结构紧凑、体积小、驱动灵敏、微位移精度高的软骨组织工程的生物反应器。

本实用新型实现上述目的所采用的方案是设计一种人工软骨培养的生物反应器。它包括反应器框架，培养室，培养液循环系统和压力传动机构，其特征在于所述培养室内底部为载物台，载物台上方设有一个加载块；所述压力传动机构是一组杠杆加载机构，所述杠杆的工作端接触在培养室的加载块上触头的上方，所述杠杆的动力端与一个压电陶瓷的动力输出工作面接触。

本实用新型的有益效果是：本实用新型结构紧凑、体积小、驱动灵敏、微位移精度高，尤其是采用压电陶瓷位移器作为加载装置动力来源，再通过杠杆装置将载荷作用范围放大，可使培养软骨的变形达25％，从而为软骨培养提供符合体内生长所需的力学环境。另外，培养室采用上下加压块可相互移动加压，培养室为全封闭，由蠕动泵灌注及换液功能的培养环境等，有效地克服了现有技术的不足。

【附图说明】

图1为人工软骨培养的生物反应器主视图；

图2为人工软骨培养的生物反应器压头示意图；

图3为人工软骨培养的生物反应器培养室剖视图；

图4为加载块组件示意图。

【具体实施方式】

以下结合附图和实施例对本实用新型进行详细叙述。