[發明專利]一種高加速度條件下動態壓縮加載的生物反應器

有效

• 申請號: 201611048506.5
• 申請日: 2016-11-25
• 公開（公告）號: CN106701572B
• 公開（公告）日: 2019-04-26
• 發明（設計）人: 張春秋;邱璐璐;門玉濤;徐寶山;楊強;張西正
• 申請（專利權）人: 天津理工大學
• 主分類號: C12M3/00
• 分類號: C12M3/00;C12M1/36;C12M1/34;C12M1/00
• 代理公司: 天津佳盟知識產權代理有限公司 12002
• 代理人: 侯力

一種高加速度條件下動態壓縮加載的生物反應器，包括高加速加載裝置和動態壓縮加載裝置，其中高加速加載裝置包括U型直線電機實驗平臺機座、U型直線電機電磁導軌、U型直線電機滑動導軌、載物臺和生物反應器防塵罩；動態壓縮加載裝置由水平驅動機構、壓頭加載機構、位移檢測機構和位置調節機構組成，壓縮加載機構固定在高加速裝置的載物臺上。本發明的優點是：該生物反應器機通過設置轉子轉速和升降速加速度，實現在水平方向恒定高加速度直線加載；根據位移傳感器的反饋，實現加載過程的精確控制和定量加載；具有自動化程度高、精度高、控制性能優異、操作簡便的特點，為組織工程培養提供了新的實踐條件、方法和裝置。

技術領域

本發明專利涉及生物醫學組織工程技術領域，特別是一種高加速度條件下動態壓縮加載的生物反應器，用于組織工程培養物的體外培育。

背景技術

隨著科技和現代航空航天事業的發展，戰斗機的機動性能得到很大的改善，在飛行中高性能戰斗機可以產生高達+9Gz以上的加速度，這種極端的力學環境對飛行員的身體有很大傷害，已經成為威脅飛行員健康的主要因素之一。在現實生活中，類似于過山車等娛樂場所越來越受到人們的喜愛。調查研究顯示，經過層層選拔身體健康的飛行員，在從事飛行工作一段時間后，他們心律失常的發生率比平常人群要高。研究還表明，空間特殊環境對人體也有一定影響，會導致人體骨質丟失、肌肉萎縮與內分泌功能紊亂等。而在航天飛機在升空和返回過程中，尤其在應急返回階段，航天員會受到高正加速度作用，通過對猴進行高正加速度實驗研究，發現高正加速度會對猴的肺臟、腎臟等組織產生明顯的病理損傷，所以高加速度的力學生物學影響越來越受到重視。

在細胞水平，學者發現進行不同正加速度(+Gz)暴露和加載不同時間，對大鼠腦神經元有不同程度的影響，低G值時在短時間(3min)即可引起大鼠大腦皮質神經元線粒體結構損傷；研究還發現進行3次加載12G(+Gz)，暴露3min后大鼠星形膠質細胞活化，GFAP(膠質纖維酸性蛋白)表達上調，所以高加速度對細胞也有一定的影響。

大量研究實驗表明，由于軟骨組織再生能力極為有限，軟骨損傷自我修復幾乎是不可能的。而自體移植或異體移植都存在較大的局限和弊端，例如材料的選取或者排異反應等。在這種背景之下，軟骨組織工程成為一種較為理想的方法。軟骨組織工程的基本方法是在體外造就一個與體內相似的環境，將自體或異體細胞經體外培養、擴增后，接種到一種組織相容性好的支架材料上進行體外培養，然后植入身體缺損部位，與宿主軟骨融合，達到修復軟骨缺損的目的。使用生物反應器的目的是為體外軟骨組織工程構建提供合適的生長條件,使工程化組織獲得與活體組織相似的結構與功能。

研制一種高加速度條件下動態壓縮加載的新型生物反應器，培養物在水平直線高加速加載的同時受到單向動態壓縮，能對支架內軟骨細胞實現特定的力學刺激，可保證培表養物內部信號分子、營養和廢物的有效運輸，促進培養物的功能化發展，達到軟骨構建的結構與功能的統一。該生物反應器占用空間小，可在培養箱內工作，加載過程精確可控，密封性好，可實現定時、定量、定速加載，可多次準確重復，允許長時間連續運行，觀察檢測方便，適用性強，是研究組織工程培養物在動態壓縮同時實現高加速度加載等極端力學環境的力學生物學反應的理想裝置，可廣泛運用于組織工程的相關研究、實驗工作。

發明內容

本發明的目的是基于上述技術分析，旨在提供一種高加速度條件下動態壓縮加載的生物反應器，該生物反應器占用空間小，可在培養箱內工作，加載過程精確可控，密封性好，可實現定時、定量、定速加載，可多次準確重復，允許長時間連續運行，觀察檢測方便，適用性強，是研究組織工程培養物在動態壓縮同時實現高加速度加載等極端力學環境的力學生物學反應的理想裝置，可廣泛運用于組織工程的相關研究、實驗工作。

本發明的技術方案：