專利名稱：人工肝用微囊懸浮型流化床式生物反應(yīng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于生物醫(yī)學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種醫(yī)療設(shè)備， 一種為生物型或混合型生物 人工肝治療的核心裝置——人工肝用微囊懸浮型流化床式生物反應(yīng)器。
技術(shù)背景生物反應(yīng)器是生物型和混合型人工肝支持系統(tǒng)的核心裝置，不僅是外源性肝細(xì)胞和病 人血液或血漿進(jìn)行物質(zhì)交換的場(chǎng)所，也為肝細(xì)胞提供較為理想的生長(zhǎng)環(huán)境，作為人工肝用 生物反應(yīng)器一般要符合以下基本要求中小分子雙向傳輸，以及大分子物質(zhì)免疫隔阻，保 障肝細(xì)胞活性及一定容量。目前，其中目前應(yīng)用最多的是中空纖維生物反應(yīng)器，但中空纖維生物反應(yīng)器的缺點(diǎn)是 細(xì)胞分布不均勻，細(xì)胞粘附性差，在實(shí)際應(yīng)用中肝細(xì)胞可聚集成較大的團(tuán)塊，既影響其生 長(zhǎng)代謝功能，又易造成半透膜的堵塞，不利于物質(zhì)交換。為了克服此缺點(diǎn)，把肝細(xì)胞包裹 在孔性的微囊里，構(gòu)成了微囊化的肝細(xì)胞，放進(jìn)反應(yīng)容器內(nèi)，以此用血漿/培養(yǎng)也直接進(jìn)行 灌流，構(gòu)建了微囊型懸浮型生物反應(yīng)器人工肝支持系統(tǒng)，為人工肝治療提供了新的嘗試， 結(jié)果表明微囊懸浮型生物反應(yīng)器可在提高物質(zhì)交換效率方面顯示其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，這對(duì)生物 反應(yīng)器的功效發(fā)揮尤為重要，微囊化肝細(xì)胞生物反應(yīng)器最初是采取固化床式生物反應(yīng)器設(shè) 計(jì)，僅適合小型動(dòng)物實(shí)驗(yàn)，但放大應(yīng)用后就有局限性，是因?yàn)橹苯油穼?dǎo)致了大量微囊化 的肝細(xì)胞低灌注狀態(tài)，影響微囊膜的內(nèi)外物質(zhì)交換，以及物質(zhì)吸收、轉(zhuǎn)化解毒功能，而且 在灌流液的高剪切力作用下，固定的微囊化肝細(xì)胞更容易損傷。故采用流化床式生物反應(yīng) 器更適合微囊化肝細(xì)胞在此生物人工肝系統(tǒng)中發(fā)揮作用。但是傳統(tǒng)的生物人工肝流化床式 反應(yīng)器采用柱型，在一般流速下也存在灌流死腔，甚至無(wú)效灌流及邊際效應(yīng)的問(wèn)題，影響 了生物人工肝的支持治療效果。 發(fā)明內(nèi)容本設(shè)計(jì)的目的在于提供一種適用于生物性人工肝的微囊懸浮型流化床式生物反應(yīng)器， 避免灌流死腔，操作簡(jiǎn)便，成本低，功效更強(qiáng)。本設(shè)計(jì)的人工肝用微囊懸浮型流化床式生物反應(yīng)器，包括液體進(jìn)口，液體出口，微囊 和預(yù)沖洗液入口及取樣口，反應(yīng)器呈底徑小頂徑大的漏斗形，漏斗形反應(yīng)器的上頸部有細(xì) 胞篩網(wǎng)，下底部有細(xì)胞篩網(wǎng)，液體出口處設(shè)置細(xì)胞濾器，液體進(jìn)口與細(xì)胞篩網(wǎng)之間，細(xì)胞 濾器與細(xì)胞篩網(wǎng)之間各有一個(gè)緩沖小腔區(qū)，細(xì)胞篩網(wǎng)和細(xì)胞篩網(wǎng)之間容納微囊化肝細(xì)胞；液體進(jìn)口外接膜氧合器，液體出口外接用于吸附免疫大分子的免疫吸附器。上述細(xì)胞篩網(wǎng)的直徑為20-40mm，篩網(wǎng)孔徑200-300目，細(xì)胞篩網(wǎng)的直徑為60-80mm，篩網(wǎng)孔徑600-700目，細(xì)胞濾器的孔徑為l-5um。微囊和預(yù)沖洗液入口設(shè)置在細(xì)胞篩網(wǎng)下方20mm-40mm處，并配制閥門(mén)；取樣口設(shè)置在細(xì)胞篩網(wǎng)以上20mm-30mm處，配制閥門(mén)。 本設(shè)計(jì)方案進(jìn)一步敘述如下本設(shè)計(jì)的用于人工肝用新型微囊型流化床式生物反應(yīng)器，包括液體進(jìn)出口微囊入口及 取樣口，容器外觀呈漏斗形，符合流體力學(xué)特點(diǎn)。容器底徑小，頂徑大，漏斗頸、漏斗底 有不同孔徑的細(xì)胞篩網(wǎng)，上下篩網(wǎng)之間為循環(huán)流動(dòng)的微囊化肝細(xì)胞，上下端分別連接出口 及入口，出口處有細(xì)胞濾器，入口上游有膜氧合器，出口下游有吸附免疫大分子的免疫吸 附器，入口及出口與細(xì)胞篩網(wǎng)之間各有一個(gè)相對(duì)的緩沖區(qū)。漏斗形殼體構(gòu)成的腔室容納微 囊化肝細(xì)胞及反應(yīng)器活性成分。漏斗頸的細(xì)胞篩網(wǎng)，其直徑20-40mm，篩網(wǎng)孔徑200-300 目，漏斗底的細(xì)胞篩網(wǎng)，其細(xì)胞篩網(wǎng)60-80mm，篩網(wǎng)孔徑600-700目，漏斗出口的細(xì)胞濾 器網(wǎng)，孔徑l-5um?？拷┒返准?xì)胞篩網(wǎng)約20mm-40mm處有微囊/預(yù)沖洗液入口，供接種 微囊和預(yù)沖洗用，并且入口有備用的關(guān)閉閥門(mén)，在靠近漏斗頸篩網(wǎng)20mm-30mm有取樣口， 供人工肝治療過(guò)程中微囊及液體的取樣用，也同樣有備用的關(guān)閉閥門(mén)。本發(fā)明的人工肝用微囊懸浮型流化床式反應(yīng)器需要重要的輔助裝置， 一個(gè)是在緊靠反應(yīng)器上游的膜氧合器， 一個(gè)是緊靠反應(yīng)器下游的免疫吸附器，它們和反應(yīng)器主體構(gòu)成完整的人工肝用微囊懸浮型流化床式反應(yīng)器系統(tǒng)。本設(shè)計(jì)所提供的人工肝用新型微囊型流化床式生物反應(yīng)器設(shè)計(jì)為漏斗形，容器底徑小， 頂徑大，流動(dòng)沖擊軌跡為緩和的拋物線，符合流體力學(xué)特點(diǎn)，有效避免灌流死腔及無(wú)效灌 流，功效更強(qiáng)?？拷┒奉i、漏斗底有不同孔徑的細(xì)胞篩網(wǎng)，上下篩網(wǎng)之間為循環(huán)流動(dòng)的微囊化肝細(xì) 胞，上下端分別連接出口及入口，入口上游有膜氧合器，出口下游有一個(gè)吸附免疫大分子 的免疫吸附器，入口及出口與細(xì)胞篩網(wǎng)之間各有一個(gè)相對(duì)的緩沖區(qū)。本設(shè)計(jì)的漏斗形容器可根據(jù)臨床的具體要求放大和縮小，漏斗形容器的進(jìn)出口在容器 的上下兩端，靠近容器頂部有微囊和預(yù)沖洗液的入口，靠近底部有取樣口。

圖1為一例優(yōu)選方式的人工肝用微囊懸浮型流化床式生物反應(yīng)器主體的立體結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為人工肝用微囊懸浮型流化床式生物反應(yīng)器外接系統(tǒng)輔助裝置的示意圖。
具體實(shí)施方式
本實(shí)施例人工肝用微囊懸浮型流化床式反應(yīng)器外形為漏斗形，塑料或有機(jī)玻璃外殼，大 小尺寸為長(zhǎng)20cm，漏斗頂徑6cm，底徑3cm,容積為800ml。實(shí)際制作時(shí)可根據(jù)需要放大 或縮小，制定所需要的尺寸。如圖l、圖2所示1為血液/血漿/或培養(yǎng)液入口，供血液/血敷培養(yǎng)液進(jìn)入流化床式反 應(yīng)器容器內(nèi)，在其中與微囊化肝細(xì)胞進(jìn)行物質(zhì)交換，2供血液/血漿/或培養(yǎng)液出口， 3為預(yù)沖 嫩微囊化肝細(xì)胞入口，通過(guò)該入口注入肝細(xì)胞懸液和沖入預(yù)沖液，4為閥門(mén)，微囊化肝細(xì)胞 接種后關(guān)閉，5為取樣口，供人工肝治療過(guò)程中取樣，6為取樣口關(guān)閉閥門(mén)，7為漏斗反應(yīng) 器底徑的細(xì)胞篩網(wǎng)，經(jīng)過(guò)此篩網(wǎng)流入的液體通過(guò)流化作用使微囊化肝細(xì)胞不斷的循環(huán)運(yùn)動(dòng)， 便于物質(zhì)交換，8為微囊漏斗形反應(yīng)器頂徑的大的細(xì)胞篩網(wǎng)，對(duì)微囊化肝細(xì)胞流化作用后的 液體從此流出，而阻截微囊化肝細(xì)胞通過(guò)，9為微囊化的肝細(xì)胞，為體外通過(guò)微囊發(fā)生器制 成的含有肝細(xì)胞的微囊，平均直徑400-500um，在液體的流化作用下，不斷循環(huán)，進(jìn)行物質(zhì) 交換，10為有機(jī)玻璃或塑料外殼，11為細(xì)胞濾器，是為防止細(xì)胞或細(xì)胞碎片進(jìn)入血流產(chǎn)生 機(jī)體的免疫反應(yīng)，12為反應(yīng)器液流緩沖區(qū)，是為了保持血流動(dòng)力學(xué)的穩(wěn)定而設(shè)制的，13為 整個(gè)漏斗形流化床式反應(yīng)器外觀示意圖，14為氧合器，使血漿/培養(yǎng)液氧合后攜帶氧供給流 化床式反應(yīng)器中微囊化肝細(xì)胞所需，15為免疫吸附器，吸附少量微囊漏出的免疫大分子物質(zhì) (IgG、 IgM及補(bǔ)體系列)，防止進(jìn)入機(jī)體發(fā)生免疫反應(yīng)。本實(shí)例為防止微囊沉積后易積聚成團(tuán)采用液體的流化作用，便于物質(zhì)交化，為解決傳統(tǒng) 的柱形傳化床反應(yīng)器無(wú)效灌流及低灌流情況，采用了漏斗形設(shè)計(jì)，把己預(yù)先體外制作并被培 養(yǎng)的微囊化肝細(xì)胞成多細(xì)胞集聚體，接種在流化床式反應(yīng)器中，部分發(fā)揮肝細(xì)胞的替代功能。 本漏斗形流化床式反應(yīng)器的與以往流化床式反應(yīng)器相比優(yōu)點(diǎn)在于 本設(shè)計(jì)為一種符合流體力學(xué)的微囊懸浮型流化床式反應(yīng)器。由于微囊化肝細(xì)胞易于沉 積下來(lái)，而且很容易粘附在一起，難以分開(kāi)，尤其是大規(guī)模的應(yīng)用肝細(xì)胞微囊時(shí)更突出， 必須采取液流流化的方法，傳統(tǒng)的固定床反應(yīng)器直接灌流，剪切力大，存在低灌流狀態(tài)或 存在相對(duì)灌流死腔，用流化床式的反應(yīng)器有利于微囊的反復(fù)循環(huán)運(yùn)動(dòng)，減少剪切力，更利 于物質(zhì)交流。傳統(tǒng)的流化床式反應(yīng)器采用柱型，在一般流速下也存在灌流死腔和邊際效應(yīng)， 根據(jù)流體力學(xué)的特點(diǎn)采用漏斗形狀流化床式反應(yīng)器更符合微囊的流體力學(xué)，這樣在流體作 用下更有利微囊做拋物線循環(huán)運(yùn)動(dòng)，優(yōu)化了微囊化肝細(xì)胞的流化效果，更有利物質(zhì)進(jìn)行交 換。本漏斗型反應(yīng)器兩端有緩沖區(qū)，在人工肝過(guò)程中液流相對(duì)比較平穩(wěn)，在保持流體動(dòng)力學(xué)穩(wěn)定方面能顯示獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。該生物人工肝微囊流化床式反應(yīng)器系統(tǒng)為人工肝開(kāi)辟了新途徑，功能較為全面，操作 方便，設(shè)計(jì)較為合理，具有很好的應(yīng)用前景。
權(quán)利要求1、人工肝用微囊懸浮型流化床式生物反應(yīng)器，包括液體進(jìn)口(1)，液體出口(2)，微囊和預(yù)沖洗液入口(3)及取樣口(5)，其特征在于反應(yīng)器呈底徑小頂徑大的漏斗形(13)，漏斗形反應(yīng)器的上頸部有細(xì)胞篩網(wǎng)(8)，下底部有細(xì)胞篩網(wǎng)(7)，液體出口(2)處設(shè)置細(xì)胞濾器(11)，液體進(jìn)口(1)與細(xì)胞篩網(wǎng)(7)之間，細(xì)胞濾器(11)與細(xì)胞篩網(wǎng)(8)之間各有一個(gè)緩沖小腔區(qū)(12)，細(xì)胞篩網(wǎng)(8)和細(xì)胞篩網(wǎng)(7)之間容納微囊化肝細(xì)胞(9)；液體進(jìn)口(1)外接膜氧合器(14)，液體出口(2)外接用于吸附免疫大分子的免疫吸附器(15)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的人工肝用微囊懸浮型流化床式生物反應(yīng)器，其特征在于所述細(xì) 胞篩網(wǎng)(7)的直徑為20-40mm,篩網(wǎng)孔徑200-300目，所述細(xì)胞篩網(wǎng)(8)的直徑為60-80mm， 篩網(wǎng)孔徑600-700目，所述細(xì)胞濾器(11)的孔徑為l-5um。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的人工肝用微囊懸浮型流化床式生物反應(yīng)器，其特征在于微囊和 預(yù)沖洗液入口 (3)設(shè)置在細(xì)胞篩網(wǎng)(8)下方20mm-40mm處，并配制閥門(mén)(4);取樣口(5)設(shè)置在細(xì)胞篩網(wǎng)(7)以上20mm-30mm處，配制閥門(mén)(6)。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的人工肝用微囊懸浮型流化床式生物反應(yīng)器，其特征在于緩沖小 腔區(qū)(12)的空間高度為15mm-20mm。
專利摘要本實(shí)用新型屬于醫(yī)學(xué)生物技術(shù)領(lǐng)域，為人工肝用微囊懸浮型流化床式生物反應(yīng)器。反應(yīng)器呈底徑小頂徑大的漏斗形，上頸部有細(xì)胞篩網(wǎng)(8)，下底部有細(xì)胞篩網(wǎng)(7)，液體出口(2)處設(shè)置細(xì)胞濾器(11)，液體進(jìn)口(1)與細(xì)胞篩網(wǎng)(7)之間，細(xì)胞濾器(11)與細(xì)胞篩網(wǎng)(8)之間各有一個(gè)緩沖小腔區(qū)(12)，細(xì)胞篩網(wǎng)(8)和細(xì)胞篩網(wǎng)(7)之間容納微囊化肝細(xì)胞(9)；液體進(jìn)口外接膜氧合器(14)，液體出口外接用于吸附免疫大分子的免疫吸附器(15)。本設(shè)計(jì)提供的人工肝用生物反應(yīng)器由于設(shè)計(jì)為漏斗形，容器底徑小，頂徑大，流動(dòng)沖擊的運(yùn)動(dòng)軌跡為緩和的拋物線，符合流體力學(xué)特點(diǎn)，有效避免灌流死腔及無(wú)效灌流，能有效發(fā)揮生物人工肝的治療作用。
文檔編號(hào)A61B17/00GK201119927SQ20072011311
公開(kāi)日2008年9月24日 申請(qǐng)日期2007年8月13日 優(yōu)先權(quán)日2007年8月13日
發(fā)明者喻成波, 李蘭娟, 杜維波, 章益民, 陳滟珊 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)