[发明专利]复合场三维细胞培养装置

摘要

本发明是将组织细胞种植在三维基质支架中，置于应变场和电磁场中，使细胞取向生长，提高其代谢，促进其分泌功能，以构建出具有特定形态和功能的组织替代物的装置。本设计由微机系统、功率放大器等组成的控制部分，由步进电机、连杆机构构成的机械部分，由直流电源、亥姆霍兹线圈组成的电磁部分，由培养瓶、种植有细胞的三维基质支架等构成的组织反应器部分构成。结构简单、使用方便，应用广泛，给组织缺损病人带来福音。

主权项

1.一种复合场三维细胞培养装置，其特征在于：由微处理器系统〔1〕分别控制步进电机〔2〕带动连杆机构〔3〕上的丝杠〔4〕作周期性往复运动和控制直流电源〔5〕，输出脉冲电流，使绕在固定架〔6〕上的亥姆霍兹线圈组〔7〕、〔8〕、〔9〕、〔10〕产生脉冲电磁场；组织反应器〔11〕是园柱形玻璃培养瓶，两端分别开有小孔固定夹持具〔12〕和供丝杠伸出，种植有细胞〔13〕的三维基质支架材料〔14〕置于培养液〔15〕中，两端由夹持具〔12〕和〔16〕固定，〔17〕为培养瓶盖，固定在丝杠上的三维基质支架材料随丝杠运动产生动态应变场，应变场与电磁场复合作用于支架材料中的细胞，组织反应器置于CO2培养箱〔18〕中以保证细胞生长的外界条件，培养箱中设有散热器〔19〕，培养箱上有专用孔〔20〕供管线进出，其具体的控制部分、机械部分、电磁部分和组织反应器部分分述如下：(1.1)控制部分的硬件是由一片低功耗8位单片微处理器、一个LCD液晶显示器、一个键盘监控接口，一个过零检测位置的光电信号检测电路，步进电机各相细分值锁存器，功率放大器，以及触发脉冲信号驱动电路、VMOS开关管、直流电源及亥姆霍兹线圈组成，(1.2)机械部分是由位于密封腔〔21〕内的步进电机〔2〕带动转动圆盘〔22〕上的滑槽〔23〕使连接的驱动臂〔24〕和连杆〔25〕驱动带有运动轴承〔26〕的推动杆〔27〕作周期性往复运动，固定在推动杆上的丝杠〔4〕及其连接的支架材料〔14〕与推动杆一起运动，设有标尺〔28〕指示材料伸缩长度，转动园盘上有偏心孔〔29〕，由偏心距调节钮〔30〕调节偏心距，滑槽的支点〔31〕位于驱动臂上，各部件由紧固螺钉〔32〕固定，〔33〕为滑动轴，设在驱动臂〔24〕一侧，连杆〔25〕、驱动臂〔24〕和滑动轴〔33〕由上而下由螺钉〔32〕连接，可以随驱动臂的摆动使其在滑动轴上左右滑动，滑动轴嵌在机座〔35〕的台面内，〔34〕为绝热垫，贴在机座〔35〕下的密封腔〔21〕的腔壁内侧，〔35〕为机座，进气管〔36〕有两个，排气管〔37〕有一个，进、排气管连同控制步进电机的导线一起从CO2培养箱的专用出孔〔20〕引出，(1.2.1)连杆机构作周期性往复运动的幅度和频率由电机驱动的圆盘的偏心距和转速决定，电机驱动园盘的偏心距：0、2、4、6、8、10、15、20mm，共8档，电机的转速为0～300转/分，应变场强度：0～100％，频率0～5Hz，应变场强度和频率独立变化，(1.3)电磁部分是由微处理器输出触发脉冲信号，控制电源输出电流驱动绕在固定架上的亥姆霍兹线圈组，以产生电磁场，电磁场的强度与流过亥姆霍兹线圈的电流成正比，通过调节直流电源输出电流大小来调节电磁场强度，通过调节触发脉冲信号的频率来调节电磁场频率，(1.4)组织反应器是园柱形培养瓶，培养瓶盖盖于培养瓶上，培养瓶两端分别开有小孔固定夹持具〔12〕和供丝杠〔4〕伸出，丝杠与小孔的缝隙用封口膜作动态密封，种植有细胞的三维基质支架置于培养液中，两端由夹持具〔12〕和〔16〕固定，三维基质支架是由直径为5～100μm的聚合物纤维编织成网孔为4～1000μm2的纤维网构成，组织反应器置于CO2培养箱中以保持适于细胞生长的CO2浓度和有湿度的空气环境，电磁场和应变场复合作用于组织反应器的支架材料中的细胞，(1.4.1)培养条件：CO2浓度5～10％，温度35～37℃，相对湿度90％以上。