流化床式生物反应器的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型属于生物医学技术领域，尤其涉及一种流化床式生物反应器。
【背景技术】
[0002]我国是世界上肝病最严重的国家，每年肝衰竭新发病人数超过100万，每年约50万肝衰竭患者因得不到有效治疗而死亡。肝衰竭死亡率极高，内科保守治疗效果不佳，而人工肝支持治疗作为重症肝炎、肝衰竭患者的有效治疗手段之一已被世界公认。目前，人们正致力于各种人工肝，尤其是生物型和混合型人工肝的研发工作，期待它们能够替代病损的肝脏执行相关功能，帮助患者自我康复或者等待肝移植。其中，生物型人工肝(bioartificial-liver, BAL)主要包括血液（或血楽）回输循环部分和生物肝循环部分。其中生物肝循环部分是主体，它以培养肝细胞为基础，以生物反应器为核心载体，提供分泌、代谢、生物转化和解毒等功能。
[0003]生物肝部是目前研究重点，基本包括以下部分：生物反应器、循环栗、恒温器、氧合器和循环管路。其基本功能为：生物反应器容纳和培养肝细胞，利用氧合器给培养的肝细胞供氧，及提供二氧化碳稳定培养液PH值，恒温器保证整个生物肝部分处于37°C。血液自患者体内引出，通过半透膜与生物肝部分进行物质交换后，再回输到体内。
[0004]肝细胞是BAL的生物活性部分，迄今国内外多使用猪、狗等动物异种肝细胞及肿瘤来源的人肝细胞株进行BAL治疗研究。前者，尤其是原代猪肝细胞被认为是BAL应用中最廉价且能大量获得的肝细胞来源。近年来的实验证明猪肝细胞具有与人肝细胞类似的细胞色素P450活性代谢功能，优于其他动物的肝细胞。同时原代猪肝细胞在清除毒素和中间代谢产物、参与生物合成和生物转化等功能要远远优于肿瘤来源的人肝细胞株。许多以原代猪肝细胞为基础构建BAL治疗急性肝功能衰竭（acute hepatic failure, AHF)已进入I/II期临床试验。但单个悬浮培养的原代肝细胞不易培养，极易死亡，而单层贴壁培养肝细胞，生物反应器中肝细胞数量难以达到临床需求。在本发明中，肝细胞采用与人脐静脉内皮细胞（HUVEC)共培养形成的聚球体。
[0005]生物反应器是BAL的核心装置，为外源性肝细胞和血液和血浆提供物质交换场所，又为肝细胞提供适宜的生长环境，应用前景广阔。既往研究热点以及目前已经进入临床试验的生物反应器类型主要是中空纤维反应器，但其存在细胞分布不均匀、细胞粘附率低及活性差，半透膜阻塞等缺点。与之相匹配的固化床反应器同样存在较大的缺陷，运转过程中肝细胞处于低灌流状态，细胞所受剪切力较大，容易死亡。同时，目前所研究的生物反应器通常结构复杂，加工难度大，造成成本昂贵。另外，对于需要连续治疗的病人，现有培养有肝细胞的生物反应器大多更新或更换困难，替换时需关闭系统，增加了病人的等待时间、治疗时间延长，增加了系统污染的风险。而且现有生物人工肝治疗中，患者血清或血浆与外源性肝细胞通常只间隔一层半透膜，物质直接交换，患者血清或血浆直接接触到外源性肝细胞的风险不能排除，易造成患者感染或者出现免疫反应。而且，通过半透膜进行物质交换时，半透膜两侧物质主要依靠扩散作用进行交换，交换效率低下，影响了 BAL的肝功能支持效果。
[0006]而在治疗工程中，现有的BAL系统，只往往考虑肝脏支持功能，但通常接受BAL支持治疗的肝衰竭患者同时也面临肾脏衰竭及需要静脉补充营养物质等问题。
[0007]基于上述问题，本发明在生物反应器结构，BAL循环结构及细胞培养等方面进行了改进，动物实验表明该系统具有良好的疗效。
【实用新型内容】
[0008]本实用新型旨在提供一种流化床式生物反应器，克服现有生物人工肝系统结构方面的成本高、效率低和安全风险等缺陷，提供一种安全可靠，高效的流化床式生物反应器，实现无间断治疗。
[0009]为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案如下:
[0010]本实用新型公开的流化床式生物反应器，它整体呈倒置的圆台形，包括顶盖部，主体部以及底座部；所述的顶盖部包括两层滤膜、出口、沉降室、止水阀和快速接头。所述两层滤膜位于主体部与顶盖部衔接面，顶盖顶部设有液体通道，与顶盖上方的沉降室侧壁相连。沉降室顶部设有液体出口，出口上端设有止水阀A和快速接头。主体部分包括圆台形内容腔，主体部分顶部中央设有一个圆柱形中空的稳流棒，稳流棒的中空部分放有温度仪，主体部的侧壁设有采样孔，采样孔顶端装有肝素帽。底座部包括侧面的液体入口，液体入口前端有快速接头，同时设有止水阀B，还包括肝细胞加样孔，该入口顶端有肝素帽。在容器内容腔的底部中央有一个可转动螺旋桨，在底部的外壁上有一圈支架，用于放置生物反应器。
[0011]优选的，所述液体入口及液体出口直径为4-8_，大孔径滤膜的孔径为100微米，小孔径滤膜的孔径为0.45-1微米。
[0012]进一步的，所述螺旋桨叶片为3-6枚，液体通道设有3-6个。
[0013]进一步的，所述所述圆台形内容腔体积为1500-4000mL，沉降室体积为50_200mL，稳流棒长度为10-16cm，直径l-2cm。
[0014]优选的，所述流化床式生物反应器外壁使用医用透明材料或有机玻璃制作。
[0015]本实用新型具有以下有益效果:
[0016]本实用新型采用带螺旋桨圆台形灌流式流化床生物反应器可以有效降低灌流中液体的剪切力，灌流速度可以提高到200-400mL/min，而不会造成其中肝细胞的死亡。同时，三维流体力学模型及实体试验均证实，反应器在特定流速/墙体直径比内可形成稳定的四周延内壁螺旋向上，中间向下的流化效果，可避免出现循环死腔，同时稳流棒可以在流体中间向下的过程中避免漩涡的形成，保护肝细胞，使肝细胞与流化液体能够充分接触，在保证肝细胞活性的前提下，提高净化效能。另外带螺旋桨圆台形灌流式流化床生物反应器结构简单，制造成本低，可降低患者治疗费用。
【附图说明】
[0017]图1为本实用新型的示意图；
[0018]图中:1_液体出口 ；2_快速接头；3_止水阀A ；4-沉降室；5_液体通道；6_顶盖；
7-小孔径滤膜；8_大孔径滤膜；9_稳流棒；10_内容腔；11_温度仪；12_取样孔；13_细胞加样孔；14-止水阀B ; 15-液体入口 ； 16-快速接头；17-螺旋桨；18_支架；19-顶盖部；20_主体部；21-底座部。
【具体实施方式】
[0019]为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本实用新型进行进一步详细说明。
[0020]如图1所示，本实用新型公开的流化床式生物反应器，它整体呈倒置的圆台形，包括圆形的顶盖部19，倒置圆台形的主体部20以及圆台形的底座部21。顶盖部19包括顶盖6以及位于顶盖6下方的一层大孔径滤膜8和一层小孔径滤膜7，顶盖6顶部设有液体通道5，液体通道5与顶盖6上方的圆柱形沉降室4侧壁相连。沉降室4顶部设有液体出口 1，出口上端设有止水阀A3和快速接头2。主体部20包括圆台形内容腔10，主体部20内壁顶部中央竖直设有一个圆柱形中空的稳流棒9，稳流棒9的中空部分设有温度仪11，主体部20的侧壁设有取样孔12，取样孔12顶端装有肝素帽。底座部21包括侧面的液体入口 15，液体入口 15前端有快速接头16，同时设有止水阀B14，还包括细胞加样孔13，细胞加样孔13顶端有肝素帽。在容器内容腔10的底部中央有一个可转动螺旋桨17，可在液体入口 15水流的推动下转动。在底部的外壁上有一圈支架18，用于放置整个流化床式生物反应器。该反应器呈封闭式结构，多开口设计，可方便采样及加入肝细胞，同时减少操作工程中污染的可能性。其中液体入口 15及液体出口 I直径为4-8mm，大孔径滤膜8的孔径为100微米，小孔径滤膜7的孔径为0.45-1微米。螺旋桨17叶片为3-6枚。顶盖6顶部设有3_6个液体通道5。圆台形内容腔10体积为1500-4000mL。沉降室4体积为50_200mL。稳流棒9长度为10-16cm，直径l-2cm。流化床式生物反应器外壁使用医用透明材料或有机玻璃制作，可以适时观察反应器内部情况。
[0021]本系统配备的流化床式生物反应器的规模可根据实际应用放大或缩小。
[0022]当然，本实用新型还可有其它多种实施例，在不背离本实用新型精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可根据本实用新型作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本实用新型所附的权利要求的保护范围。
【主权项】
1.一种流化床式生物反应器，其特征在于：包括圆形的顶盖部（19)，倒置圆台形的主体部（20)以及圆台形的底座部（21)，顶盖部（19)包括顶盖（6)以及位于顶盖（6)下方的一层大孔径滤膜（8)和一层小孔径滤膜（7)，顶盖（6)顶部设有液体通道（5)，液体通道（5)与顶盖（6)上方的沉降室⑷侧壁相连，沉降室⑷顶部设有液体出口（I)，液体出口（I)上端设有止水阀A(3)和快速接头（2)，主体部（20)包括圆台形内容腔（10)，主体部（20)内壁顶部中央竖直设有一个圆柱形中空的稳流棒（9)，稳流棒（9)的中空部分设有温度仪(11)，主体部（20)的侧壁设有取样孔（12)，取样孔（12)顶端装有肝素帽，底座部（21)包括侧面的液体入口（15)，液体入口（15)前端有快速接头（16)，同时设有止水阀B (14)，还包括细胞加样孔（13)，细胞加样孔（13)顶端有肝素帽，在容器内容腔（10)的底部中央有一个可转动螺旋桨（17)，在内容腔（10)底部的外壁上有一圈支架（18)。2.根据权利要求I所述的流化床式生物反应器，其特征在于：所述液体入口（15)及液体出口（I)直径为4-8_，大孔径滤膜（8)的孔径为100微米，小孔径滤膜（7)的孔径为O.45-1 微米。3.根据权利要求I所述的流化床式生物反应器，其特征在于：所述螺旋桨（17)叶片为3-6枚，液体通道（5)设有3-6个。4.根据权利要求I所述的流化床式生物反应器，其特征在于：所述圆台形内容腔（10)体积为1500-4000mL，沉降室⑷体积为50_200mL，稳流棒（9)长度为10_16cm，直径l_2cm。5.根据权利要求I所述的流化床式生物反应器，其特征在于：所述流化床式生物反应器外壁使用医用透明材料或有机玻璃制作。
【专利摘要】本实用新型公开一种流化床式生物反应器，包括顶盖部，主体部以及底座部。顶盖部包括顶盖、滤膜、液体通道、沉降室、液体出口、止水阀A和快速接头，主体部包括内容腔、稳流棒、温度仪和取样孔，底座部包括液体入口、快速接头、止水阀B和细胞加样孔，容器内容腔底部设有螺旋桨，外壁上设有一圈支架。本实用新型结构简单，制造成本低，可降低患者治疗费用。
【IPC分类】C12M1/02, C12M3/06, C12M1/34
【公开号】CN204779616
【申请号】CN201520433335
【发明人】包骥, 步宏
【申请人】四川大学华西医院
【公开日】2015年11月18日
【申请日】2015年6月23日