[發明專利]多功能骨軟骨生物反應器

在審

• 申請號: 201911110922.7
• 申請日: 2019-11-14
• 公開（公告）號: CN110777074A
• 公開（公告）日: 2020-02-11
• 發明（設計）人: 張斌;陳銘威;戴煌哲;朱皇品;高磊;楊華勇;馬梁
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: C12M3/00
• 分類號: C12M3/00;C12M1/36;C12M1/02;C12M1/00
• 代理公司: 33200 杭州求是專利事務所有限公司
• 代理人: 鄭海峰

本發明公開了一種多功能骨軟骨生物反應器，包括無菌生物環境單元、垂直負載施加單元、剪切力施加單元和磨損模擬單元；磨損模擬單元固定于無菌生物環境單元中；垂直負載施加單元位于剪切力施加單元上方，用于在剪切力施加單元提供的剪切力中加入垂直壓力，并通過立柱將混合力傳遞到磨損模擬單元中的骨軟骨試樣上。本發明克服了現有的骨軟骨生物反應器無法同時模擬關節受到的剪切力和壓力環境的不足，結合了單一作用的生物反應器的優點，能施加多種力學刺激，促進功能化骨軟骨組織的形成，為骨軟骨支架的測試提供良好的環境，且垂直負載的壓力范圍大，剪切負載擺角大，頻率范圍寬，擴大了適用范圍。

技術領域

本發明屬于生物機械領域，特別是涉及一種多功能骨軟骨生物反應器。

背景技術

目前研究顯示，關節軟骨在日?；顒又兄饕艿街芷谛缘牧黧w剪切力、持續性的靜態壓力或者直接壓縮力作用。因此，設計良好功能的骨軟骨反應器應當做到能夠提供對打印的骨軟骨支架施加以上幾種力學刺激的環境。除此之外，骨軟骨生物反應器也必須滿足其他的要求，例如，創造比例適合的二氧化碳和氧氣的氣體環境，對pH值的精確控制等。

目前常用的骨軟骨生物反應器有：機械攪拌式生物反應器，基本原理是通過葉輪或漿形攪拌器等部件的持續轉動增加物質傳輸，保證營養和氧氣的均勻分布；直接灌流式生物反應器，是將培養液擠壓進支架內部，使細胞通過感受流體剪切力分泌大量細胞外基質的一種裝置；旋轉壁式生物反應器則是一種改良的直接灌流式生物反應器。

這些骨軟骨生物反應器雖然能夠在一定程度上模擬人體內骨軟骨支架受到的力學刺激的環境，但它們都只能模擬關節受到的剪切力環境，并不能模擬靜態壓力和直接壓縮力的作用環境。然而不少研究顯示，這兩者都對軟骨細胞的發育和成熟起到重要作用。

發明內容

為了克服現有的骨軟骨生物反應器無法同時模擬關節受到的剪切力和壓力環境的不足，本發明提供了一種多功能骨軟骨生物反應器。本發明能結合單一作用的生物反應器的優點，能施加多種力學刺激，促進功能化骨軟骨組織的形成，為骨軟骨支架的測試提供良好的環境。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：

一種多功能骨軟骨生物反應器，其特征在于，包括無菌生物環境單元、垂直負載施加單元、剪切力施加單元和磨損模擬單元；磨損模擬單元固定于無菌生物環境單元中；垂直負載施加單元位于剪切力施加單元上方，用于在剪切力施加單元提供的剪切力中加入垂直壓力，并通過立柱將混合力傳遞到磨損模擬單元中的骨軟骨試樣上；

所述無菌生物環境單元包括無菌生物培養箱、放置在無菌生物培養箱底板上的重物基座、以及通過支撐連桿固定在無菌生物培養箱正上方的上支架；所述重物基座用于固定磨損模擬單元；所述上支架用于固定垂直負載施加單元；

所述磨損模擬單元包括固定在所述重物基座上的帶蓋圓筒、以及在圓筒內由下到上依次設置的導流盤、試樣支架、骨磨盤和用于固定骨磨盤的磨盤架；

所述垂直負載施加單元包括固定在上支架下方的液壓缸/氣缸、以及用于驅動液壓缸/氣缸的液壓泵/氣泵；液壓缸/氣缸的活塞桿端部設有固定連接的壓盤；

所述剪切力施加單元包括驅動電機、與驅動電機輸出軸連接的帶偏心立柱的圓盤、以及可變徑向偏心盤；所述可變徑向偏心盤設有帶槽的連接部，所述圓盤上的偏心立柱插入槽中；所述可變徑向偏心盤的上表面固定所述的推力球軸承，下底面與所述立柱的一端螺栓連接，立柱的另一端穿過無菌生物培養箱頂面開設的通孔與磨損模擬單元中的磨盤架螺栓連接。

本發明的有益效果是：

(1)改善了骨軟骨生物培養測試難問題，為進一步做研究提供硬件支持。特別是解決了剪切負載和垂直負載兩種負載的混合，使骨軟骨生物反應器更加符合實際，也為實驗室測試和培養生物骨軟骨奠定了更好的基礎；