[发明专利]一种灌注式生物反应器实验方法及其使用装置

说明书

技术领域

本发明涉及医疗器械中的生物反应器技术领域，更具体地，涉及一种灌注式生物反应器实验方法及其使用装置。

背景技术

细胞培养是组织工程的关键,也是形成组织工程产业的必要的科学技术基础。现有的用于细胞培养的灌注式生物反应器的研究是基于小规模的细胞培养的条件，在考虑细胞所受的各种物理力刺激时，都是基于所受的液体静压力为零的假设，即是在假设液体的重力加速度为零的前提条件下，主要考虑流体在层流模型下的流体剪切力。

现有的为研究层流模型下提供精确流体剪切力条件的主要实验工具为平行板流动腔装置，其结构示意图如图1所示，其功能为：为图1中的培养腔3内培养的细胞提供精确的流体剪切力的刺激作用，并研究在不同流体剪切力的刺激下细胞培养的效果，以测试流体剪切力与细胞培养效果间存在的量化关系。其原理为：图1所示的平行板流动腔，长L与宽b的值远大于高度h，则在培养腔3的中间部分的流体可认为是充分发展的层流运动，流体产生的流体剪切力可由泊肃叶定律计算为：                                                ，为流体流量，为培养液的粘滞系数，b为图1中培养腔3的宽度，h为培养腔3的高度。、b、h都是常量，只需调节培养液从培养液入口1进入培养腔3的流量，或调节培养液从培养液出口2流出的流量Q，就能获得所需的流体剪切力。

然而，要实现大规模培养细胞，需考虑现有的小型生物反应器在进行放大后所产生的问题，由于规模的放大，培养液的液深所产生的液体静压力对细胞培养所产生的影响不再是可以忽略的物理力学因素，需要进行研究。即现有的平行板流动腔作为研究灌注式生物反应器中培养液产生力学刺激因素的实验方法与工具时，主要存在以下不足：

（1）、现有的研究灌注式生物反应器中流体力学作用只考虑了流体剪切力的作用，并未考虑流体静压力的作用。事实上，在生物反应器进行放大培养时，由于液深而产生的液体静压力不能再被忽略不计，需要考虑不同的液体静压力对细胞培养的影响；

（2）、现有的能提供精确液体静压力的单一因素对细胞培养影响的实验方法是将细胞放置在有一定液深的培养罐内进行静置培养，这种静置的培养方法虽然可以通过控制液深而获得准确的液体静压力，但会因培养液的不流动使得细胞所需的物质交换难以顺利进行，细胞的培养效果会因物质交换困难而受到严重影响，无法正确测试液体静压力的作用因素；

（3）、现有平行板流动腔只能提供准确的流体剪切力，不能同时提供准确的液体静压力。

（4）、现有的细胞培养实验方法与装置，不能同时提供准确可控的流体剪切力与准确可控的液体静压力，使得这两个作用力为互不影响、能各自调控的共存力。

发明内容

本发明为克服上述现有技术所述的至少一种缺陷，提供一种灌注式生物反应器实验方法，实现能同时提供准确可控的流体剪切力与准确可控的液体静压力，使得这两个作用力为互不影响、能各自调控的共存力。使得细胞培养在培养液流动培养的条件下，可进行研究液体静压力对细胞培养的影响。进一步的，提供其使用装置，该装置结构简单，方便使用。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种灌注式生物反应器实验方法，其中包括以下步骤：

S1. 根据灌注式生物反应器中层流流体剪切力的要求，同时调节培养液入口与培养液出口的流体流量，使得平行板培养腔内流体的剪切力与灌注式生物反应器中所要求的层流流体剪切力一致；其中，培养液入口与培养液出口流体流量调节通过调节与培养液入口相连的入口蠕动泵、与培养液出口相连的出口蠕动泵实现。

S2. 保持培养液出口的培养液流出流量固定不变，增加培养液入口的培养液流入流量，使得培养液进入液体静压管，当液体静压管内的培养液液面升到所需的高度h时，恢复培养液入口的培养液流入流量；

S3. 液体静压管内培养液的液面高度将维持在所需的高度h，从而可为平行板培养腔内提供压强为的液体静压力，为培养液密度，g为重力加速度，h为液体静压管内液面的高度；

S4. 保持培养液出口的培养液流出流量固定不变，调节培养液入口的培养液流入流量，从而调节液体静压管内液面的高度h，从而调节平行板培养腔内所受的液体静压力的大小；

S5. 同步同增量调节培养液入口的培养液流入流量与培养液出口的培养液流出流量，从而在调节平行板培养腔内所受的流体剪切力的大小的同时，维持液体静压管内液面高度不变。

进一步的，所述的步骤S1中对流入、流出流体的同步同增量调节，具体为: