一种近生理脉动流环境动脉血管组织工程反应器，包括：储液器２７，液体驱动器２１，血管组织动态培养腔２５，其中储液瓶２７、液体驱动器２１和血管组织动态培养腔２５通过流体管路依次连接成流体循环回路，脉动发生器２４，其中液体驱动器２１驱动液体培养基的循环流动，脉动发生器２４形成循环流动的所述液体培养基的脉动。脉动发生器２４包括：脉动腔２４１，它是体积固定的密闭腔；脉动腔内的密闭活塞２４４；直线步进电机２４３；拉杆２４２，该拉杆把密闭活塞２４４与直线步进电机２４３的驱动轴相连，其中密闭腔与培养腔２５上游的流体管路相连通。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及细胞培养、组织工程领域，更具体地涉及一种血管组织工程反应器。
技术介绍
在组织工程领域，组织工程生物反应器是研究不同环境因素(物理、生化因素)对 特定细胞、组织的三维功能化培养的影响的重要技术手段，也是改进功能化组织质量、降低 生产成本(包括自动化、在线监控等)，使组织工程从实验室进入到标准的工业化规模化生 产和临床应用过程中的一个关键环节。因此，有针对性地研发先进的组织工程用生物反应 器对于组织工程的发展具有重大意义。迄今为止，自体移植、同种异体血管、异种血管、以及人工合成血管都不能够成为 理想的动脉血管替代物(特别是6mm 口径以下的血管)。近年来组织工程化动脉血管构建 和功能研究为这一领域带来了希望。图1显示了在生理状态下动脉血管所处的力学环境人体动脉血管内血液呈周期 性脉动流状态，血压和血液流动速度呈周期性脉搏波形态；压强和流速在一个心动周期内 有较大的脉动，分布在不同部位的动脉血管段这些特征也各不相同。近来的研究表明，在培 养过程中应力对组织工程化血管的力学特性有显著的影响，脉动流灌注下培养组织工程化 动脉血管平滑肌细胞和内皮细胞，与定常流流状态下的培养有显著的不同，因此建立可提 供脉动流培养环境的血管组织工程反应器成为近来血管组织工程领域的一个重要趋势。现有的血管组织工程反应器存在较大的缺陷，Hsiai (2002)所研制的实际上是脉 动流实验装置而不是组织工程反应器；Thompson研制的是脉动流式心瓣组织工程反应器； 上述反应器没有做流体回路的脉搏波仿真优化设计，没有仔细考虑流动阻抗、顺应性、阻 力、流动惯性的模拟，导致现有的反应器无法提供近似于动脉内血液脉动流状态的近生理 流动环境。图3显示了现有技术的一种脉动流环境动脉血管组织工程反应器的结构，以及 利用该反应器获得的压强波形(Thompson. C. Α.，Tissue Engineering, 8 (6)，2002)，该种反 应器模拟的脉搏波与生理状态下动脉血管脉搏波有较大的差别。本申请人提交的中国专利技术专利申请(CN101245314)公开了一种由储液瓶，脉动 源，阻力调节器，顺应性调节器和血管组织动态培养腔构成，由工控机控制的动脉血管组织 工程反应器近生理脉动流血管组织工程生物反应器，其中该反应器的脉动源由脉动源由两 端安装有单向止逆阀的脉动腔、直线直流电机构成，可以较好地模拟生理状态下动脉血管 的血流动力学环境。该脉动源包括一个可变形的腔体，腔体的进、出口处设置有单向止逆阀 模拟瓣膜功能，利用电机驱动一个活塞来压缩所述可变形腔体周围的液体，从而压缩腔体， 结合止逆阀的作用，形成液体的脉动和单向驱动。该反应器不仅结构比较复杂，并且对电机 的功率等参数要求较高，不适合用单个脉动源对多个培养回路提供脉动驱动。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种近生理脉动流环境动脉血管组织工程反应器，利用该反应器可以进行多种直径和长度的组织工程动脉血管培养，也可以进行血管细胞、血管组织 生物学的研究，以及进行血液循环系统组织植入物、组织替代物的培养及性能评价，其特点 在于采用新的动脉血管组织工程反应器设计方案和新的脉动发生器以液体驱动器驱动液 体在回路中流动，用由直线电机和脉动腔组成的脉动发生器产生脉动流，不需要瓣膜或模 拟瓣膜的单向止逆阀即可获得单向脉动流，用顺应性调节器和阻力调节器调节液体流动回 路的顺应性和流动阻力，模拟动脉血液流动的顺应性和流动阻力；模拟不同动脉段的脉动 频率、压强和流量波形，模拟高血压，高剪切应力，低剪切应力等血流动力学状况。根据本专利技术的一个方面，提供了一种近生理脉动流环境动脉血管组织工程反应 器，其特征在于包括一个储液器，一个液体驱动器，一个血管组织动态培养腔，其中所述储液瓶、液体驱动器和血管组织动态培养腔 通过流体管路依次连接，从而形成一个流体循环回路，一个脉动发生器，其中，所述液体驱动器用于驱动液体培养基在所述流体循环回路中的循环流动，所述脉动发生器用于形成在所述流体循环回路中的循环流动的所述液体培养基 的脉动。根据本专利技术的一个方面，提供了一种近生理脉动流环境动脉血管组织工程反应 器，其特征在于包括血管组织动态培养腔，可以被其它的实验段替代，所述的实验段为能够与反应器 上下游管路连接的密闭的反应单元如心脏瓣膜实验腔、人工血管实验腔等。所述的实验段用于血液循环系统中组织植入物、组织替代物的培养及性能评价， 如心脏瓣膜、动脉的瓣膜、人工血管、组织工程血管支架等。根据本专利技术的另一个方面，提供了一种近生理脉动流环境动脉血管组织工程反应 器，其特征在于包括多条并行的流体循环回路，所述流体循环回路用于液体培养基的循环流动，其中 每一个所述流体循环回路均包括通过流体管路依次连接的一个储液器、一个液体驱动器、 一个血管组织动态培养腔，一个脉动发生器，所述脉动发生器包括与所述多条并行的流体循环回路分别连通的多个脉动腔，所述脉动腔是一个体积 固定的密闭腔，所述密闭腔与其所在的所述流体循环回路的所述血管组织动态培养腔上游 的所述流体管路相连通，每个所述密闭腔内有一个密闭活塞，一个单一的直线电机，连接各所述密闭活塞和所述直线电机的驱动轴的拉杆。 附图说明图1显示了人体动脉血管内血液呈周期性脉动流状态，血压和血液流动速度呈周 期性脉搏波形态；5图2示意显示了根据本专利技术的一个实施例的近生理脉动流环境动脉血管组织工 程反应器的结构；图3显示了现有技术的一种脉动流环境动脉血管组织工程反应器的结构，以及利 用该反应器获得的压强波形。图4显示了根据本专利技术的一个实施例的实验测得的流经血管组织的压力波形的 截屏，与生理状态下人主动脉脉搏波的压力波形近似；图5示意显示了根据本专利技术的一个实施例的血液循环脉动流发生器，用于评价心 脏瓣膜具体实施例方式本专利技术针对动脉血管组织生长的体内力学环境，提出了一种新颖、简单、稳定的动 脉血管组织工程反应器设计方案，其中，以液体驱动器驱动液体在回路中流动，用由直线步 进电机和脉动腔组成的脉动发生器产生脉动流，用顺应性调节器和阻力调节器调节液体流 动回路的顺应性和流动阻力，模拟动脉血液流动的顺应性和流动阻力；模拟不同动脉段的 脉动频率、压强和流量波形，模拟高血压，高剪切应力，低剪切应力等血流动力学状况。另 外，本专利技术提供的血管组织工程反应器，其液体驱动器可以同时为1-6路独立的培养回路 提供液体驱动，脉动发生器可以同时为1-6路独立的培养回路提供脉动，大大提高了反应 器的使用效率。另外，本专利技术提供的血管组织工程生物反应器不需要瓣膜或模拟瓣膜的单 向止逆阀即可提供单向的近生理脉动流。如图2所示，根据本专利技术的一个实施例的一种近生理脉动流环境动脉血管组织工 程反应器能够在流动回路上模拟动脉血液流动的顺应性、流动惯性和流动阻力等阻抗特 性，产生近生理脉动流，并能够用于组织工程动脉血管的培养，该反应器包括储液瓶27、液 体驱动器21、顺应性调节器22、第一阻力调节器23，脉动发生器24和血管组织动态培养腔 25、第二阻力调节器26 ；储液瓶27、液体驱动器21、顺应性调节器22、第一阻力调节器23， 脉动发生器24和血管组织动态培养腔25、第二阻力调节器26通过流体管路依次连接，从而 形成一个流体循环回路。根据本本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
一种近生理脉动流环境动脉血管组织工程反应器，其特征在于包括一个储液器(27)，一个液体驱动器(21)，一个血管组织动态培养腔(25)，其中所述储液瓶(27)、液体驱动器(21)和血管组织动态培养腔(25)通过流体管路依次连接，从而形成一个流体循环回路，一个脉动发生器(24)，其中，所述液体驱动器(21)用于驱动液体培养基在所述流体循环回路中的循环流动，所述脉动发生器(24)用于形成在所述流体循环回路中的循环流动的所述液体培养基的脉动。2.根据权利要求1所述的近生理脉动流环境动脉血管组织工程反应器，其特征在于所 述脉动发生器(24)进一步包括一个脉动腔(241)，所述脉动腔(241)是一个体积固定的密闭腔， 所述脉动腔内的一个密闭活塞(244)， 一个直线步进电机(243)，一个拉杆(242)，该拉杆把所述密闭活塞(244)与所述直线步进电机(243)的驱动轴相连，其中所述密闭腔与所述血管组织动态培养腔(25)上游的所述流体管路相连通。3.根据权利要求2所述的近生理脉动流环境动脉血管组织工程反应器，其特征在于进 一步包括设置在所述液体驱动器与所述脉动发生器之间的所述流体循环回路上的一个顺应性 调节器(22)，设置在所述液体驱动器与所述脉动发生器之间的所述流体循环回路上的一个第一阻 力调节器(23)，设置在所述血管组织动态培养腔(25)与所述储液器(27)之间的所述流体循环回路上 的一个第二阻力调节器(26)。4.根据权利要求3所述的近生理脉动流环境动脉血管组织工程反应器，其特征在于 所述反应器由一个工控机控制。5.根据权利要求3所述的近生理脉动流环境动脉血管组织工程反应器，其特征在于 所述血管组织动态培养腔(25)包括一个密闭腔，该密闭腔的两端有用于连接所述流体管路和待培养的血管组织培养物的接头，从而使所述液体培养基在所述待培养血管组织 培养物内脉动流动；所述的血管组织动态培养腔，可以被其它的实验段替代，所...
【专利技术属性】
技术研发人员：樊瑜波，邹远文，贡向辉，李晋川，黄学晋，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，四川大学，
类型：发明
国别省市：11
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