一种内皮干细胞生物反应器及其制备方法与流程

文档序号:18799147发布日期:2019-09-29 20:24
一种内皮干细胞生物反应器及其制备方法与流程

本发明涉及内皮干细胞领域,更具体地说,涉及一种内皮干细胞生物反应器及其制备方法。



背景技术:

干(gàn)细胞(stem cell)是一类具有自我复制能力(self-renewing)的多潜能细胞。在一定条件下,它可以分化成多种功能细胞。根据干细胞所处的发育阶段分为胚胎干细胞(embryonic stem cell,ES细胞)和成体干细胞(somatic stem cell)。根据干细胞的发育潜能分为三类:全能干细胞(totipotent stem cell,TSC)、多能干细胞(pluripotent stem cell)和单能干细胞(unipotent stem cell)(专能干细胞)。干细胞(Stem Cell)是一种未充分分化,尚不成熟的细胞,具有再生各种组织器官和人体的潜在功能,医学界称为“万用细胞”。

简单来讲,它是一类具有多向分化潜能和自我复制能力的原始的未分化细胞,是形成哺乳类动物的各组织器官的原始细胞。干细胞在形态上具有共性,通常呈圆形或椭圆形,细胞体积小,核相对较大,细胞核多为常染色质,并具有较高的端粒酶活性。干细胞可分为胚胎干细胞和成体干细胞。

干细胞是自我复制还是分化功能细胞,主要由于细胞本身的状态和微环境因素所决定。包括调节细胞周期的各种周期素(Cyclin)和周期素依赖激酶(Cyclin-Dependent Kinase)、基因转录因子、影响细胞不对称分裂的细胞质因子。微环境因素,包括干细胞与周围细胞,干细胞与外基质以及干细胞与各种可溶性因子的相互作用。

人体内的干细胞分两种类型,一种是全功能干细胞(totipotent stem cell),可直接克隆人体;另一种是多功能干细胞(pluripotent stem cell),可直接复制各种脏器和修复组织。人类寄希望于利用干细胞的分离和体外培养,在体外繁育出组织或器官,并最终通过组织或器官移植,实现对临床疾病的治疗。

但是现有的内皮干细胞反应器在大部分采用机械搅拌的方式,搅拌装置解耦以及润滑物往往会给反应器内部的内皮干细胞带来污染,导致内皮干细胞的成活率受到很大的影响,并且机械搅拌的搅拌机构与反应器内内皮干细胞通常是硬性接触,导致内皮干细胞受损或死亡的概率明显增大,导致对内皮干细胞培养的次数会增加,无形中降低了内皮干细胞培养的工作效率。



技术实现要素:

1.要解决的技术问题

针对现有技术中存在的问题,本发明的目的在于提供一种内皮干细胞生物反应器及其制备方法,它可以通过反应外动槽、双态定位凸起和气囊的配合使用,在不需要进行搅拌时,可以保持稳定进行正常的细胞培养,当需要搅拌时,使反应罐升高,停止对双态定位凸起的通电,解除对反应罐的固定,并对电磁铁通电,同时通过电磁铁和外助晃环之间的斥力,使反应罐一直处于晃动状态,从而对于内部的培养物进行摇晃搅拌,动搅拌条随之晃动,进而对其培养物质起辅助的搅拌作用,相较于现有技术,可以将硬性接触变成柔性接触,从而有效降低在搅拌时对细胞造成的伤害,降低细胞的死亡率,进而降低后期细胞培养的次数,提高工作效率。

2.技术方案

为解决上述问题,本发明采用如下的技术方案。

一种内皮干细胞生物反应器及其制备方法,包括反应罐和定位反应底,所述定位反应底上端开凿有反应外动槽,所述反应罐放置在反应外动槽内,所述反应外动槽内底端固定连接有带有阀门的气囊,所述气囊位于反应罐正下方,所述反应罐内底端固定连接有定搅拌柱,所述定搅拌柱外端固定连接有多个均匀分布的动搅拌条,所述反应外动槽槽口处电性连接有多个均匀分别分布的电磁铁,每两个所述电磁铁之间设有双态定位凸起,所述双态定位凸起与反应外动槽内壁电性连接,所述反应罐外端端固定连接有外助晃环,所述外助晃环与电磁铁相匹配,且双态定位凸起与外助晃环相接触,可以通过反应外动槽、双态定位凸起和气囊的配合使用,使得本反应器在不需要进行搅拌时,可以保持稳定进行正常的细胞培养,当需要搅拌时,通过气囊使得反应罐升高,停止对双态定位凸起的通电,并对电磁铁通电,解除对反应罐的固定,同时通过电磁铁和外助晃环之间的斥力,使反应罐一直处于晃动状态,从而对于内部的培养物进行摇晃搅拌,动搅拌条随之晃动,进而对其培养物质起到辅助的搅拌作用,通过动搅拌条可以将现有技术中的硬性接触变成柔性接触,从而有效降低在搅拌时对细胞造成的伤害,进而降低细胞的死亡率。

进一步的,所述反应外动槽为上大下小的向外扩展的结构,且反应外动槽内底端设置成凹球面状,使得在进行非搅拌阶段期间或者未培养内皮干细胞时,反应罐能够平稳放置在反应外动槽内底端,当需要进行搅拌时,反应罐可以在反应外动槽上方内进行活动。

进一步的,所述动搅拌条包括硬质根部和弹性软质海藻状端部,所述硬质根部与定搅拌柱固定连接,且硬质根部和弹性软质海藻状端部为一体结构,使得反应罐在反应外动槽内晃动时,动搅拌条能够随反应罐内部放置的细胞培养液飘动,相比较于现有的机械式搅拌,通过动搅拌条可以将现有技术中的硬性接触变成柔性接触,从而有效降低在搅拌时对细胞造成的伤害,进而降低细胞的死亡率。

进一步的,通电时所述电磁铁与外助晃环相互靠近的一端磁极相同,在通电时,8)与电磁铁位置相对,此时电磁铁与外助晃环之间存在排斥力,此时反应罐被继续充入气体的气囊向上顶起,则反应罐离开反应外动槽内底部,使得反应罐不稳会在反应外动槽内晃动,当反应罐向一侧倾倒时,由于斥力,使得反应罐被推向另一侧,在另一侧同样发生上述现象,从而使得反应罐一直处于晃动状态,此时可以带动其内部的培养物质晃动,动搅拌条随之晃动,进而对其培养物质起到辅助的搅拌作用。

进一步的,所述双态定位凸起包括外束缚层和内定弹性体,所述外束缚层和内定弹性体均与反应外动槽内壁固定连接,所述外束缚层和内定弹性体之间填充有双态液体,在不需要搅拌时可以将双态定位凸起通电,使其变硬,从而可以使双态定位凸起可以对反应罐起到定位夹持的作用,保持其培养时的稳定性,有效提高本细胞培养的成功率以及降低细胞死亡率,在需要进行搅拌时,双态定位凸起不通电,此时其呈现软质,不再对反应罐进行夹持,便于反应罐晃动对其内部培养物进行搅拌,同时在反应罐晃动的过程中,双态定位凸起还可以起到一定的缓冲限位作用,限制反应罐晃动范围,使其晃动幅度不会过大,从而可以对反应罐内部的细胞起到白狐作用,使得细胞不易因晃动而破裂。

进一步的,所述双态液体为液体防弹材料和电流变液按照1:2-3比例混合而成,液体防弹材料在受到撞击时,可以迅速变硬变厚,吸收部分震动能量,从而使得反应罐受到的震动力不会过大,进而降低其内部的细胞受到来自震动的影响,电流变液在通电时,会从液态变为固态,从而实现对反应罐的夹持定位,在断电后会迅速从固态变为液态,进而解除对反应罐的夹持作用。

进一步的,所述外束缚层内部镶嵌有隔热层,所述隔热层采用耐高温绝缘隔热材料,隔热层的使用可以有效隔绝双态定位凸起在通电时产生的热量,使得该热量不会轻易传导到反应罐,有效降低其热量对反应罐内的细胞影响,有效降低热量随细胞存活率的影响。

进一步的,所述气囊内充入有气体,所述气体含量为气囊内空间的50-60%,且气囊内可充入气体的极限含量为其内空间的80-90%,当不需要搅拌时,气囊内50-60%的气体可以使得气囊能对反应罐起到一定的支撑作用,当需要进行搅拌时,继续充入气体至80-90%,此时被胀大的气囊可以将反应罐向上顶起,使得电磁铁与外助晃环位置相对,80-90%的极限充入量,可以有效保护气囊,使其存在一定的弹性变形的余量,进而使其不易被挤压涨破,延长其使用寿命。

进一步的,所述气囊上表面涂设有0.5-2mm的LINE-X涂料涂层,LINE-X涂料具有很强LINE-X涂料具有超强的抗拉和耐磨性,可以有效保护气囊在反应罐的挤压摩擦下,能维持很长的寿命,不易轻易损坏。

一种内皮干细胞生物反应器,其制备方法包括以下步骤:

S1、首先将反应器进行高温消毒灭菌,降温后用生理盐水冲洗反应器的内腔和外壁;

S2、将内皮干细胞培养液以及内皮干细胞注入到反应罐内,并盖好密封盖;

S3、将反应罐放进气囊内,并将气囊内气体含量调整至50-60%,当需要进行搅拌时,继续向气囊内充入气体直至电磁铁与外助晃环位置相对;

S4、之后将整个装置置于5%CO2、37℃环境下进行培养,制得内皮干细胞生物反应器。

3.有益效果

相比于现有技术,本发明的优点在于:

(1)本方案可以通过反应外动槽、双态定位凸起和气囊的配合使用,在不需要进行搅拌时,可以保持稳定进行正常的细胞培养,当需要搅拌时,使反应罐升高,停止对双态定位凸起的通电,解除对反应罐的固定,并对电磁铁通电,同时通过电磁铁和外助晃环之间的斥力,使反应罐一直处于晃动状态,从而对于内部的培养物进行摇晃搅拌,动搅拌条随之晃动,进而对其培养物质起辅助的搅拌作用,相较于现有技术,可以将硬性接触变成柔性接触,从而有效降低在搅拌时对细胞造成的伤害,降低细胞的死亡率,进而降低后期细胞培养的次数,提高工作效率。

(2)反应外动槽为上大下小的向外扩展的结构,且反应外动槽内底端设置成凹球面状,使得在进行非搅拌阶段期间或者未培养内皮干细胞时,反应罐能够平稳放置在反应外动槽内底端,当需要进行搅拌时,反应罐可以在反应外动槽上方内进行活动。

(3)动搅拌条包括硬质根部和弹性软质海藻状端部,硬质根部与定搅拌柱固定连接,且硬质根部和弹性软质海藻状端部为一体结构,使得反应罐在反应外动槽内晃动时,动搅拌条能够随反应罐内部放置的细胞培养液飘动,相比较于现有的机械式搅拌,通过动搅拌条可以将现有技术中的硬性接触变成柔性接触,从而有效降低在搅拌时对细胞造成的伤害,进而降低细胞的死亡率。

(4)通电时电磁铁与外助晃环相互靠近的一端磁极相同,在通电时,8)与电磁铁位置相对,此时电磁铁与外助晃环之间存在排斥力,此时反应罐被继续充入气体的气囊向上顶起,则反应罐离开反应外动槽内底部,使得反应罐不稳会在反应外动槽内晃动,当反应罐向一侧倾倒时,由于斥力,使得反应罐被推向另一侧,在另一侧同样发生上述现象,从而使得反应罐一直处于晃动状态,此时可以带动其内部的培养物质晃动,动搅拌条随之晃动,进而对其培养物质起到辅助的搅拌作用。

(5)双态定位凸起包括外束缚层和内定弹性体,外束缚层和内定弹性体均与反应外动槽内壁固定连接,外束缚层和内定弹性体之间填充有双态液体,在不需要搅拌时可以将双态定位凸起通电,使其变硬,从而可以使双态定位凸起可以对反应罐起到定位夹持的作用,保持其培养时的稳定性,有效提高本细胞培养的成功率以及降低细胞死亡率,在需要进行搅拌时,双态定位凸起不通电,此时其呈现软质,不再对反应罐进行夹持,便于反应罐晃动对其内部培养物进行搅拌,同时在反应罐晃动的过程中,双态定位凸起还可以起到一定的缓冲限位作用,限制反应罐晃动范围,使其晃动幅度不会过大,从而可以对反应罐内部的细胞起到白狐作用,使得细胞不易因晃动而破裂。

(6)双态液体为液体防弹材料和电流变液按照1:2-3比例混合而成,液体防弹材料在受到撞击时,可以迅速变硬变厚,吸收部分震动能量,从而使得反应罐受到的震动力不会过大,进而降低其内部的细胞受到来自震动的影响,电流变液在通电时,会从液态变为固态,从而实现对反应罐的夹持定位,在断电后会迅速从固态变为液态,进而解除对反应罐的夹持作用。

(7)外束缚层内部镶嵌有隔热层,隔热层采用耐高温绝缘隔热材料,隔热层的使用可以有效隔绝双态定位凸起在通电时产生的热量,使得该热量不会轻易传导到反应罐,有效降低其热量对反应罐内的细胞影响,有效降低热量随细胞存活率的影响。

(8)气囊内充入有气体,气体含量为气囊内空间的50-60%,且气囊内可充入气体的极限含量为其内空间的80-90%,当不需要搅拌时,气囊内50-60%的气体可以使得气囊能对反应罐起到一定的支撑作用,当需要进行搅拌时,继续充入气体至80-90%,此时被胀大的气囊可以将反应罐向上顶起,使得电磁铁与外助晃环位置相对,80-90%的极限充入量,可以有效保护气囊,使其存在一定的弹性变形的余量,进而使其不易被挤压涨破,延长其使用寿命。

(9)气囊上表面涂设有0.5-2mm的LINE-X涂料涂层,LINE-X涂料具有很强LINE-X涂料具有超强的抗拉和耐磨性,可以有效保护气囊在反应罐的挤压摩擦下,能维持很长的寿命,不易轻易损坏。

附图说明

图1为本发明的不需要进行搅拌时正面部分的结构示意图;

图2为本发明的立体的结构示意图;

图3为本发明的进行搅拌时正面的结构示意图;

图4为本发明的不需要进行搅拌时顶面部分的结构示意图;

图5为图4中A处的结构示意图;

图6为本发明的双态定位凸起正面的结构示意图;

图7为本发明的进行搅拌时俯视的结构示意图。

图中标号说明:

11反应罐、12定位反应底、2气囊、3定搅拌柱、4动搅拌条、5反应外动槽、61双态液体、62外束缚层、63内定弹性体、7电磁铁、8外助晃环。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图;对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述;显然;所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例;而不是全部的实施例,基于本发明中的实施例;本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例;都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中,需要说明的是,术语“上”、“下”、“内”、“外”、“顶/底端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。此外,术语“第一”、“第二”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中,需要说明的是,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“设置有”、“套设/接”、“连接”等,应做广义理解,例如“连接”,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接;可以是机械连接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言,可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1:

请参阅图1-2,一种内皮干细胞生物反应器,包括反应罐11和定位反应底12,定位反应底12上端开凿有反应外动槽5,反应罐11放置在反应外动槽5内,反应外动槽5内底端固定连接有带有阀门的气囊2,气囊2位于反应罐11正下方,反应罐11内底端固定连接有定搅拌柱3,定搅拌柱3外端固定连接有多个均匀分布的动搅拌条4,反应外动槽5为上大下小的向外扩展的结构,且反应外动槽5内底端设置成凹球面状,使得在进行非搅拌阶段期间或者未培养内皮干细胞时,反应罐11能够平稳放置在反应外动槽5内底端,当需要进行搅拌时,反应罐11可以在反应外动槽5上方内进行活动,动搅拌条4包括硬质根部和弹性软质海藻状端部,硬质根部与定搅拌柱3固定连接,且硬质根部和弹性软质海藻状端部为一体结构,使得反应罐11在反应外动槽5内晃动时,动搅拌条4能够随反应罐11内部放置的细胞培养液飘动,相比较于现有的机械式搅拌,通过动搅拌条4可以将现有技术中的硬性接触变成柔性接触,从而有效降低在搅拌时对细胞造成的伤害,进而降低细胞的死亡率。

请参阅图4-5,反应外动槽5槽口处电性连接有多个均匀分别分布的电磁铁7,电磁铁7采用软磁条制成,每两个电磁铁7之间设有双态定位凸起,双态定位凸起与反应外动槽5内壁电性连接,反应罐11外端端固定连接有外助晃环8,外助晃环8与电磁铁7相匹配,且双态定位凸起与外助晃环8相接触,通电时电磁铁7与外助晃环8相互靠近的一端磁极相同,在通电时,8与电磁铁7位置相对,此时电磁铁7与外助晃环8之间存在排斥力,此时反应罐11被继续充入气体的气囊2向上顶起,则反应罐11离开反应外动槽5内底部,使得反应罐11不稳会在反应外动槽5内晃动,当反应罐11向一侧倾倒时,由于斥力,使得反应罐11被推向另一侧,在另一侧同样发生上述现象,从而使得反应罐11一直处于晃动状态,此时可以带动其内部的培养物质晃动,动搅拌条4随之晃动,进而对其培养物质起到辅助的搅拌作用。

请参阅图6,双态定位凸起包括外束缚层62和内定弹性体63,外束缚层62和内定弹性体63均与反应外动槽5内壁固定连接,外束缚层62和内定弹性体63之间填充有双态液体61,请参阅图4,在不需要搅拌时可以将双态定位凸起通电,使其变硬,从而可以使双态定位凸起可以对反应罐11起到定位夹持的作用,保持其培养时的稳定性,有效提高本细胞培养的成功率以及降低细胞死亡率,请参阅图7,在需要进行搅拌时,双态定位凸起不通电,此时其呈现软质,不再对反应罐11进行夹持,便于反应罐11晃动对其内部培养物进行搅拌,同时在反应罐11晃动的过程中,双态定位凸起还可以起到一定的缓冲限位作用,限制反应罐11晃动范围,使其晃动幅度不会过大,从而可以对反应罐11内部的细胞起到白狐作用,使得细胞不易因晃动而破裂,在不通电时,定搅拌柱3用于对双态定位凸起进行支撑定型。

双态液体61为液体防弹材料和电流变液按照1:2-3比例混合而成,液体防弹材料在受到撞击时,可以迅速变硬变厚,吸收部分震动能量,从而使得反应罐11受到的震动力不会过大,进而降低其内部的细胞受到来自震动的影响,电流变液在通电时,会从液态变为固态,从而实现对反应罐11的夹持定位,在断电后会迅速从固态变为液态,进而解除对反应罐11的夹持作用,外束缚层62内部镶嵌有隔热层,隔热层采用耐高温绝缘隔热材料,隔热层的使用可以有效隔绝双态定位凸起在通电时产生的热量,使得该热量不会轻易传导到反应罐11,有效降低其热量对反应罐11内的细胞影响,有效降低热量随细胞存活率的影响。

请参阅图1和图3,气囊2内充入有气体,气体含量为气囊2内空间的55%,且气囊2内可充入气体的极限含量为其内空间的85%,当不需要搅拌时,气囊2内50-60%的气体可以使得气囊2能对反应罐11起到一定的支撑作用,当需要进行搅拌时,继续充入气体至85%,此时被胀大的气囊2可以将反应罐11向上顶起,使得电磁铁7与外助晃环8位置相对,85%的极限充入量,可以有效保护气囊2,使其存在一定的弹性变形的余量,进而使其不易被挤压涨破,延长其使用寿命,气囊2上表面涂设有0.5-2mm的LINE-X涂料涂层,LINE-X涂料具有很强LINE-X涂料具有超强的抗拉和耐磨性,可以有效保护气囊2在反应罐11的挤压摩擦下,能维持很长的寿命,不易轻易损坏。

一种内皮干细胞生物反应器,其制备方法包括以下步骤:

S1、首先将反应器进行高温消毒灭菌,降温后用生理盐水冲洗反应器的内腔和外壁;

S2、将内皮干细胞培养液以及内皮干细胞注入到反应罐11内,并盖好密封盖;

S3、将反应罐11放进气囊2内,并将气囊2内气体含量调整至50-

60%,当需要进行搅拌时,继续向气囊2内充入气体直至电磁铁7与外助晃环8位置相对;

S4、之后将整个装置置于5%CO2、37℃环境下进行培养,制得内皮干细胞生物反应器。

可以通过反应外动槽、双态定位凸起和气囊2的配合使用,使得本反应器在不需要进行搅拌时,可以保持稳定进行正常的细胞培养,当需要搅拌时,通过气囊2使得反应罐11升高,停止对双态定位凸起的通电,并对电磁铁7通电,解除对反应罐11的固定,同时通过电磁铁7和外助晃环8之间的斥力,使反应罐11一直处于晃动状态,从而对于内部的培养物进行摇晃搅拌,动搅拌条4随之晃动,进而对其培养物质起到辅助的搅拌作用,通过动搅拌条4可以将现有技术中的硬性接触变成柔性接触,从而有效降低在搅拌时对细胞造成的伤害,进而降低细胞的死亡率,有效降低后期细胞培养的次数,提高工作效率。

以上所述;仅为本发明较佳的具体实施方式;但本发明的保护范围并不局限于此;任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内;根据本发明的技术方案及其改进构思加以等同替换或改变;都应涵盖在本发明的保护范围内。

再多了解一些
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