一種內皮干細胞生物反應器及其制備方法與流程

文檔序號:18799147發布日期:2019-09-29 20:24
一種內皮干細胞生物反應器及其制備方法與流程

本發明涉及內皮干細胞領域,更具體地說,涉及一種內皮干細胞生物反應器及其制備方法。



背景技術:

干(gàn)細胞(stem cell)是一類具有自我復制能力(self-renewing)的多潛能細胞。在一定條件下,它可以分化成多種功能細胞。根據干細胞所處的發育階段分為胚胎干細胞(embryonic stem cell,ES細胞)和成體干細胞(somatic stem cell)。根據干細胞的發育潛能分為三類:全能干細胞(totipotent stem cell,TSC)、多能干細胞(pluripotent stem cell)和單能干細胞(unipotent stem cell)(專能干細胞)。干細胞(Stem Cell)是一種未充分分化,尚不成熟的細胞,具有再生各種組織器官和人體的潛在功能,醫學界稱為“萬用細胞”。

簡單來講,它是一類具有多向分化潛能和自我復制能力的原始的未分化細胞,是形成哺乳類動物的各組織器官的原始細胞。干細胞在形態上具有共性,通常呈圓形或橢圓形,細胞體積小,核相對較大,細胞核多為常染色質,并具有較高的端粒酶活性。干細胞可分為胚胎干細胞和成體干細胞。

干細胞是自我復制還是分化功能細胞,主要由于細胞本身的狀態和微環境因素所決定。包括調節細胞周期的各種周期素(Cyclin)和周期素依賴激酶(Cyclin-Dependent Kinase)、基因轉錄因子、影響細胞不對稱分裂的細胞質因子。微環境因素,包括干細胞與周圍細胞,干細胞與外基質以及干細胞與各種可溶性因子的相互作用。

人體內的干細胞分兩種類型,一種是全功能干細胞(totipotent stem cell),可直接克隆人體;另一種是多功能干細胞(pluripotent stem cell),可直接復制各種臟器和修復組織。人類寄希望于利用干細胞的分離和體外培養,在體外繁育出組織或器官,并最終通過組織或器官移植,實現對臨床疾病的治療。

但是現有的內皮干細胞反應器在大部分采用機械攪拌的方式,攪拌裝置解耦以及潤滑物往往會給反應器內部的內皮干細胞帶來污染,導致內皮干細胞的成活率受到很大的影響,并且機械攪拌的攪拌機構與反應器內內皮干細胞通常是硬性接觸,導致內皮干細胞受損或死亡的概率明顯增大,導致對內皮干細胞培養的次數會增加,無形中降低了內皮干細胞培養的工作效率。



技術實現要素:

1.要解決的技術問題

針對現有技術中存在的問題,本發明的目的在于提供一種內皮干細胞生物反應器及其制備方法,它可以通過反應外動槽、雙態定位凸起和氣囊的配合使用,在不需要進行攪拌時,可以保持穩定進行正常的細胞培養,當需要攪拌時,使反應罐升高,停止對雙態定位凸起的通電,解除對反應罐的固定,并對電磁鐵通電,同時通過電磁鐵和外助晃環之間的斥力,使反應罐一直處于晃動狀態,從而對于內部的培養物進行搖晃攪拌,動攪拌條隨之晃動,進而對其培養物質起輔助的攪拌作用,相較于現有技術,可以將硬性接觸變成柔性接觸,從而有效降低在攪拌時對細胞造成的傷害,降低細胞的死亡率,進而降低后期細胞培養的次數,提高工作效率。

2.技術方案

為解決上述問題,本發明采用如下的技術方案。

一種內皮干細胞生物反應器及其制備方法,包括反應罐和定位反應底,所述定位反應底上端開鑿有反應外動槽,所述反應罐放置在反應外動槽內,所述反應外動槽內底端固定連接有帶有閥門的氣囊,所述氣囊位于反應罐正下方,所述反應罐內底端固定連接有定攪拌柱,所述定攪拌柱外端固定連接有多個均勻分布的動攪拌條,所述反應外動槽槽口處電性連接有多個均勻分別分布的電磁鐵,每兩個所述電磁鐵之間設有雙態定位凸起,所述雙態定位凸起與反應外動槽內壁電性連接,所述反應罐外端端固定連接有外助晃環,所述外助晃環與電磁鐵相匹配,且雙態定位凸起與外助晃環相接觸,可以通過反應外動槽、雙態定位凸起和氣囊的配合使用,使得本反應器在不需要進行攪拌時,可以保持穩定進行正常的細胞培養,當需要攪拌時,通過氣囊使得反應罐升高,停止對雙態定位凸起的通電,并對電磁鐵通電,解除對反應罐的固定,同時通過電磁鐵和外助晃環之間的斥力,使反應罐一直處于晃動狀態,從而對于內部的培養物進行搖晃攪拌,動攪拌條隨之晃動,進而對其培養物質起到輔助的攪拌作用,通過動攪拌條可以將現有技術中的硬性接觸變成柔性接觸,從而有效降低在攪拌時對細胞造成的傷害,進而降低細胞的死亡率。

進一步的,所述反應外動槽為上大下小的向外擴展的結構,且反應外動槽內底端設置成凹球面狀,使得在進行非攪拌階段期間或者未培養內皮干細胞時,反應罐能夠平穩放置在反應外動槽內底端,當需要進行攪拌時,反應罐可以在反應外動槽上方內進行活動。

進一步的,所述動攪拌條包括硬質根部和彈性軟質海藻狀端部,所述硬質根部與定攪拌柱固定連接,且硬質根部和彈性軟質海藻狀端部為一體結構,使得反應罐在反應外動槽內晃動時,動攪拌條能夠隨反應罐內部放置的細胞培養液飄動,相比較于現有的機械式攪拌,通過動攪拌條可以將現有技術中的硬性接觸變成柔性接觸,從而有效降低在攪拌時對細胞造成的傷害,進而降低細胞的死亡率。

進一步的,通電時所述電磁鐵與外助晃環相互靠近的一端磁極相同,在通電時,8)與電磁鐵位置相對,此時電磁鐵與外助晃環之間存在排斥力,此時反應罐被繼續充入氣體的氣囊向上頂起,則反應罐離開反應外動槽內底部,使得反應罐不穩會在反應外動槽內晃動,當反應罐向一側傾倒時,由于斥力,使得反應罐被推向另一側,在另一側同樣發生上述現象,從而使得反應罐一直處于晃動狀態,此時可以帶動其內部的培養物質晃動,動攪拌條隨之晃動,進而對其培養物質起到輔助的攪拌作用。

進一步的,所述雙態定位凸起包括外束縛層和內定彈性體,所述外束縛層和內定彈性體均與反應外動槽內壁固定連接,所述外束縛層和內定彈性體之間填充有雙態液體,在不需要攪拌時可以將雙態定位凸起通電,使其變硬,從而可以使雙態定位凸起可以對反應罐起到定位夾持的作用,保持其培養時的穩定性,有效提高本細胞培養的成功率以及降低細胞死亡率,在需要進行攪拌時,雙態定位凸起不通電,此時其呈現軟質,不再對反應罐進行夾持,便于反應罐晃動對其內部培養物進行攪拌,同時在反應罐晃動的過程中,雙態定位凸起還可以起到一定的緩沖限位作用,限制反應罐晃動范圍,使其晃動幅度不會過大,從而可以對反應罐內部的細胞起到白狐作用,使得細胞不易因晃動而破裂。

進一步的,所述雙態液體為液體防彈材料和電流變液按照1:2-3比例混合而成,液體防彈材料在受到撞擊時,可以迅速變硬變厚,吸收部分震動能量,從而使得反應罐受到的震動力不會過大,進而降低其內部的細胞受到來自震動的影響,電流變液在通電時,會從液態變為固態,從而實現對反應罐的夾持定位,在斷電后會迅速從固態變為液態,進而解除對反應罐的夾持作用。

進一步的,所述外束縛層內部鑲嵌有隔熱層,所述隔熱層采用耐高溫絕緣隔熱材料,隔熱層的使用可以有效隔絕雙態定位凸起在通電時產生的熱量,使得該熱量不會輕易傳導到反應罐,有效降低其熱量對反應罐內的細胞影響,有效降低熱量隨細胞存活率的影響。

進一步的,所述氣囊內充入有氣體,所述氣體含量為氣囊內空間的50-60%,且氣囊內可充入氣體的極限含量為其內空間的80-90%,當不需要攪拌時,氣囊內50-60%的氣體可以使得氣囊能對反應罐起到一定的支撐作用,當需要進行攪拌時,繼續充入氣體至80-90%,此時被脹大的氣囊可以將反應罐向上頂起,使得電磁鐵與外助晃環位置相對,80-90%的極限充入量,可以有效保護氣囊,使其存在一定的彈性變形的余量,進而使其不易被擠壓漲破,延長其使用壽命。

進一步的,所述氣囊上表面涂設有0.5-2mm的LINE-X涂料涂層,LINE-X涂料具有很強LINE-X涂料具有超強的抗拉和耐磨性,可以有效保護氣囊在反應罐的擠壓摩擦下,能維持很長的壽命,不易輕易損壞。

一種內皮干細胞生物反應器,其制備方法包括以下步驟:

S1、首先將反應器進行高溫消毒滅菌,降溫后用生理鹽水沖洗反應器的內腔和外壁;

S2、將內皮干細胞培養液以及內皮干細胞注入到反應罐內,并蓋好密封蓋;

S3、將反應罐放進氣囊內,并將氣囊內氣體含量調整至50-60%,當需要進行攪拌時,繼續向氣囊內充入氣體直至電磁鐵與外助晃環位置相對;

S4、之后將整個裝置置于5%CO2、37℃環境下進行培養,制得內皮干細胞生物反應器。

3.有益效果

相比于現有技術,本發明的優點在于:

(1)本方案可以通過反應外動槽、雙態定位凸起和氣囊的配合使用,在不需要進行攪拌時,可以保持穩定進行正常的細胞培養,當需要攪拌時,使反應罐升高,停止對雙態定位凸起的通電,解除對反應罐的固定,并對電磁鐵通電,同時通過電磁鐵和外助晃環之間的斥力,使反應罐一直處于晃動狀態,從而對于內部的培養物進行搖晃攪拌,動攪拌條隨之晃動,進而對其培養物質起輔助的攪拌作用,相較于現有技術,可以將硬性接觸變成柔性接觸,從而有效降低在攪拌時對細胞造成的傷害,降低細胞的死亡率,進而降低后期細胞培養的次數,提高工作效率。

(2)反應外動槽為上大下小的向外擴展的結構,且反應外動槽內底端設置成凹球面狀,使得在進行非攪拌階段期間或者未培養內皮干細胞時,反應罐能夠平穩放置在反應外動槽內底端,當需要進行攪拌時,反應罐可以在反應外動槽上方內進行活動。

(3)動攪拌條包括硬質根部和彈性軟質海藻狀端部,硬質根部與定攪拌柱固定連接,且硬質根部和彈性軟質海藻狀端部為一體結構,使得反應罐在反應外動槽內晃動時,動攪拌條能夠隨反應罐內部放置的細胞培養液飄動,相比較于現有的機械式攪拌,通過動攪拌條可以將現有技術中的硬性接觸變成柔性接觸,從而有效降低在攪拌時對細胞造成的傷害,進而降低細胞的死亡率。

(4)通電時電磁鐵與外助晃環相互靠近的一端磁極相同,在通電時,8)與電磁鐵位置相對,此時電磁鐵與外助晃環之間存在排斥力,此時反應罐被繼續充入氣體的氣囊向上頂起,則反應罐離開反應外動槽內底部,使得反應罐不穩會在反應外動槽內晃動,當反應罐向一側傾倒時,由于斥力,使得反應罐被推向另一側,在另一側同樣發生上述現象,從而使得反應罐一直處于晃動狀態,此時可以帶動其內部的培養物質晃動,動攪拌條隨之晃動,進而對其培養物質起到輔助的攪拌作用。

(5)雙態定位凸起包括外束縛層和內定彈性體,外束縛層和內定彈性體均與反應外動槽內壁固定連接,外束縛層和內定彈性體之間填充有雙態液體,在不需要攪拌時可以將雙態定位凸起通電,使其變硬,從而可以使雙態定位凸起可以對反應罐起到定位夾持的作用,保持其培養時的穩定性,有效提高本細胞培養的成功率以及降低細胞死亡率,在需要進行攪拌時,雙態定位凸起不通電,此時其呈現軟質,不再對反應罐進行夾持,便于反應罐晃動對其內部培養物進行攪拌,同時在反應罐晃動的過程中,雙態定位凸起還可以起到一定的緩沖限位作用,限制反應罐晃動范圍,使其晃動幅度不會過大,從而可以對反應罐內部的細胞起到白狐作用,使得細胞不易因晃動而破裂。

(6)雙態液體為液體防彈材料和電流變液按照1:2-3比例混合而成,液體防彈材料在受到撞擊時,可以迅速變硬變厚,吸收部分震動能量,從而使得反應罐受到的震動力不會過大,進而降低其內部的細胞受到來自震動的影響,電流變液在通電時,會從液態變為固態,從而實現對反應罐的夾持定位,在斷電后會迅速從固態變為液態,進而解除對反應罐的夾持作用。

(7)外束縛層內部鑲嵌有隔熱層,隔熱層采用耐高溫絕緣隔熱材料,隔熱層的使用可以有效隔絕雙態定位凸起在通電時產生的熱量,使得該熱量不會輕易傳導到反應罐,有效降低其熱量對反應罐內的細胞影響,有效降低熱量隨細胞存活率的影響。

(8)氣囊內充入有氣體,氣體含量為氣囊內空間的50-60%,且氣囊內可充入氣體的極限含量為其內空間的80-90%,當不需要攪拌時,氣囊內50-60%的氣體可以使得氣囊能對反應罐起到一定的支撐作用,當需要進行攪拌時,繼續充入氣體至80-90%,此時被脹大的氣囊可以將反應罐向上頂起,使得電磁鐵與外助晃環位置相對,80-90%的極限充入量,可以有效保護氣囊,使其存在一定的彈性變形的余量,進而使其不易被擠壓漲破,延長其使用壽命。

(9)氣囊上表面涂設有0.5-2mm的LINE-X涂料涂層,LINE-X涂料具有很強LINE-X涂料具有超強的抗拉和耐磨性,可以有效保護氣囊在反應罐的擠壓摩擦下,能維持很長的壽命,不易輕易損壞。

附圖說明

圖1為本發明的不需要進行攪拌時正面部分的結構示意圖;

圖2為本發明的立體的結構示意圖;

圖3為本發明的進行攪拌時正面的結構示意圖;

圖4為本發明的不需要進行攪拌時頂面部分的結構示意圖;

圖5為圖4中A處的結構示意圖;

圖6為本發明的雙態定位凸起正面的結構示意圖;

圖7為本發明的進行攪拌時俯視的結構示意圖。

圖中標號說明:

11反應罐、12定位反應底、2氣囊、3定攪拌柱、4動攪拌條、5反應外動槽、61雙態液體、62外束縛層、63內定彈性體、7電磁鐵、8外助晃環。

具體實施方式

下面將結合本發明實施例中的附圖;對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述;顯然;所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例;而不是全部的實施例,基于本發明中的實施例;本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例;都屬于本發明保護的范圍。

在本發明的描述中,需要說明的是,術語“上”、“下”、“內”、“外”、“頂/底端”等指示的方位或位置關系為基于附圖所示的方位或位置關系,僅是為了便于描述本發明和簡化描述,而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作,因此不能理解為對本發明的限制。此外,術語“第一”、“第二”僅用于描述目的,而不能理解為指示或暗示相對重要性。

在本發明的描述中,需要說明的是,除非另有明確的規定和限定,術語“安裝”、“設置有”、“套設/接”、“連接”等,應做廣義理解,例如“連接”,可以是固定連接,也可以是可拆卸連接,或一體地連接;可以是機械連接,也可以是電連接;可以是直接相連,也可以通過中間媒介間接相連,可以是兩個元件內部的連通。對于本領域的普通技術人員而言,可以具體情況理解上述術語在本發明中的具體含義。

實施例1:

請參閱圖1-2,一種內皮干細胞生物反應器,包括反應罐11和定位反應底12,定位反應底12上端開鑿有反應外動槽5,反應罐11放置在反應外動槽5內,反應外動槽5內底端固定連接有帶有閥門的氣囊2,氣囊2位于反應罐11正下方,反應罐11內底端固定連接有定攪拌柱3,定攪拌柱3外端固定連接有多個均勻分布的動攪拌條4,反應外動槽5為上大下小的向外擴展的結構,且反應外動槽5內底端設置成凹球面狀,使得在進行非攪拌階段期間或者未培養內皮干細胞時,反應罐11能夠平穩放置在反應外動槽5內底端,當需要進行攪拌時,反應罐11可以在反應外動槽5上方內進行活動,動攪拌條4包括硬質根部和彈性軟質海藻狀端部,硬質根部與定攪拌柱3固定連接,且硬質根部和彈性軟質海藻狀端部為一體結構,使得反應罐11在反應外動槽5內晃動時,動攪拌條4能夠隨反應罐11內部放置的細胞培養液飄動,相比較于現有的機械式攪拌,通過動攪拌條4可以將現有技術中的硬性接觸變成柔性接觸,從而有效降低在攪拌時對細胞造成的傷害,進而降低細胞的死亡率。

請參閱圖4-5,反應外動槽5槽口處電性連接有多個均勻分別分布的電磁鐵7,電磁鐵7采用軟磁條制成,每兩個電磁鐵7之間設有雙態定位凸起,雙態定位凸起與反應外動槽5內壁電性連接,反應罐11外端端固定連接有外助晃環8,外助晃環8與電磁鐵7相匹配,且雙態定位凸起與外助晃環8相接觸,通電時電磁鐵7與外助晃環8相互靠近的一端磁極相同,在通電時,8與電磁鐵7位置相對,此時電磁鐵7與外助晃環8之間存在排斥力,此時反應罐11被繼續充入氣體的氣囊2向上頂起,則反應罐11離開反應外動槽5內底部,使得反應罐11不穩會在反應外動槽5內晃動,當反應罐11向一側傾倒時,由于斥力,使得反應罐11被推向另一側,在另一側同樣發生上述現象,從而使得反應罐11一直處于晃動狀態,此時可以帶動其內部的培養物質晃動,動攪拌條4隨之晃動,進而對其培養物質起到輔助的攪拌作用。

請參閱圖6,雙態定位凸起包括外束縛層62和內定彈性體63,外束縛層62和內定彈性體63均與反應外動槽5內壁固定連接,外束縛層62和內定彈性體63之間填充有雙態液體61,請參閱圖4,在不需要攪拌時可以將雙態定位凸起通電,使其變硬,從而可以使雙態定位凸起可以對反應罐11起到定位夾持的作用,保持其培養時的穩定性,有效提高本細胞培養的成功率以及降低細胞死亡率,請參閱圖7,在需要進行攪拌時,雙態定位凸起不通電,此時其呈現軟質,不再對反應罐11進行夾持,便于反應罐11晃動對其內部培養物進行攪拌,同時在反應罐11晃動的過程中,雙態定位凸起還可以起到一定的緩沖限位作用,限制反應罐11晃動范圍,使其晃動幅度不會過大,從而可以對反應罐11內部的細胞起到白狐作用,使得細胞不易因晃動而破裂,在不通電時,定攪拌柱3用于對雙態定位凸起進行支撐定型。

雙態液體61為液體防彈材料和電流變液按照1:2-3比例混合而成,液體防彈材料在受到撞擊時,可以迅速變硬變厚,吸收部分震動能量,從而使得反應罐11受到的震動力不會過大,進而降低其內部的細胞受到來自震動的影響,電流變液在通電時,會從液態變為固態,從而實現對反應罐11的夾持定位,在斷電后會迅速從固態變為液態,進而解除對反應罐11的夾持作用,外束縛層62內部鑲嵌有隔熱層,隔熱層采用耐高溫絕緣隔熱材料,隔熱層的使用可以有效隔絕雙態定位凸起在通電時產生的熱量,使得該熱量不會輕易傳導到反應罐11,有效降低其熱量對反應罐11內的細胞影響,有效降低熱量隨細胞存活率的影響。

請參閱圖1和圖3,氣囊2內充入有氣體,氣體含量為氣囊2內空間的55%,且氣囊2內可充入氣體的極限含量為其內空間的85%,當不需要攪拌時,氣囊2內50-60%的氣體可以使得氣囊2能對反應罐11起到一定的支撐作用,當需要進行攪拌時,繼續充入氣體至85%,此時被脹大的氣囊2可以將反應罐11向上頂起,使得電磁鐵7與外助晃環8位置相對,85%的極限充入量,可以有效保護氣囊2,使其存在一定的彈性變形的余量,進而使其不易被擠壓漲破,延長其使用壽命,氣囊2上表面涂設有0.5-2mm的LINE-X涂料涂層,LINE-X涂料具有很強LINE-X涂料具有超強的抗拉和耐磨性,可以有效保護氣囊2在反應罐11的擠壓摩擦下,能維持很長的壽命,不易輕易損壞。

一種內皮干細胞生物反應器,其制備方法包括以下步驟:

S1、首先將反應器進行高溫消毒滅菌,降溫后用生理鹽水沖洗反應器的內腔和外壁;

S2、將內皮干細胞培養液以及內皮干細胞注入到反應罐11內,并蓋好密封蓋;

S3、將反應罐11放進氣囊2內,并將氣囊2內氣體含量調整至50-

60%,當需要進行攪拌時,繼續向氣囊2內充入氣體直至電磁鐵7與外助晃環8位置相對;

S4、之后將整個裝置置于5%CO2、37℃環境下進行培養,制得內皮干細胞生物反應器。

可以通過反應外動槽、雙態定位凸起和氣囊2的配合使用,使得本反應器在不需要進行攪拌時,可以保持穩定進行正常的細胞培養,當需要攪拌時,通過氣囊2使得反應罐11升高,停止對雙態定位凸起的通電,并對電磁鐵7通電,解除對反應罐11的固定,同時通過電磁鐵7和外助晃環8之間的斥力,使反應罐11一直處于晃動狀態,從而對于內部的培養物進行搖晃攪拌,動攪拌條4隨之晃動,進而對其培養物質起到輔助的攪拌作用,通過動攪拌條4可以將現有技術中的硬性接觸變成柔性接觸,從而有效降低在攪拌時對細胞造成的傷害,進而降低細胞的死亡率,有效降低后期細胞培養的次數,提高工作效率。

以上所述;僅為本發明較佳的具體實施方式;但本發明的保護范圍并不局限于此;任何熟悉本技術領域的技術人員在本發明揭露的技術范圍內;根據本發明的技術方案及其改進構思加以等同替換或改變;都應涵蓋在本發明的保護范圍內。

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