[发明专利]一种组合式多功能生物反应器

说明书

技术领域

本发明涉及生物医学工程中的生物反应器，特别是一种组合式多功能生物反应器。

背景技术

近年来，由于软骨退化或缺损引起关节疼痛、活动障碍甚至完全丧失关节功能已成为医学治疗的一个难题。尽管临床上采用很多新技术、新方法进行治疗，但仍没有形成合适的方法来获得满意的治疗效果。

目前，软骨组织工程正成为一种永久修复组织缺损的理想方法，并且在种子细胞、支架材料、生长调节因子、组织构建等方面都已取得巨大的进展。当前通常使用的对细胞培养、组织和细胞-支架培养物培养及保持的生物反应器有四种，即：静态生物反应器、旋转培养瓶生物反应器、旋转壁式生物反应器和灌流式生物反应器［Advanced Drug Delivery Reviews 33(1998)15–30，Tissue Engineering.2003,9(3),549-553］，不同的种子细胞、新型支架材料、生长因子等构成培养物，分别在这几种生物反应器中进行培养，主要是利于培养物形态、结构的生长。尽管现有技术中各种生物反应器的使用优化了培养物的生长，但培养物的生长、发育还是没达到临床要求。培养的人工软骨在结构和功能上与活体软骨还有较大的差距，这直接影响了人工软骨在临床上的应用。

实际上有很多物理因素都会影响软骨组织的生长和发育，而力学因素又在其中起了主要作用。因此，很多研究者研制出了多种有力学环境的生物反应器，尝试培养功能化人工软骨，这些反应器的力学条件有：流体剪应力、液体压力、拉伸、直接压缩、变形剪应力或其中一种或几种条件的组合，其中流体剪应力、液体压力和直接压缩的培养软骨的条件正被广泛研究。但是，关节有支撑、运动的功能，股骨远端与胫骨近端之间有滑液,软骨就像水中的海绵，在动态压力下，软骨中的液体形成了被挤压出去、又回流的过程，这样营养了软骨。力学条件驱使软骨组织内部获得营养和废物排除，在正常组织扩散传输的基础上，软骨组织有力学驱动的对流传输，因此合适的力学条件是关节软骨传质过程研究的必要条件。股骨远端与胫骨近端相互接触，有两种相对运动，一种是滚动，另一种似车轮滑动，产生表面剪应力。因此，根据组织工程构建的仿真原理，我们提出用于软骨组织工程的全功能生物反应器。

发明内容

本发明的目的是针对上述存在问题，提供一种组合式多功能生物反应器，该生物反应器不但可实现滚动滑动加载，而且可以实现拉压加载，同时还可以用于组织工程培养、组织离体实验以及材料力学性能测试。

本发明的技术方案：

一种组合式多功能生物反应器，由底座导轨机构、直线电机、培养室及压缩调节机构、滚动机构、滑动机构和拉压机构构成，

底座导轨机构包括底座、凸台和导轨，凸台与底座固定，导轨固定在凸台上；

直线电机包括电机定子、电机动子a、电机动子b、滑台a和滑台b，电机定子与底座固定，凹型的滑台a和滑台b分别紧扣在导轨上并与导轨形成滑动配合，电机动子a和电机动子b分别与滑台a和滑台b固定；

培养室及压缩调节机构包括压缩平台、压缩调节架、挡板、压缩平台底架、上楔形滑块、下楔形滑块、压缩调节螺杆、回位弹簧和培养室，压缩平台通过螺钉固定在底座凸台，压缩平台两侧设有两个平行的矩形孔，凹型压缩调节架从压缩平台底部穿过两个矩形孔并可沿矩形孔垂直移动，两块L型挡板分别与压缩调节架的两块侧板固定并在挡板上檐与侧板顶边之间形成两条平行的导槽，压缩平台底架为凹型板件并通过两个侧板与压缩平台底面固定，上楔形滑块和下楔形滑块形状相同，截面均呈半梯形面，上楔形滑块和下楔形滑块设置于压缩平台底架内，下楔形滑块的直面与压缩平台底架的底面相接，上楔形滑块的直面与压缩调节架的底面相接，上楔形滑块和下楔形滑块的两个斜面相接并形成滑动配合，压缩调节螺杆固定在压缩平台底架的一侧并与下楔形滑块的宽底面连接，两根回位弹簧位于压缩调节架的腰部，其两端分别与压缩调节架底板上表面和压缩平台的下表面固定，培养室为分成间隔小室的长方体盒，培养室设置于压缩调节架两块侧板之间并可在压缩平台上水平移动，培养室两个侧面顶部分别固定有齿条；

滚动机构包括滑台支架a、连杆a、连杆头和辊轮,L型滑台支架a固定在滑台a上，连杆a的一端与滑台支架a固定，另一端与连杆头连接，连杆头为凹型叉杆，叉杆端部设有环形卡槽，两根叉杆通过卡槽分别与辊轮轮轴的两端连接并使辊轮沿挡板与压缩调节架形成的两条导槽水平移动，辊轮的两端分别固定有两个齿轮并与培养室两个侧面的齿条啮合；

滑动机构包括滑台支架b和连杆b，L型滑台支架b固定在滑台b上，连杆b的一端与滑台支架b固定，另一端与培养室的侧板固定；