本發(fā)明涉及組織細胞培養(yǎng)裝置，特別是一種利于懸浮細胞在培養(yǎng)環(huán)境下，能夠在培養(yǎng)液中自由正常生長的組織細胞培養(yǎng)裝置。

背景技術：

細胞培養(yǎng)是指從體內組織取出細胞，模擬體內環(huán)境，在無菌、適當溫度及酸堿度和一定營養(yǎng)條件下，使其在體外生長繁殖、并維持其結構、功能、及生理特性的一種培養(yǎng)技術。細胞培養(yǎng)根據(jù)它們在培養(yǎng)器皿是否能貼附于支持物上生長的特征，可分為貼附型生長和懸浮型生長兩大類。貼附型細胞在培養(yǎng)時能貼附在支持物表面生長，一般可用纖維、微載體、多孔材料等作為培養(yǎng)體，細胞在培養(yǎng)體上貼附培養(yǎng)，而對懸浮型組織細胞，由于其不貼附在支持物生長，它在培養(yǎng)時，一般不需培養(yǎng)體，直接在培養(yǎng)液中培養(yǎng)，該種細胞的培養(yǎng)裝置主要有培養(yǎng)皿（瓶）、攪拌裝置。如專利CN 201224734Y公開了“雙攪拌棒懸浮細胞培養(yǎng)瓶”， 一種雙攪拌棒懸浮細胞培養(yǎng)瓶，包括瓶體、瓶蓋和攪拌裝置，攪拌裝置的一端與瓶蓋內側連接，攪拌裝置的另一端伸入瓶體內并接近瓶體底端。所述的攪拌裝置由固定桿、上連接軟管、軸桿、叉形旋轉件、下連接軟管和磁棒構成，固定桿的上端與所述的瓶蓋內側中心固定連接，固定桿的下端通過上連接軟管與軸桿的上端連接；在每一分叉的下端各通過軟管與磁棒連接。它可用于細菌、真菌、植物等細胞的懸浮培養(yǎng)，尤其適合哺乳動物細胞和昆蟲細胞的懸浮培養(yǎng)。CN 201762335U公開了“高密度懸浮細胞培養(yǎng)裝置”，它包括培養(yǎng)瓶、放置于瓶內底部的磁力攪拌子、低速調控磁力攪拌器；其中，培養(yǎng)瓶的頂端、培養(yǎng)瓶的上端兩側均設有開口；培養(yǎng)瓶放置于低速調控磁力攪拌器之上。通過磁力攪拌器控制置于培養(yǎng)瓶內底部的磁力攪拌子進行旋轉，從而進行細胞懸浮培養(yǎng)。而用上述現(xiàn)有技術培養(yǎng)細胞時，隨著細胞密度的增大，難以做到細胞均勻分布，會形成局部細胞密集區(qū)，影響培養(yǎng)液的傳送，培養(yǎng)液濃度不均勻，不利于細胞正常生長，細胞密度大也會減緩細胞生長速度，上述現(xiàn)有技術的攪拌方式具有較大剪切力，從而對細胞造成損傷，不利于細胞的培養(yǎng)。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明目的是為了克服現(xiàn)有技術中的不足，而提供一種有利于細胞在培養(yǎng)液中自由正常生長、均勻分布、使細胞正常生長的組織細胞培養(yǎng)裝置。

發(fā)明人認為如果提供一種細胞培養(yǎng)裝置，該裝置通過一系列均布網(wǎng)格空間使細胞均勻分布，同時還能使在細胞生長繁殖過程中，隨著細胞數(shù)量逐漸增多致使細胞較為密集時，有仍能提供營養(yǎng)液或新陳代謝物自由流動的動力源，來保證細胞的正常生長條件，并通過液體流動、網(wǎng)格保護來減少對細胞的剪切力則能克服現(xiàn)有技術的不足。

本發(fā)明目的通過如下技術方案實現(xiàn)：

一種用于懸浮組織細胞的培養(yǎng)裝置，其特征在于：所述培養(yǎng)裝置內包括一組織細胞培養(yǎng)體，該組織細胞培養(yǎng)體為一多孔材料；該多孔材料是以材料孔徑大小進行分級的孔腔及圍繞形成孔腔的腔壁構成，且圍繞構成上級大孔腔的腔壁上設置下級小孔腔；各級孔腔均各自相互貫通且各級孔腔相互間也彼此貫通；所述培養(yǎng)裝置內還包括一旋流裝置，能使培養(yǎng)裝置內的培養(yǎng)液產(chǎn)生旋轉渦流。

上述組織細胞培養(yǎng)裝置中，作為組織細胞培養(yǎng)體的多孔材料以材料孔徑大小進行分級的孔腔至少分為兩級以上。其中圍繞構成上一級大孔腔的腔壁上設置下一級小孔腔；或者圍繞構成上級大孔腔的腔壁上設置有下級各級小孔腔；或者圍繞構成上級大孔腔的腔壁上設置有下級各級小孔腔的任意組合。

當該多孔材料的孔腔分為三級時，圍繞構成上一級大孔腔的腔壁上設置下一級小孔腔；或者圍繞構成上級大孔腔的腔壁上設置有下級兩級小孔腔。當然，下級小孔腔的腔壁都是由更下級的小孔腔圍繞構成的。以此類推，分為更多級的多孔材料的孔腔，每一級的大孔腔的腔壁上都可以是只設置下一級的小孔腔，也可以是圍繞構成上級大孔腔的腔壁上設置有下級的各級小孔腔或圍繞構成上級大孔腔的腔壁上設置有下級各級小孔腔的任意組合。發(fā)明人認為，當多孔材料的孔腔分為三級時為最佳，也認為當多孔材料的孔腔分為三級時，其中圍繞構成上一級大孔腔的腔壁上設置下一級小孔腔的結構為最佳。

進一步說，該多孔材料較小級的孔腔的孔徑為納米級，其他級孔腔的孔徑至少大于培養(yǎng)細胞的平均直徑。

進一步說，當該多孔材料的孔腔分為三級時，圍繞構成上一級大孔腔的腔壁上設置下一級小孔腔；最小級孔腔的孔徑為納米級，比最小級孔腔的孔徑大一級的孔腔的孔徑至少大于培養(yǎng)細胞的平均直徑的兩倍，比最小級小孔腔的孔徑大二級的孔腔的孔徑至少大于培養(yǎng)細胞的平均直徑的四倍為佳。

本發(fā)明作為組織細胞培養(yǎng)體的多孔材料，可采用如下制備方法制得：

（1）材料準備

將原料粉和用于制備最小一級孔的造孔劑混合，并配制成漿料；

將所述漿料均勻填充入高分子材料支架，形成坯體并干燥、破碎得到含有原料、造孔劑與高分子材料支架材料的混合顆粒；

（2）將前述得到的混合顆粒與用于制備比最小一級孔大的上級孔的造孔劑均勻混合，制成致密坯體；

（3）將致密坯體真空燒結；燒結后的坯體按照原料工藝進行常規(guī)后續(xù)處理得到多孔材料。

更具體地說，所述的多孔材料的制備方法，在制備致密坯體前，先將混合顆粒與用于制備比最小一級孔大一級的孔的造孔劑均勻混合，均勻地灌入高分子材料支架中，該高分子材料支架孔徑大于混合顆粒粒徑及所述造孔劑粒徑，棱作為比最小一級孔大二級的孔的造孔劑，這樣，經(jīng)真空燒結后，就可制備出具有三級孔的多級孔材料，依次類推，可制備出更多級孔的多孔材料。

更具體地說，所述的多孔材料制備方法，孔徑大于混合顆粒粒徑及造孔劑孔徑的高分子材料支架的孔隙是三維貫通的，從而制備出的孔也是三維貫通的。

進一步，上述懸浮組織細胞培養(yǎng)裝置，它還包括放置組織細胞培養(yǎng)體的培養(yǎng)皿，所述組織細胞培養(yǎng)體固定于所述培養(yǎng)皿中；所述的旋流裝置設置于所述組織細胞培養(yǎng)體下方。

上述旋流裝置包括多組由支座支撐的輸氣管，多組輸氣管上均設置有出氣管和進氣管；所述進氣管與所述培養(yǎng)皿外的控制閥連接，控制閥還連接有主進氣管。

上述輸氣管呈環(huán)狀，環(huán)狀的輸氣管上設置的出氣管的軸線在水平面上投影與環(huán)狀的輸氣管的軸線在水平面上投影相切。

上述多組輸氣管以偶數(shù)組為佳，比如兩組、四組、六組或更多。而且在水平面投影上，如果一組出氣管的指向與輸氣管軸線順時針切向相同，則另一組出氣管的指向則與輸氣管軸線反時針切向相同，反之亦然。

進一步，各組出氣管與水平面的夾角為小于或等于45°。

進一步，上述出氣管的出口設置有絲網(wǎng)或帶小孔的膜片。

本發(fā)明的有益效果：

1、本發(fā)明提供了有利于懸浮組織細胞三維空間自由正常生長的組織細胞培養(yǎng)裝置，將多孔材料作為細胞培養(yǎng)體，特別是該多孔材料以材料孔徑大小進行分級的孔腔及圍繞形成孔腔的腔壁進行合理設計，將培養(yǎng)空間分割為一系列三維均布網(wǎng)格空間，其最小孔用于營養(yǎng)液及新陳代謝物的傳輸，大孔用于細胞生長空間，對任一個孔腔，由于其尺寸的局限，避免了細胞的過分密集，當達到一定密集度時，細胞再向其他孔腔遷移，由于各級孔腔均各自相互貫通且各級孔腔相互間也彼此貫通，使得細胞可在大孔間自由移動，給細胞隨意穿行其中提供條件，這樣結構的細胞培養(yǎng)體在細胞培養(yǎng)過程中不易形成細胞過分密集區(qū)或者是營養(yǎng)物質富集區(qū)，使細胞分布均勻，便于細胞正常生長。

2、本發(fā)明所述的組織細胞培養(yǎng)裝置，各級孔腔均各自相互貫通且各級孔腔相互間也彼此貫通及納米級孔的存在，可以使營養(yǎng)液或新陳代謝物在其中隨意通過，即使細胞增多，孔腔變小或堵塞也不阻礙營養(yǎng)液或新陳代謝物在細胞培養(yǎng)體內的任意浸潤或稱滲透，從而保障細胞的順利正常生長。

3、本發(fā)明所述的組織細胞培養(yǎng)裝置，對多孔材料的孔腔進行分級設置，而且合理設計各級孔腔的級數(shù)及在各級孔腔腔壁上的布置，以滿足各類組織細胞的各種生長環(huán)境條件。特別是孔為三級時，第三級小孔腔的孔徑為納米級孔，第二級孔腔的孔徑至少大于培養(yǎng)細胞的平均直徑的兩倍，第一級孔腔的孔徑至少大于培養(yǎng)細胞的平均直徑的四倍，特別有利于細胞生長，保證了細胞在第二級孔腔內生長，在第一級孔腔內自由遷移，該最小一級孔腔孔徑是納米級孔，孔小會產(chǎn)生毛細力，會加速培養(yǎng)液、新陳代謝物的流動，能將細胞吸入細胞培養(yǎng)體內，并促進其在組織細胞培養(yǎng)體中的遷移，而且毛細力還會通過培養(yǎng)液作用于細胞，從而加快細胞的生長，實現(xiàn)細胞的高效批量培養(yǎng)，因而，本發(fā)明相對現(xiàn)有懸浮細胞培養(yǎng)技術具有顯著的優(yōu)勢。

4、本發(fā)明提供的作為組織細胞培養(yǎng)體的多孔材料制備方法，能有效地控制孔徑大小、孔的布置、貫通性，孔的分布均勻性，簡便、易于實現(xiàn)，參數(shù)易于調整控制。

5、通過多組進氣管、輸氣管、出氣管，結合閥體控制，可使進氣在培養(yǎng)液中形成順時針、反時針轉向的回轉流動，實現(xiàn)培養(yǎng)液的高效攪拌，避免培養(yǎng)液不均勻，通過液體流動及細胞培養(yǎng)體的保護，減少了對細胞的剪切力；出氣管與水平面有夾角會使培養(yǎng)液對上面的細胞培養(yǎng)體的作用更明顯。

6、出氣管出口裝有絲網(wǎng)或帶小孔的膜片可減小氣泡，避免大氣泡破碎損傷細胞。

附圖說明

下面將結合附圖與實施例對本發(fā)明作進一步闡述。

圖1為本發(fā)明組織細胞培養(yǎng)裝置示意圖。

圖2為圖1中A-A截面圖。

圖3為圖1中組織細胞培養(yǎng)體結構局部放大圖。

圖4為圖3中組織細胞培養(yǎng)體腔壁局部放大圖。

圖5為圖4中B-B截面圖。

圖6為圖2中C向局部視圖。

圖7為圖6中D向局部放大視圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本發(fā)明的具體實施方式作說明，實施方式以本發(fā)明技術方案為前提，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護范圍不僅限于下述的實施方式。

在附圖中，1為培養(yǎng)皿，2為細胞培養(yǎng)體，3為主進氣管，4為支撐輸氣管的支座，5為控制閥，6為進氣管①，7為進氣管②，8為輸氣管②，9為輸氣管①，10為出氣管②，11為出氣管①，12為組織細胞培養(yǎng)體的孔腔，13為孔腔的腔壁，14為腔壁13上的孔腔，15為孔腔14的腔壁，16為出氣管①或②出口處安裝的絲網(wǎng)或帶小孔的膜片。

以下詳細給出本發(fā)明的實施例：

實施例1：

參見附圖，一種用于懸浮組織細胞的培養(yǎng)裝置，所述培養(yǎng)裝置內包括一組織細胞培養(yǎng)體2，該組織細胞培養(yǎng)體2為一多孔鉭材料；該多孔鉭材料是以材料孔徑大小進行分級的孔腔及圍繞形成孔腔的腔壁構成，且圍繞構成上級大孔腔的腔壁上設置下級小孔腔；各級孔腔均各自相互貫通且各級孔腔相互間也彼此貫通。所述培養(yǎng)裝置內還包括置于其中的旋流裝置。

具體到本例，該多孔鉭材料，它具有三級孔腔，其中，均勻分布、相互貫通的上二級大孔腔12（以下稱第一級孔腔）的腔壁13上有均勻分布、相互貫通的上一級大孔腔14（以下稱第二級孔腔），第二級孔腔14的腔壁15上有均勻分布、相互貫通的下級小孔腔（以下稱第三級孔腔）；且各級孔腔相互間也彼此貫通。第一級孔腔12孔徑為160μm-650μm，第二級孔腔14孔徑為60μm-90μm，第三級孔腔孔徑為400nm-700nm。

該多孔鉭材料的制備方法是：

（1）材料準備

采用粒徑為1μm-10μm的鉭粉為原料，粒徑為450nm-780nm 的尿素做為最小一級孔造孔劑，用粒徑為450nm-780nm的聚苯乙烯作為粘合劑，按照鉭粉：尿素：聚苯乙烯：蒸餾水按體積比1：2：1：7.5配制成漿料。

采用孔徑為100μm-200μm的聚酯泡沫，將所述漿料用泡沫浸漬法均勻填充其中，形成坯體并干燥，然后破碎得到顆粒為65μm-100μm的含有原料、造孔劑與聚酯泡沫的混合顆粒。

（2）將混合顆粒、粒徑為65μm-100μm的乙基纖維素按體積比2：1均勻混合后均勻地灌入棱直徑為200μm-720μm、孔徑為400μm-600μm的三維貫通的聚酯泡沫中，然后將聚酯泡沫放入密閉模具壓制成致密坯體。

（3）將致密坯體真空燒結；燒結后的坯體按照鉭材工藝進行常規(guī)后續(xù)熱處理得到級數(shù)為三級的多孔鉭。

進一步參見附圖，可以看出本例的組織細胞培養(yǎng)裝置，它還包括放置組織細胞培養(yǎng)體的培養(yǎng)皿1，所述組織細胞培養(yǎng)體2固定于所述培養(yǎng)皿1中；所述的旋流裝置設置于所述組織細胞培養(yǎng)體下方。

該旋流裝置包括兩組由支座4支撐的輸氣管，該輸氣管呈環(huán)狀，即圖中的輸氣管①9與輸氣管②8，都是由支座4支撐；在輸氣管①9與輸氣管②8上分別均勻布置與自身連通的出氣管①11與出氣管②12，出氣管①11與出氣管②12軸線在水平面上投影分別與輸氣管①9與輸氣管②8的軸線在水平面上投影相切；分別與輸氣管①9與輸氣管②8連通的進氣管①6與進氣管②7穿出培養(yǎng)皿1與控制閥5連接，主進氣管3與控制閥5連接，控制閥5可控制氣體同一時刻僅通過進氣管①6或進氣管②7。在水平面上投影上，出氣管①11指向與輸氣管環(huán)①9軸線順時針切向相同，則出氣管②12指向與輸氣管環(huán)②8軸線反時針切向相同。

出氣管①11、出氣管②12與水平面的夾角θ1、θ2為30°。

出氣管①11、出氣管②12出口裝有絲網(wǎng)16，絲網(wǎng)16的平均孔徑為0.5mm。

在細胞培養(yǎng)過程中，采用DMEM培養(yǎng)液，將培養(yǎng)細胞S180肉瘤細胞放入組織細胞培養(yǎng)體2內，再將組織細胞培養(yǎng)體2放入培養(yǎng)皿1中，進氣管①6與進氣管②7分別交替進氣，每次3分鐘。

培養(yǎng)結果表明，培養(yǎng)的細胞胞體豐滿，生長狀態(tài)良好。

實施例2：

本實施例的組織細胞培養(yǎng)裝置的細胞培養(yǎng)體2采用多孔二氧化硅材料，具有兩級孔腔，均勻分布、相互貫通的上級大孔腔12的腔壁13上有均勻分布、相互貫通的下級小孔腔14，且兩級孔腔相互間也彼此貫通。上級大孔腔12孔徑為20μm-80μm，下級小孔腔14的孔徑為100nm-300nm。出氣管①11、出氣管②12與水平面的夾角θ1、θ2為15°，出氣管①11、出氣管②12出口裝有帶孔膜片16，其平均孔徑為0.3mm。

該種多孔二氧化硅材料的制備方法是：

（1）材料準備

采用1μm-10μm的二氧化硅粉和粒徑為130nm-350nm的尿素作為最小級孔造孔劑，將其均勻混合，并用130nm-350nm的淀粉作為粘合劑，按照二氧化硅粉：尿素：淀粉：蒸餾水按體積比1：1.5：1：7配制成漿料。

將所述漿料用泡沫浸漬法均勻填充入棱直徑為25μm-90μm的聚酯泡沫中，形成坯體并干燥，然后破碎得到顆粒為25μm-90μm的含有二氧化硅粉、造孔劑與聚酯泡沫的混合顆粒。

（2）將混合顆粒、粒徑為25μm-90μm的甲基纖維素按體積比2：1均勻混合放入密閉模具壓制成致密坯體。

（3）將致密坯體真空燒結；燒結后的坯體按照二氧化硅的常規(guī)工藝進行后續(xù)處理得到級數(shù)為二級的多孔二氧化硅。

其他同實施例1。

在細胞培養(yǎng)過程中，采用BME培養(yǎng)液，將培養(yǎng)細胞淋巴細胞放入組織細胞培養(yǎng)體2內，再將組織細胞培養(yǎng)體2放入培養(yǎng)皿1中，進氣管①6與進氣管②7分別交替進氣，每次5分鐘。

培養(yǎng)結果表明，培養(yǎng)的細胞胞體豐滿，生長狀態(tài)良好。

實施例3：

本實施例的組織細胞培養(yǎng)裝置的細胞培養(yǎng)體2采用多孔鈦材料，具有三級孔腔，其中，均勻分布、相互貫通的上二級大孔腔12（以下稱第一級孔腔）的腔壁13上有均勻分布、相互貫通的上一級大孔腔14（以下稱第二級孔腔），上一級大孔腔的腔壁15上有均勻分布、相互貫通的下級小孔腔（以下稱第三級孔腔）；且各級孔腔相互間也彼此貫通。第一級孔腔12孔徑為300μm-700μm，第二級孔腔14孔徑為60μm-95μm，第三級孔腔孔徑為400nm-700nm，出氣管①11、出氣管②12與水平面的夾角θ1、θ2為45°，出氣管①11、出氣管②12出口裝有帶孔膜片16，其平均孔徑為0.7mm。

該多孔鈦材料的制備方法是：

（1）材料準備

采用粒徑為1μm-10μm的鈦粉為原料，粒徑為430nm-750nm 的尿素做為最小一級孔造孔劑，用粒徑為430nm-750nm的聚苯乙烯作為粘合劑，按照鈦粉：尿素：聚苯乙烯：蒸餾水按體積比1：2：1：7.5配制成漿料。

采用孔徑為100μm-200μm的聚酯泡沫，將所述漿料用泡沫浸漬法均勻填充其中，形成坯體并干燥，然后破碎得到顆粒為65μm-105μm的含有原料、造孔劑與聚酯泡沫的混合顆粒。

（2）將混合顆粒、粒徑為65μm-105μm的乙基纖維素按體積比2：1均勻混合后均勻地灌入棱直徑為350μm-780μm、孔徑為400μm-600μm的三維貫通的聚酯泡沫中，然后將聚酯泡沫放入密閉模具壓制成致密坯體。

（3）將致密坯體真空燒結；燒結后的坯體按照鈦材工藝進行常規(guī)后續(xù)熱處理得到級數(shù)為三級的多孔鈦。

其他同實施例1。

在細胞培養(yǎng)過程中，采用MEM培養(yǎng)液，將培養(yǎng)細胞K562放入組織細胞培養(yǎng)體2內，再將組織細胞培養(yǎng)體2放入培養(yǎng)皿1中，進氣管①6與進氣管②7分別交替進氣，每次4分鐘。

培養(yǎng)結果表明，培養(yǎng)的細胞胞體豐滿，生長狀態(tài)良好。