一种基于罗叶泵的仿生脉动生物反应器制造技术

本实用新型专利技术公开了一种基于罗叶泵的仿生脉动生物反应器，应用心脏辅助循环罗叶泵提供脉动流动力，驱动液体在胶管回路上以脉动流的方式流动。本实用新型专利技术包括脉动生物反应器动力装置，脉动生物反应器动力装置与人工心脏辅助装置(罗叶泵)连接，人工心脏辅助装置(罗叶泵)与生物反应器培养系统连接，生物反应器培养系统与储液瓶链接，储液瓶与人工心脏辅助装置(罗叶泵)连接。生物反应器培养系统内的胶管可以形成一定幅度和频率的搏动流，参数(频率、正/负向压力及压差等)调节范围大，仿生能力强，机械稳定性好，运行可靠。

A bionic bioreactor based on a roller pump

The utility model discloses a bionic pulsating bioreactor based on a Luo Ye pump, which provides a pulsating flow force by using the heart assisted circulation pump, and drives the liquid to flow in the loop of the rubber hose on the way of pulsating flow. The utility model comprises a pulse bioreactor power device, the pulse bioreactor power device and the auxiliary artificial heart device (Luo Yebeng) connected to the auxiliary artificial heart device (Luo Yebeng) and the bioreactor system connected with the liquid storage bottle culture system link bioreactor, liquid storage bottle and the auxiliary artificial heart device (Luo Yebeng) connection. The rubber hose in bioreactor culture system can form pulsating flow with a certain amplitude and frequency, and the parameter range (frequency, positive / negative pressure and pressure difference) has large adjustment range, strong bionic ability, good mechanical stability and reliable operation.

【技术实现步骤摘要】
一种基于罗叶泵的仿生脉动生物反应器
本技术涉及一种医疗和实验研究器械，尤其是涉及一种基于罗叶泵的仿生脉动生物反应器。
技术介绍
心脑血管疾病发病率呈逐年上升趋势，其共同的病理生理学特征为血管功能失衡及损伤修复异常，继而引起血管重构。因此，组织工程血管置换术是心脑血管疾病的重要治疗方法。目前临床上应用的血管移植物主要有异体生物血管、自体血管、人工合成血管。异体生物血管因易致免疫排斥而最终导致血管阻塞；自体血管必需牺牲人体正常组织来修复病损组织，且长度和管径合适的自体非必需血管的来源有限。人工合成血管如涤纶、聚四氟乙烯等材料作为小血管的通畅率不能满足临床治疗的需要，且作为异物可引起慢性免疫排斥反应、感染和栓塞、随着时间的延长，管腔通常率下降，若长期应用抗凝药又有一定的副作用，因此寻找新的血管替代物成为新的研究热点。自1986年，WeinbergCB等应用自体来源的平滑肌细胞、成纤维细胞、内皮细胞构建了复合的组织工程化血管，但血管强度无法满足回植要求，让人们看到了组织工程血管的希望。此后Kanayama、Jo等用天然胶原、脱细胞血管支架等天然生物材料作为支架材料构建组织工程血管，证明了构建TEBV的可行性。此外，Matsumura和Roh等用人工合成可降解材料PGA(聚羟基乙酸)、PLA(聚乳酸)、聚L-乳酸(PLLA)及上述材料共聚物(PLGA)，P4HB(聚-4-羟基丁酸)等作为支架材料也构建除了组织工程血管。但是，上述组织工程血管均为体外静态构建，此时血管细胞会丧失部分分化功能，黏附力量低下，导致形成的TEBV弹性中膜的强度不够、内皮细胞层黏附不牢易脱落，而导致血栓形成。因此，在体外构建TEBV时，人为施加适宜的力学刺激成为人们的共识。合理运用脉动生物反应器在体外模拟体内血管的流体力学环境，在体外构建成能自我分泌细胞外基质、具有一定力学强度、能够自我重构的功能完整的TEBV。由于心脏是搏动血流，频率低，压差大，故实现仿生的体外模拟比较困难。Niklason和HoerstrupSP等有类似报道，将利用蠕动泵为动力源，设置一定搏动频率，在组织工程血管反应器中成功构建组织工程化小血管，并用于动物实验，得到的组织工程血管在形态学、组织学与正常血管相似，管腔较为通畅，且血管最大抗张强度相比静态培养大幅提升。但总体上看，目前以蠕动泵为动力源使得力学参数(如血压和心率等)的调节范围受限，体外模拟的力学微环境仿生度不高，大部分的血管重构研究主要集中在细胞层次，研究结果较难在整体动物研究中得到重复，获得的TEBV的性能尚不满足临床使用。
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种仿生脉动生物反应器，此反应器具有参数(频率、正/负向压力及压差等)调节范围大，仿生能力强，机械稳定性好，运行可靠等优点，有利于组织工程血管研究平台的应用。为实现上述目的，本技术采用的技术方案为：一种仿生脉动生物反应器，包括脉动生物反应器动力装置，脉动生物反应器动力装置与人工心脏辅助装置罗叶泵连接，人工心脏辅助装置罗叶泵与生物反应器培养系统连接，生物反应器培养系统与储液瓶连接，储液瓶与人工心脏辅助装置罗叶泵连接。上述仿生脉动生物反应器包括反应器器皿，器皿由玻璃反应器和硅胶盖两部分构成，玻璃反应器内缘处接有对称的细玻璃端口，分别为进液口和出液口，两端玻璃端口由薄壁硅胶管连接。所述薄壁硅胶管采用外径4-6mm外径的硅胶管制作，薄壁硅胶管为中空的管状结构，外包裹一层可降解人工材料PGA，薄壁硅胶管由玻璃器皿内缘插入细玻璃端口，外部管路为不同型号的接头与硅胶管构成，通过管道与压力传感器和动力装置连接，构成一套整体系统。所述培养器器皿主体，反应器高120cm，直径为110mm。与现有技术相比，本技术具有的优点和效果如下：1)本技术的仿生脉动生物反应器用于TEBV的构建。本技术由脉动反应器动力装置、人工心脏辅助装置(罗叶泵)、组织工程血管反应器、储液瓶和连接管道组成。罗叶泵是一种模仿心脏左室舒缩做功的特殊的容量(容积)泵，驱动一定容积液体在密闭管道上脉动形式流动。此外，罗叶泵的参数(频率、正/负向压力及压差等)调节范围大，仿生能力强，有利于组织工程血管研究平台的应用。2)脉动反应器动力装置构建的中心环节是两个泵——空压泵和真空泵，分别制造正压和负压。在收缩时，正压系统开放产生正压将培养液压出人工心脏辅助装置；在舒张时，负压系统开放产生负压使培养液回流入人工心脏辅助装置，形成搏动性液体。整个动力装置在无负载情况下可以实现正压50-300mmHg，负压-10mmHg，频率40-110次/分，基本上能够满足要求。附图说明图1是本技术的仿生脉动生物反应器的构成示意图。图2是本技术的仿生脉动生物反应器的结构组成图。图3是罗叶泵的结构示意图。图4是生物反应器培养系统的构成示意图。图5是生物反应器培养系统的另一结构图。图6是薄壁硅胶管的结构示意图10：脉动动力装置20：罗叶泵21：气相腔体22：液相腔体23：隔膜30：生物反应器培养系统31：玻璃反应器32：硅胶盖33：进液口34：出液口35：薄壁硅胶管36：PGA(聚羟基乙酸)40：储液瓶50：压力检测仪具体实施方式请参阅图1-2所示，本技术的整体仿生脉动生物反应器培养分为四个部分，从左到右分别是：脉动(生物反应器)动力装置10、罗叶泵20、生物反应器培养系统30、PBSRESERVOIR(储液瓶40)。该生物反应器培养系统30还可以连接一压力监测仪50，其连接在罗叶泵20与生物反应器培养系统30连接的管路上，实时监测流场压力，让其处于适宜范围内。本技术在收缩时，正压系统开放产生正压将水流压出人工心脏辅助装置(罗叶泵20)，在舒张时负压系统开放产生负压使水流回流入人工心脏辅助装置(罗叶泵20)，形成搏动性液体，将罗叶泵20形成的搏动流能量转化成硅胶管35形变的能量形式，最终以硅胶管35的扩张收缩形成力学刺激，刺激接种在硅胶管外可降解人工材料PGA36上的种子细胞增殖、分泌胞外基质，形成组织工程血管。该脉动(生物反应器)动力装置10提供仿生的压力、频率，压力波形与心电图近似。且多参数可调，例如：收缩压、舒张压、收缩时间比、频率等。收缩压范围从50到300mmHg，舒张压-10mmHg频率可以从40次/分到110次/分。所以，该脉动动力装置10可以提供多种培养条件，从而方便的在不同条件下培养TEBV，从而找出最具有优势的培养条件。未来还可以在培养系统中加入剪切力，对于研究内皮细胞以及平滑肌细胞的机制是很重要的。请参阅图3所示，该罗叶泵20是一种心室辅助泵，泵内分为气相腔体21、液相两个腔体22，由隔膜23隔开。该脉动动力装置10通过将气体泵入气相腔体21内，通过压力的增加促使隔膜23运动，从而改变液相腔体的体积，使得泵的喷射端可以形成射流，且是仿生的流场。当压力降为负压时，隔膜恢复到初始位置，同时罗叶泵20回流端因为隔膜运动的关系，将PBSRESERVIOR(储液瓶40)里的液体抽吸入罗叶泵20的液相腔体21内，为下一个周期的运动做好准备。所以，运用罗叶泵20的优势就是可以提供仿生流场，而不是其他形式的泵如蠕动泵产生一种高频高压的流场，从而对平滑肌细胞的增殖和迁移可能更有利。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于罗叶泵的仿生脉动生物反应器，其特征在于：包括脉动生物反应器动力装置，脉动生物反应器动力装置与人工心脏辅助装置罗叶泵连接，人工心脏辅助装置罗叶泵与生物反应器培养系统连接，生物反应器培养系统与储液瓶连接，储液瓶与人工心脏辅助装置罗叶泵连接。

【技术特征摘要】
1.一种基于罗叶泵的仿生脉动生物反应器，其特征在于：包括脉动生物反应器动力装置，脉动生物反应器动力装置与人工心脏辅助装置罗叶泵连接，人工心脏辅助装置罗叶泵与生物反应器培养系统连接，生物反应器培养系统与储液瓶连接，储液瓶与人工心脏辅助装置罗叶泵连接。2.根据权利要求1所述的基于罗叶泵的仿生脉动生物反应器，其特征在于：所述脉动动力装置提供仿生的压力、频率，压力波形与心电图近似，且多参数可调，收缩压范围从50到300mmHg，舒张压-10mmHg频率可以从40次/分到110次/分。3.根据权利要求1所述的基于罗叶泵的仿生脉动生物反应器，其特征在于：所述人工心脏辅助装置罗叶泵其结构包括：分别设置在心室辅助泵内的气相腔体和液相腔体，由隔膜隔开；罗叶泵回流端因为隔膜运动的关系，将储液瓶里的液体抽吸入罗叶泵的液相腔体内。4.根据权利要求1所述的基于罗叶泵的仿生脉动生物反应器，其特征在于：所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：林展翼，吴岳恒，周嘉辉，
申请(专利权)人：广东省人民医院广东省医学科学院，
类型：新型
国别省市：广东,44