[發明專利]組織工程關節軟骨的動態滾壓培養系統

有效

• 申請號: 201810513688.1
• 申請日: 2018-05-25
• 公開（公告）號: CN108795756B
• 公開（公告）日: 2023-01-24
• 發明（設計）人: 熊黨生;周黃捷;唐海洋
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: C12M3/00
• 分類號: C12M3/00;C12M1/00
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 鄒偉紅

本發明涉及一種組織工程關節軟骨的動態滾壓培養系統。該培養系統包括：轉動機構、傳動機構、關節軟骨培養機構以及定位機構。其中，轉動機構包括兩部分，即頂部的陶瓷球轉動機構以及底部的凸輪轉動機構，陶瓷球在α角度范圍進行正反交替轉動，用于提供關節軟骨雙向剪切的刺激；底部的凸輪轉動機構通過傳動機構對關節軟骨產生動態壓應力的刺激。本發明的培養系統模擬關節軟骨體內的運動環境，可以實現壓應力和剪切力的大小、頻率動態變化，剪切力的方向交替變化，同時可以調節壓應力和剪切力的復合程度，可給予軟骨單一的力學刺激，進行對比試驗，以獲取最佳的培養參數。

技術領域

本發明屬于培養裝置領域，具體涉及一種組織工程關節軟骨的動態滾壓培養系統。

背景技術

關節軟骨是關節內半透明材料，在運動過程中提供了低摩擦的承重表面，可以防止關節頭與關節窩的直接接觸，與此同時，對于劇烈的運動可一定程度吸收沖擊。但是，其由于缺乏血管、神經和淋巴組織，一旦發生損傷很難自行修復，最終導致疼痛、畸變甚至行動不便。因此，關節軟骨損傷的治療與修復問題成為全世界研究的熱點。近年來，由于自體移植技術與異體移植技術存在的弊端與限制，將組織工程技術應用于軟骨損傷和缺損修復的研究越來越受到重視。

然而，為了獲得與天然軟骨相似的功能組織，在體外進行組織工程培養時必須重視各種因素的影響，如各種機械應力和流體應力的影響等。因此，為了能夠模擬關節體內的生長環境，在體外培養時可以提供良好的生長條件和傳質方式，使得軟骨細胞和支架材料更好的符合，需要采用生物反應器進行體外培養。目前現有技術中，用于關節軟骨培養的生物反應器只能實現了壓力的動態加載，剪切力是恒定的；另外，壓力和剪切力的復合的方式也比較單一，現有的復合方式不利于軟骨細胞中糖胺多糖和膠原蛋白的分泌，所以無法培養出結構與功能均良好的關節軟骨。

發明內容

本發明的目的在于提供一種組織工程關節軟骨的動態滾壓培養系統。

實現本發明目的提供技術方案如下：

一種組織工程關節軟骨的動態滾壓培養系統，包括：轉動機構、傳動機構、關節軟骨培養機構以及定位機構；其中，

轉動機構包括兩部分，即頂部的陶瓷球轉動機構以及底部的凸輪轉動機構，其中，陶瓷球通過第一連桿與第一步進電機進行連接，調節輸入的脈沖信號使得第一步進電機在α角度范圍內正反轉交替，帶動陶瓷球在α角度范圍進行正反交替轉動，用于提供關節軟骨雙向剪切的刺激；

底部的凸輪轉動機構是通過第二連桿將凸輪與第二步進電機相連，通過調節第二步進電機的轉動頻率，從而調節凸輪的轉動頻率，用于通過傳動機構將凸輪的循環轉動轉變為培養室的上下往復運動，對關節軟骨產生動態壓應力的刺激；

傳動機構的下方端面與凸輪的端面相切；傳動機構的頂部為圓盤狀端面，用于關節軟骨培養機構的放置；傳動桿通過套筒以及導板固定；

關節軟骨培養機構用來放置培養液以及軟骨支架的，位于頂部轉動機構以及底部轉動機構中間。

本發明相對于現有技術相比具有顯著優點：1、本發明的培養系統通過模擬關節軟骨的體內環境，在培養過程中提供了動態壓縮與動態剪切的刺激。采用陶瓷球的交替轉動，更加符合關節軟骨的接觸方式，實現剪切力的方向交替變化。2、本發明的培養系統采用凸輪的連續轉動使得關節軟骨的壓縮量變化是動態的，所受的壓應力和剪切力也是不斷地變化；并在傳動機構中，為避免剛性碰撞對于軟骨帶來較大的沖擊，在傳動桿的兩端加入上下橡膠墊進行緩沖。

附圖說明

圖1是本發明的結構示意圖。

圖2是本發明培養系統的左視圖。

圖3是本發明培養系統的俯視圖。

圖4是本發明的傳動機構示意圖。

圖5是本發明固定傳動桿的支架示意圖。