專(zhuān)利名稱(chēng)：模擬膝關(guān)節(jié)物理環(huán)境培養(yǎng)軟骨的方法及生物反應(yīng)器的制作方法
模擬膝關(guān)節(jié)物理環(huán)境培養(yǎng)軟骨的方法及生物反應(yīng)器(一) 技術(shù)領(lǐng)域-本發(fā)明涉及一種模擬膝關(guān)節(jié)物理環(huán)境培養(yǎng)軟骨的方法及生物反應(yīng)器，特別 是指滾壓載荷、雙頻振動(dòng)載荷以及低氧條件下模擬關(guān)節(jié)物理環(huán)境應(yīng)用于細(xì)胞、 組織培養(yǎng)和保存的方法及相關(guān)的生物反應(yīng)器，屬于生物醫(yī)學(xué)工程技術(shù)領(lǐng)域。(二) 背景技術(shù)-關(guān)節(jié)軟骨損傷是外科常見(jiàn)的疾病之一，通常由外傷、手術(shù)切除、骨性關(guān)節(jié) 炎等慢性疾病引起。臨床表現(xiàn)為頑固性疼痛，關(guān)節(jié)活動(dòng)障礙，嚴(yán)重者可完全喪 失關(guān)節(jié)功能，成為肢殘和勞動(dòng)力喪失的主要原因之一。大量研究結(jié)果表明，由 于軟骨組織再生能力極為有限，軟骨損傷自我修復(fù)幾乎不可能。目前臨床上較 多采取"關(guān)節(jié)鉆孔"、"微骨折"等方法治療軟骨缺損近期能緩解疼痛，但遠(yuǎn)不 令人滿意。組織工程正成為一種永久修復(fù)組織缺損的理想方法，在種子細(xì)胞、 支架材料、生長(zhǎng)調(diào)節(jié)因子、組織構(gòu)建方面都已取得輝煌成就的今天，仍然缺乏 合適的生物反應(yīng)器構(gòu)建人工軟骨。軟骨組織工程的基本方法是將自體或異體細(xì)胞經(jīng)體外培養(yǎng)、擴(kuò)增后，接種 到一種組織相容性好、可降解吸收的生物材料上，形成細(xì)胞一生物材料復(fù)合體 后，將細(xì)胞一生物材料植入體內(nèi)組織缺損部位，生物材料逐漸被降解吸收，而 細(xì)胞就形成了新的有功能的組織，達(dá)到修復(fù)組織或器官缺損的目的。軟骨組織是人體的承力結(jié)構(gòu)，軟骨細(xì)胞對(duì)力學(xué)環(huán)境較敏感。關(guān)節(jié)軟骨的力 學(xué)條件不正常就可能使軟骨組織退化或變性。在關(guān)節(jié)軟骨的物理環(huán)境中除低氧 條件外，力學(xué)條件是最重要的影響因素。最近幾年相關(guān)研究者對(duì)不同的力學(xué)刺激，以?xún)?yōu)化培養(yǎng)物的結(jié)構(gòu)和功能做了 大量研究國(guó)內(nèi)有研究者采用靜張應(yīng)力對(duì)大鼠髁突軟骨細(xì)胞增殖效應(yīng)進(jìn)行研究，實(shí)驗(yàn)表明細(xì)胞增殖數(shù)量隨靜張應(yīng)力增高而升高[華西口腔醫(yī)學(xué)雜志，2003, 21 (1)， 57-60];也有研究空氣壓應(yīng)力對(duì)體外培養(yǎng)軟骨細(xì)胞分泌細(xì)胞因子的影響 [解剖學(xué)報(bào)，2001， 32 (4)， 385-387];離心力在體外構(gòu)建組織工程軟骨中的作 用[中華實(shí)驗(yàn)外科雜志。2005， 22 (3)， 281-283];周期性流體應(yīng)力刺激對(duì)組織工程軟骨分化影響的實(shí)驗(yàn)研究[骨與關(guān)節(jié)損傷雜志，2003， 18 (9)， 620-622]。 這些加載方法可以促進(jìn)細(xì)胞增殖或功能發(fā)揮，但和真正軟骨受載是有差別的。 Mauck等[J Biomech Eng， 2000; 122(3): 252-260]把軟骨細(xì)胞接種在瓊脂糖 凝膠進(jìn)行動(dòng)態(tài)直接施壓，載荷大小是使復(fù)合體變形10%，頻率為lHz，探索功 能化軟骨組織工程的培養(yǎng)，4周后發(fā)現(xiàn)GAG (氨基葡聚糖)升高45%，膠原含量 增加37%，明顯高于未加載組。Buschmann (Journal of Cell Science 108 (Pt 4) (1995) 1497 - 1508)等施加1Hz,應(yīng)變3%的動(dòng)態(tài)壓載荷進(jìn)行軟骨構(gòu)建，實(shí) 驗(yàn)表明硫酸軟骨素增加15%-25%，脯氨酸增加10%-25%，同時(shí)，在這種力學(xué)條件 下研究不同培養(yǎng)時(shí)間培養(yǎng)物彈性模量的變化。以上流體剪應(yīng)力、液體壓力、拉 伸、直接壓縮、變形剪應(yīng)力等分別都是活體軟骨受力狀態(tài)的微觀部分體現(xiàn)，人 體在行走中膝關(guān)節(jié)的股骨遠(yuǎn)端和脛骨近端相互接觸，有滑動(dòng)和滾動(dòng)兩種運(yùn)動(dòng)。 其中關(guān)節(jié)軟骨受到壓縮和剪切，壓縮應(yīng)變平均超過(guò)13%，應(yīng)力甚至可達(dá)20MPa， 這是人體在行走等活動(dòng)中軟骨組織等受到的是低頻高幅載荷，同時(shí)肌肉為保持 身體形態(tài)對(duì)骨施加高頻低幅載荷，因此從仿生角度，我們提出采用滾壓載荷和 雙頻振動(dòng)載荷模擬關(guān)節(jié)的力學(xué)條件。這種加載方式可能優(yōu)化軟骨組織工程或組 織保存的力學(xué)環(huán)境。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的旨在提供一種模擬膝關(guān)節(jié)物理環(huán)境培養(yǎng)軟骨的方法及生物反 應(yīng)器，以解決現(xiàn)有技術(shù)中的不足。采用滾壓載荷或/和雙頻振動(dòng)載荷和低氧環(huán)境 的物理?xiàng)l件模擬人體關(guān)節(jié)軟骨環(huán)境，用于軟骨培養(yǎng)物培養(yǎng)的方法及生物反應(yīng)器。本發(fā)明一種模擬膝關(guān)節(jié)物理環(huán)境培養(yǎng)軟骨的方法，是在生物反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行， 其具體方法如下將軟骨培養(yǎng)物固定于所述的生物反應(yīng)器的培養(yǎng)室底板；通過(guò)計(jì)算機(jī)控制灌 流系統(tǒng)，保證培養(yǎng)室內(nèi)培養(yǎng)液的更換，使軟骨培養(yǎng)物處于細(xì)胞可生長(zhǎng)的生物環(huán) 境下，軟骨培養(yǎng)物的培養(yǎng)箱內(nèi)氧氣含量為1%-10%;通過(guò)滾壓加載機(jī)構(gòu)對(duì)軟骨培養(yǎng)物施加滾壓載荷，使軟骨培養(yǎng)物被輥?zhàn)觼?lái)回滾動(dòng)，受到滾壓載荷，其中滾動(dòng)速度載荷為0.01-15cm/s，加載體(即輥?zhàn)?往復(fù)滾動(dòng)頻率為0.001-3Hz，輥 子滾動(dòng)接觸處軟骨培養(yǎng)物變形1%- 60%;另外雙頻振動(dòng)機(jī)構(gòu)對(duì)軟骨培養(yǎng)物施加 雙頻振動(dòng)載荷，兩種載荷頻率范圍均為0.001-100Hz，應(yīng)變幅值為0. 000001-0. 6; 加載時(shí)間為每24小時(shí)加載1-6次，每次10分鐘-360分鐘， 培養(yǎng)l-60天；在此種力學(xué)環(huán)境使組織生長(zhǎng)、發(fā)育，完成培養(yǎng)物的培養(yǎng)。其中，所述的培養(yǎng)液是生物學(xué)細(xì)胞培養(yǎng)常規(guī)培養(yǎng)液，可從市場(chǎng)上購(gòu)買(mǎi)。所 述的培養(yǎng)箱是生物學(xué)細(xì)胞培養(yǎng)常規(guī)使用的，可從市場(chǎng)上購(gòu)買(mǎi)。其中，所述的培養(yǎng)箱內(nèi)氧氣含量是通過(guò)在培養(yǎng)箱內(nèi)加入50%-95%的C02實(shí)現(xiàn)；其中，所述的軟骨培養(yǎng)物是軟骨細(xì)胞、軟骨組織、軟骨細(xì)胞與支架復(fù)合 體或軟骨移植組織。其中，通過(guò)滾壓加載機(jī)構(gòu)對(duì)軟骨培養(yǎng)物施加滾壓載荷，是指在培養(yǎng)物上表 面直接施加。其中，雙頻振動(dòng)機(jī)構(gòu)對(duì)軟骨培養(yǎng)物施加雙頻振動(dòng)載荷，是指在培養(yǎng)物下表 面直接施加。其中，所述的雙頻振動(dòng)載荷包括低頻高幅疊加高頻低幅的特征，各載荷波 形為方波、正弦波、三角波。本發(fā)明一種模擬膝關(guān)節(jié)物理環(huán)境培養(yǎng)軟骨的生物反應(yīng)器，主要是針對(duì)本發(fā) 明所提出的方法而設(shè)計(jì)，該生物反應(yīng)器包括培養(yǎng)箱、培養(yǎng)液灌流系統(tǒng)、滾壓加 載機(jī)構(gòu)、雙頻振動(dòng)加載機(jī)構(gòu)、培養(yǎng)室和計(jì)算機(jī)等；所述的滾壓加載機(jī)構(gòu)是使一個(gè)輥?zhàn)訚L壓培養(yǎng)物的純滾動(dòng)的機(jī)構(gòu)，包括圓柱 型輥?zhàn)?，其兩側(cè)同心有大小相等的齒輪，另有齒條，步進(jìn)電機(jī)和絲杠；齒輪l 在齒條上運(yùn)動(dòng)，齒輪與輥?zhàn)油S，絲杠連接輥?zhàn)拥妮S，步進(jìn)電機(jī)與絲杠連接。 其中，所述的輥?zhàn)訛椴讳P鋼材料，表面為均勻厚度0-4mm的硅膠膜；所述的雙頻振動(dòng)加載機(jī)構(gòu)主要包括導(dǎo)向軸承、挺桿、凸輪和一個(gè)壓電陶瓷 驅(qū)動(dòng)器、電機(jī)等；凸輪的軸與電機(jī)同軸，凸輪與挺桿接觸，挺桿另一側(cè)和壓電 陶瓷驅(qū)動(dòng)器連接，壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器另一端連接加載頭。復(fù)位彈簧套在加載頭上， 使加載頭復(fù)位。培養(yǎng)室內(nèi)底面固定培養(yǎng)物，培養(yǎng)室壁上有灌流接口，將培養(yǎng)室與灌流系統(tǒng) 連接。所述的灌流系統(tǒng)，包括培養(yǎng)液儲(chǔ)存瓶，通過(guò)硅膠管與培養(yǎng)室連接，由蠕動(dòng) 泵提供流動(dòng)動(dòng)力；所述的計(jì)算機(jī)裝有壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器軟件系統(tǒng)及蠕動(dòng)泵控制系統(tǒng)，可對(duì)壓電 陶瓷驅(qū)動(dòng)器及蠕動(dòng)泵進(jìn)行自動(dòng)控制。滾壓加載機(jī)構(gòu)及雙頻振動(dòng)加載機(jī)構(gòu)、培養(yǎng)液灌流系統(tǒng)和培養(yǎng)室都放在培養(yǎng) 箱內(nèi)；且滾壓加載機(jī)構(gòu)的輥?zhàn)又糜谂囵B(yǎng)室內(nèi)；培養(yǎng)室底板底面與雙頻振動(dòng)加載 機(jī)構(gòu)連接，培養(yǎng)室通過(guò)灌流接口與培養(yǎng)液灌流系統(tǒng)相通；計(jì)算機(jī)通過(guò)導(dǎo)線進(jìn)入 培養(yǎng)箱內(nèi)連接滾壓加載機(jī)構(gòu)及雙頻振動(dòng)加載機(jī)構(gòu)、培養(yǎng)液灌流系統(tǒng)。本發(fā)明一種模擬膝關(guān)節(jié)物理環(huán)境培養(yǎng)軟骨的方法及生物反應(yīng)器，其優(yōu)點(diǎn)及 功效在于:本發(fā)明方法中對(duì)軟骨培養(yǎng)物所施加滾壓載荷或/和雙頻振動(dòng)載荷加載 方式及低氧環(huán)境更接近關(guān)節(jié)生理?xiàng)l件。(四)


圖l為本發(fā)明所述的方法總框圖； 圖2為本發(fā)明生物反應(yīng)器的立體示意圖； 圖3為本發(fā)明生物反應(yīng)器中放置了培養(yǎng)物后的俯視圖； 圖4為本發(fā)明生物反應(yīng)器中的灌流系統(tǒng)示意圖； 圖5為圖2的剖面示意圖；圖6為每種壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器可加載的四種波形示意圖； 圖中具體標(biāo)號(hào)如下l齒輪； 2輥?zhàn)樱?3壓條；5拉桿； 6絲杠； 7步進(jìn)電機(jī)9支架； IO上底板； ll齒條；13導(dǎo)向軸承；14挺桿； 15凸輪； 17底板平臺(tái)；18壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器； 20培養(yǎng)箱； 21復(fù)位彈簧；22加載頭(五)
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的說(shuō)明。 一種本發(fā)明模擬膝關(guān)節(jié)物理環(huán)境培養(yǎng)軟骨的方法，是在生物反應(yīng)器內(nèi)進(jìn) 行，如圖1所示，它包括具備低氧和37度溫度調(diào)節(jié)的細(xì)胞培養(yǎng)培養(yǎng)箱，及灌流等 條件，在無(wú)菌條件下把培養(yǎng)物轉(zhuǎn)移到消毒過(guò)的培養(yǎng)室內(nèi)，按細(xì)胞、組織培養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn) 過(guò)程操作，將培養(yǎng)物固定于培養(yǎng)室底板，由蠕動(dòng)泵驅(qū)動(dòng)培養(yǎng)液灌注，保持培養(yǎng)4培養(yǎng)室； 8灌流接口 ; 12支柱； 16電豐幾； 19培養(yǎng)物；液新鮮，培養(yǎng)液中加入活性因子(如，生長(zhǎng)因子等)。由計(jì)算機(jī)控制，軟骨培養(yǎng)物的培養(yǎng)箱內(nèi)氧氣含量為1%-10%，通過(guò)在培養(yǎng)箱內(nèi)加入50%-95呢的C02實(shí)現(xiàn)；輥 子2為不銹鋼材料，表面為均勻厚度0-4mm的硅膠膜；通過(guò)滾壓加載機(jī)構(gòu)使輥?zhàn)?來(lái)回滾動(dòng)，培養(yǎng)物被受到滾壓載荷，其中滾動(dòng)速度載荷為0.01-15Cm/S，加載 體往復(fù)滾動(dòng)頻率為0.001-3Hz，輥?zhàn)訚L動(dòng)接觸處軟骨培養(yǎng)物變形1%- 60%;另外 雙頻振動(dòng)加載機(jī)構(gòu)在軟骨培養(yǎng)物下表面施雙頻振動(dòng)載荷，兩種載荷頻率范圍均 為0.001-100Hz，應(yīng)變幅值為0.001-0.6。該雙頻振動(dòng)載荷包括低頻高幅疊加高 頻低幅的特征，如，其低頻范圍為0.01-10Hz，高幅應(yīng)變范圍為0.001-0.4;高 頻范圍為5-100Hz，低幅應(yīng)變范圍為O. 000001-0. 01;各載荷波形為方波、正弦 波、三角波；這樣培養(yǎng)物受到的是低頻高幅疊加高頻低幅載荷作用，如圖6所示。 加載時(shí)間為每24h加載l-6次，每次10min-360min，培養(yǎng)1-60天。在此種力學(xué)環(huán) 境使組織生長(zhǎng)、發(fā)育，完成培養(yǎng)物的培養(yǎng)。本發(fā)明所述的培養(yǎng)液是生物學(xué)細(xì)胞培養(yǎng)常規(guī)培養(yǎng)液，可從市場(chǎng)上購(gòu)買(mǎi)。所 述的培養(yǎng)箱是生物學(xué)細(xì)胞培養(yǎng)常規(guī)使用的，可從市場(chǎng)上購(gòu)買(mǎi)。本發(fā)明所述的培養(yǎng)物是細(xì)胞、組織、細(xì)胞與支架復(fù)合體或移植組織。所 述的通過(guò)滾壓加載機(jī)構(gòu)對(duì)軟骨培養(yǎng)物施加滾壓載荷，是指在培養(yǎng)物上表面直接 施加。所述的雙頻振動(dòng)機(jī)構(gòu)對(duì)軟骨培養(yǎng)物施加雙頻振動(dòng)載荷，是指在培養(yǎng)物下 表面直接施加。本發(fā)明一種模擬膝關(guān)節(jié)物理環(huán)境培養(yǎng)軟骨的生物反應(yīng)器，主要是針對(duì)本發(fā) 明所提出的方法而設(shè)計(jì)，如圖2至圖5所示，該生物反應(yīng)器包括培養(yǎng)箱、培養(yǎng) 液灌流系統(tǒng)、滾壓加載機(jī)構(gòu)、雙頻振動(dòng)加載機(jī)構(gòu)、培養(yǎng)室、上底板10、底板平 臺(tái)17、支柱12及計(jì)算機(jī)等；所述的上底板10及底板平臺(tái)17通過(guò)四根支柱12固定成一個(gè)框架結(jié)構(gòu)，所 述的滾壓加載機(jī)構(gòu)和培養(yǎng)室4通過(guò)兩個(gè)豎向的平板狀的支架9固定于上底板10 上。所述的滾壓加載機(jī)構(gòu)是使一個(gè)輥?zhàn)訚L壓培養(yǎng)物的純滾動(dòng)的機(jī)構(gòu)，包括圓柱 型輥?zhàn)?，其兩惻同心有大小相等的齒輪l;兩齒條11沿支架9內(nèi)側(cè)底部固定 于支架9上；齒輪1在齒條11上運(yùn)動(dòng)，齒輪1與輥?zhàn)?同軸，絲杠6連接輥?zhàn)?2的軸，步進(jìn)電機(jī)7與絲杠6連接。其中，輥?zhàn)?為不銹鋼材料，表面為均勻厚度0-4mm的硅膠膜，模擬關(guān)節(jié)中另一面的軟骨。所述的雙頻振動(dòng)加載機(jī)構(gòu)主要包括導(dǎo)向軸承13、挺桿14、凸輪15和一個(gè) 壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器18、電機(jī)16等；凸輪15的軸與電機(jī)16同軸，凸輪15與挺桿 14接觸，挺桿14另一側(cè)和壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器18連接，壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器18另一 端連接加載頭22。復(fù)位彈簧21套在加載頭22上，使加載頭復(fù)位，如圖5所示。培養(yǎng)室4內(nèi)底面固定培養(yǎng)物19，培養(yǎng)室壁上有灌流接口 8，將培養(yǎng)室4與 灌流系統(tǒng)連接。所述的灌流系統(tǒng)，包括培養(yǎng)液儲(chǔ)存瓶23，通過(guò)硅膠管24與培養(yǎng)室4連接, 由蠕動(dòng)泵25提供流動(dòng)動(dòng)力；所述的計(jì)算機(jī)裝有壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器軟件系統(tǒng)及蠕動(dòng)泵控制系統(tǒng)，可對(duì)壓電 陶瓷驅(qū)動(dòng)器及蠕動(dòng)泵進(jìn)行自動(dòng)控制。滾壓加載機(jī)構(gòu)及雙頻振動(dòng)加載機(jī)構(gòu)、培養(yǎng)液灌流系統(tǒng)和培養(yǎng)室都放在培養(yǎng) 箱內(nèi)；且滾壓加載機(jī)構(gòu)的輥?zhàn)又糜谂囵B(yǎng)室內(nèi)；培養(yǎng)室底板底面與雙頻振動(dòng)加載 機(jī)構(gòu)連接，培養(yǎng)室通過(guò)灌流接口8與培養(yǎng)液灌流系統(tǒng)相通；計(jì)算機(jī)通過(guò)導(dǎo)線進(jìn) 入培養(yǎng)箱內(nèi)連接滾壓加載機(jī)構(gòu)及雙頻振動(dòng)加載機(jī)構(gòu)、培養(yǎng)液灌流系統(tǒng)。該生物反應(yīng)器工作時(shí)，由計(jì)算機(jī)控制，軟骨培養(yǎng)物的培養(yǎng)箱內(nèi)氧氣含量為 1%-10%，通過(guò)在培養(yǎng)箱內(nèi)加入50Q/。-95%的0)2實(shí)現(xiàn)；對(duì)于滾壓加載機(jī)構(gòu)，輥?zhàn)?與 其兩側(cè)大小相等的齒輪1固定在同一軸上,齒輪1在齒條11上由步進(jìn)電機(jī)7通過(guò)絲 杠6控制往復(fù)運(yùn)動(dòng)，這樣帶動(dòng)輥?zhàn)釉谂囵B(yǎng)室內(nèi)往復(fù)純滾動(dòng)。同時(shí)壓條3壓在輥?zhàn)?的軸上，向下調(diào)節(jié)壓條3，給輥?zhàn)拥妮S向下的力，輥?zhàn)?向下運(yùn)動(dòng)，給培養(yǎng)物19 一定壓縮量。對(duì)于雙頻振動(dòng)機(jī)構(gòu)，導(dǎo)向軸承13中有挺桿14、壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器18、 加載頭22依次相互連接，其中挺桿14一面與凸輪15接觸，加載頭17直接與培養(yǎng) 室4底板底面接觸。電機(jī)16帶動(dòng)凸輪15旋轉(zhuǎn)，引起挺桿14、壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器18、 加載頭22和培養(yǎng)室4上下振動(dòng)，同時(shí)壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器18被輸入不同電壓信號(hào)，引 起壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器18不同伸縮位移，輥?zhàn)?的高度固定，使培養(yǎng)物19同樣受到振 動(dòng)載荷，復(fù)位彈簧21使雙頻振動(dòng)加載機(jī)構(gòu)復(fù)位。兩種振動(dòng)疊加形成雙頻振動(dòng)載 荷。灌流系統(tǒng)保證培養(yǎng)液的更換。這樣實(shí)現(xiàn)對(duì)培養(yǎng)物的滾壓載荷或/和雙頻振動(dòng) 載荷和低氧條件下培養(yǎng)。
權(quán)利要求
1、一種模擬膝關(guān)節(jié)物理環(huán)境培養(yǎng)軟骨的方法，是在生物反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行，其特征在于該方法具體如下將軟骨培養(yǎng)物固定于所述的生物反應(yīng)器的培養(yǎng)室底板；通過(guò)計(jì)算機(jī)控制灌流系統(tǒng)，保證培養(yǎng)室內(nèi)培養(yǎng)液的更換，使軟骨培養(yǎng)物處于細(xì)胞可生長(zhǎng)的生物環(huán)境下，軟骨培養(yǎng)物的培養(yǎng)箱內(nèi)氧氣含量為1％-10％；通過(guò)滾壓加載機(jī)構(gòu)對(duì)軟骨培養(yǎng)物施加滾壓載荷，使軟骨培養(yǎng)物被輥?zhàn)觼?lái)回滾動(dòng)，受到滾壓載荷，滾動(dòng)速度載荷為0.01-15cm/s，輥?zhàn)油鶑?fù)滾動(dòng)頻率為0.001-3Hz，輥?zhàn)訚L動(dòng)接觸處軟骨培養(yǎng)物變形1％-60％；另外雙頻振動(dòng)機(jī)構(gòu)對(duì)軟骨培養(yǎng)物施加雙頻振動(dòng)載荷，兩種載荷頻率范圍均為為0.001-100Hz，應(yīng)變幅值為0.000001-0.6；加載時(shí)間為每24小時(shí)加載1-6次，每次10分鐘-360分鐘，培養(yǎng)1-60天；在此種力學(xué)環(huán)境使組織生長(zhǎng)、發(fā)育，完成培養(yǎng)物的培養(yǎng)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的模擬膝關(guān)節(jié)物理環(huán)境培養(yǎng)軟骨的方法，其特征在 于.-所述的培養(yǎng)箱內(nèi)氧氣含量通過(guò)在培養(yǎng)箱內(nèi)加入50%-95%的C02實(shí)現(xiàn)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的模擬膝關(guān)節(jié)物理環(huán)境培養(yǎng)軟骨的方法，其特征在于所述的軟骨培養(yǎng)物是軟骨細(xì)胞、軟骨組織、軟骨細(xì)胞與支架復(fù)合體或軟骨移植組織。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的模擬膝關(guān)節(jié)物理環(huán)境培養(yǎng)軟骨的方法，其特征在于通過(guò)滾壓加載機(jī)構(gòu)對(duì)軟骨培養(yǎng)物施加滾壓載荷，是指在培養(yǎng)物上表面直接施加。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的模擬膝關(guān)節(jié)物理環(huán)境培養(yǎng)軟骨的方法，其特征在 于雙頻振動(dòng)機(jī)構(gòu)對(duì)軟骨培養(yǎng)物施加雙頻振動(dòng)載荷，是指在培養(yǎng)物下表面直接 施加。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的模擬膝關(guān)節(jié)物理環(huán)境培養(yǎng)軟骨的方法，其特征在于所述的雙頻振動(dòng)載荷包括低頻高幅疊加高頻低幅的特征，各載荷波形為方 波、正弦波、三角波。
7、 一種模擬膝關(guān)節(jié)物理環(huán)境培養(yǎng)軟骨的生物反應(yīng)器，其特征在于所述的 生物反應(yīng)器包括培養(yǎng)箱、培養(yǎng)液灌流系統(tǒng)、滾壓加載機(jī)構(gòu)、雙頻振動(dòng)加載機(jī)構(gòu)、 培養(yǎng)室和計(jì)算機(jī)等；所述的滾壓加載機(jī)構(gòu)包括圓柱型輥?zhàn)?，其兩?cè)同心有大小相等的齒輪，另 有齒條，步進(jìn)電機(jī)和絲杠；齒輪在齒條上運(yùn)動(dòng)，齒輪與輥?zhàn)油S，絲杠連接輥 子的軸，步進(jìn)電機(jī)與絲杠連接；所述的雙頻振動(dòng)加載機(jī)構(gòu)主要包括導(dǎo)向軸承、挺桿、凸輪和一個(gè)壓電陶瓷 驅(qū)動(dòng)器、電機(jī)；凸輪的軸與電機(jī)同軸，凸輪與挺桿接觸，挺桿另一側(cè)和壓電陶 瓷驅(qū)動(dòng)器連接，壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器另一端連接加載頭，復(fù)位彈簧套在加載頭上， 使加載頭復(fù)位；培養(yǎng)室壁上有灌流接口，將培養(yǎng)室與灌流系統(tǒng)連接；所述的灌流系統(tǒng)，包括培養(yǎng)液儲(chǔ)存瓶，通過(guò)硅膠管與培養(yǎng)室連接，由蠕動(dòng) 泵提供流動(dòng)動(dòng)力；所述的計(jì)算機(jī)裝有壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器軟件系統(tǒng)及蠕動(dòng)泵控制系統(tǒng)，可對(duì)壓電 陶瓷驅(qū)動(dòng)器及蠕動(dòng)泵進(jìn)行自動(dòng)控制；滾壓加載機(jī)構(gòu)及雙頻振動(dòng)加載機(jī)構(gòu)、培養(yǎng)液灌流系統(tǒng)和培養(yǎng)室都放在培養(yǎng) 箱內(nèi)；且滾壓加載機(jī)構(gòu)的輥?zhàn)又糜谂囵B(yǎng)室內(nèi)；培養(yǎng)室底板底面與雙頻振動(dòng)加載 機(jī)構(gòu)連接，培養(yǎng)室通過(guò)灌流接口與培養(yǎng)液灌流系統(tǒng)相通；計(jì)算機(jī)通過(guò)導(dǎo)線進(jìn)入 培養(yǎng)箱內(nèi)連接滾壓加載機(jī)構(gòu)及雙頻振動(dòng)加載機(jī)構(gòu)、培養(yǎng)液灌流系統(tǒng)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的模擬膝關(guān)節(jié)物理環(huán)境培養(yǎng)軟骨的生物反應(yīng)器，其 特征在于所述的輥?zhàn)訛椴讳P鋼材料，表面為均勻厚度0-4mm的硅膠膜。
全文摘要
本發(fā)明一種模擬膝關(guān)節(jié)物理環(huán)境培養(yǎng)軟骨的方法及其生物反應(yīng)器，該方法具體為將軟骨培養(yǎng)物固定于包括培養(yǎng)箱、培養(yǎng)液灌流系統(tǒng)、滾壓加載機(jī)構(gòu)、雙頻振動(dòng)加載機(jī)構(gòu)、培養(yǎng)室和計(jì)算機(jī)等的生物反應(yīng)器的培養(yǎng)室內(nèi)；計(jì)算機(jī)控制灌流系統(tǒng)，保證培養(yǎng)液的更換，使軟骨培養(yǎng)物處于細(xì)胞可生長(zhǎng)的生物環(huán)境，培養(yǎng)箱內(nèi)氧氣含量為1％-10％；輥?zhàn)訛椴讳P鋼材料，表面為均勻厚度0-4mm的硅膠膜；通過(guò)滾壓加載機(jī)構(gòu)使軟骨培養(yǎng)物被輥?zhàn)觼?lái)回滾動(dòng)，受到滾壓載荷，滾動(dòng)速度載荷為0.01-15cm/s，輥?zhàn)油鶑?fù)滾動(dòng)頻率為0.001-3Hz，輥?zhàn)訚L動(dòng)接觸處軟骨培養(yǎng)物變形1％-60％；加載時(shí)間為每24小時(shí)加載1-6次，每次10分鐘-360分鐘，培養(yǎng)1-60天。
文檔編號(hào)C12M1/00GK101250501SQ200810103928
公開(kāi)日2008年8月27日 申請(qǐng)日期2008年4月11日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月11日
發(fā)明者張春秋, 樊瑜波 申請(qǐng)人:北京航空航天大學(xué)