天然软骨基质主要成分-Ⅱ型胶原蛋白提取专用装置

摘要

本发明公开了一种天然软骨基质主要成分-Ⅱ型胶原蛋白提取专用装置，包括恒温箱、设置在所述恒温箱内的离心装置和用于控制恒温箱内温度及离心装置动作的控制系统，所述离心装置包括离心机、安装在离心机上的容器装置，用于向容器装置内添加试剂的加液系统、用于排出容器装置内废液的过滤排液系统和用于搅拌试剂的搅拌系统。本发明的天然软骨基质主要成分-Ⅱ型胶原蛋白提取专用装置能够自动完成天然软骨基质主要成分-Ⅱ型胶原蛋白的提取，能够有效节省人力，降低制作成本和提高生产效率。

说明书

技术领域

本发明涉及一种Ⅱ型胶原蛋白的专业生产装置，具体涉及一种天然软骨基 质主要成分-Ⅱ型胶原蛋白提取专用装置，提取的Ⅱ型胶原蛋白主要用于可注射 型组织工程软骨凝胶基质的制备。

背景技术

由创伤或骨病所致关节部位软骨缺损临床常见，严重影响患者生活质量， 已成为目前肢体残障的主要原因之一。美国发病率为1.5‰～3‰，我国约为美国 的5～6倍，且呈逐年上升趋势。关节软骨属于透明软骨，缺乏神经血管营养，损 伤后自身难以修复。临床现有治疗措施均存在明显缺陷，其保守治疗和关节清 理术只能暂时缓解疼痛，不能阻止病程的发展；自体骨软骨移植术可造成供区 损伤，且来源有限，难以修复较大面积的缺损；异体骨软骨移植术存在免疫排 斥反应及传播疾病的可能；人工关节置换术则费用昂贵、并发症较多、翻修率 较高，特别是对年轻患者的身心影响大、经济负担重。

组织工程学的诞生及其快速发展为关节软骨的再生修复提供了新技术。组 织工程支架材料为构建组织的细胞提供的三维支架，有利于细胞的黏附、增殖 乃至分化，为细胞生长提供合适的外环境。在组织工程中，支架材料起到细胞 外基质的作用，是对细胞外基质的结构和功能的仿生。它不仅起支撑作用，保 持原有组织的形状，而且还起到模板作用，为细胞提供赖以寄宿、生长、分化 和增殖的场所，从而引导受损组织的再生和控制再生组织的结构。

然而，由于组织工程支架材料一般选取与人体正常关节软骨细胞外基质主 要成分相同的材料作为制备组织工程用仿生软骨细胞外基质的仿生原材料，在 制备过程中需要经过多个步骤和长时间的处理，且在制备过程中需要长时间的 搅拌、离心处理，要制备一份组织工程支架材料通常要花费20天的时间，若均 采用人工操作，则会导致人力成本增加和生产制备的效率降低等缺陷。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种天然软骨基质主要成分-Ⅱ型胶原蛋 白提取专用装置，该Ⅱ型胶原蛋白提取专用装置能够自动完成组织工程软骨胶 原蛋白制的制备，能够有效节省人力，降低制作成本和提高生产效率。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种天然软骨基质主要成分-Ⅱ型胶原蛋白提取专用装置，包括恒温箱、设 置在所述恒温箱内的离心装置和用于控制恒温箱内温度及离心装置动作的控制 系统，所述离心装置包括离心机、安装在离心机上的容器装置，用于向容器装 置内添加试剂的加液系统、用于排出容器装置内废液的过滤排液系统和用于搅 拌试剂的搅拌系统；

所述离心机包括底座和设置在底座上的转盘，所述底座内设有用于驱动转 盘旋转的电机；

所述容器装置包括固定安装在所述转盘上的容器座，所述容器座上沿竖直 方向设有至少两级用于盛放试剂的容器，且相邻两级容器中，位于上部的容器 底部设有与位于下部的容器相通的通道；

所述过滤排液系统包括废液罐和设置在位于最下方的所述容器底部并用于 向外排出废液的排液通道，所述通道和排液通道上均设有半透膜和控制阀，所 述底座上与所述排液通道对应设有排液槽，所述排液槽与所述废液罐之间设有 废液收集通道；

所述搅拌系统包括设置在所述容器装置上方的上座，所述上座的底面上设 有与所述容器一一对应设置的搅拌杆组，所述上座和底座之间设有用于驱动所 述上座上下移动的驱动装置；

所述加液系统包括安装在所述上座顶面用于盛放试剂或安装试剂容器的试 剂槽，所述试剂槽与所述容器之间一一对应设有加液通道，所述加液通道上设 有控制阀；

所述控制系统包括控制器，均与所述控制器相连并用于测量所述恒温箱内 温度的温度传感器、用于计时的计时器、用于控制所述电机动作的电机驱动电 路和用于控制所述驱动装置升降动作的控制模块，所述恒温箱内设有温度控制 输出系统，所述控制器分别与所述控制阀和温度控制输出系统相连。

进一步，所述驱动装置包括设置在所述上座与底座之间的导向杆和用于驱 动导向杆伸缩运动的气缸，所述气缸的气路上设有电磁阀，所述控制模块与所 述电磁阀相连。

进一步，设置在所述容器座上的容器均呈同轴设置的圆形容器，且相邻两 级容器中，位于下部的容器的横截面积大于位于上部的容器的横截面积。

进一步，所述搅拌杆组对应设置在相邻两级所述容器之间，且与位于最上 方的所述容器对应设置的搅拌杆组设置在该容器的容器口上方。

进一步，所述搅拌杆组包括至少一根搅拌杆。

进一步，所述加液通道包括与所述试剂槽一一对应设置在所述上座内的加 液通道I和设置在所述搅拌杆内分别与所述加液通道I相连的加液通道II。

进一步，所述控制阀设置在所述加液通道I上。

进一步，所述容器座上设有用于放置在所述容器内并用于测量PH值的PH 传感器，所述PH传感器与所述控制器相连。

进一步，所述搅拌杆上设有搅拌桨叶。

本发明的有益效果在于：

本发明天然软骨基质主要成分-Ⅱ型胶原蛋白提取专用装置，通过设置离心 装置，在离心机的作用下，能够驱动容器装置高速旋转，对盛放在容器装置内 的试剂进行离心处理；通过在容器装置中设置多级容器，并在相邻容器之间设 置通道，结合滤液排液系统，在半透膜的作用下，能够分离上清液和沉淀物， 并选择保留上清液或者沉淀物继续制备；通过设置搅拌系统，当需要搅拌的时 候，将搅拌杆组伸入到对应的容器内，通过离心机带动容器装置相对于搅拌杆 低速旋转，能够实现溶液的搅拌功能；通过设置加液系统，能够在制备过程中 向对应的容器内加入试剂；

通过设置控制系统，控制器通过温度传感器的温度信号向恒温箱的温度控 制输出系统发出控制指令，使恒温箱内的温度能够始终满足制备要求；通过电 机驱动电路能够控制电机开停机、转速和旋转时间等，并通过控制模块控制驱 动装置升降运动，能够在需要时搅拌溶液或离心溶液；通过对控制阀的控制， 能够在需要时向容器内注入所需试剂；

具体的，采用本发明天然软骨基质主要成分-Ⅱ型胶原蛋白提取专用装置制 备Ⅱ型胶原蛋白的方法如下：

1）在室温、无菌条件下，从新鲜猪股骨上用手术刀切取膝关节软骨，置于 生理盐水暂存；

2）将洗涤干净的软骨薄片置于低温冻干机内进行冻干，完全去除水分后用 低温粉碎机进行粉碎，并称取软骨微粒重量；

3）将粉碎后的软骨置于最上层容器中，并向容器内注入体积为软骨体积5 倍的75%医用酒精中，在4℃和无菌环境中消毒24h，消毒完成后，利用离心机 以8000rpm的转速离心溶液20min，离心后打开控制阀，利用半透膜过滤掉上 清液，保留的沉淀物用双蒸水进行充分洗涤；

4）向最上层容器中注入体积为第3）步所得沉淀物10倍体积的4mol/L盐 酸胍溶液，将沉淀物与该盐酸胍溶液混悬，然后将搅拌杆伸入容器内，利用离 心机驱动容器装置低速旋转，搅拌溶液24h后将搅拌杆退出容器外，利用离心 机以8000rpm的转速离心溶液20min，离心后打开控制阀，利用半透膜过滤掉 上清液，保留的沉淀物用0.05mol/L Tris-HCl缓冲液和0.5mol/L冰醋酸充分洗 涤；

5）向第一级容器中注入体积为第4）步所得沉淀物5倍体积的1g/L胃蛋白 酶-冰醋酸消化液，向第二级容器中注入适量的清洗液，然后将搅拌杆伸入容器 内，利用离心机驱动容器装置低速旋转，搅拌溶液48h后将搅拌杆退出容器外， 利用离心机以8000rpm的转速离心溶液20min，离心后先排除第二级容器内的 清洗液，再利用半透膜将上清液收集到第二级的容器中；沉淀物内可继续加入 消化液进行消化24h后，并将上清液收集至第二级容器中；

6）向第二级容器内注入2mol/L NaOH迅速调节溶液至pH7.5，加入NaCl 使其最终浓度为3mol/L，在4℃和无菌环境下盐析过夜，利用离心机以8000rpm 的转速离心溶液20min，利用半透膜过滤掉上清液，保留的沉淀物；

7）向第二级容器内持续注入三蒸水进行透析，透析完成后，以8000rpm的 转速离心溶液20min，利用半透膜过滤掉上清液，保留的沉淀物，即得到胶原 蛋白；

综上可知，本发明的天然软骨基质主要成分-Ⅱ型胶原蛋白提取专用装置能 够自动完成组织工程软骨胶原蛋白制的制备，能够有效节省人力，降低制作成 本和提高生产效率。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附 图进行说明：

图1为本发明天然软骨基质主要成分-Ⅱ型胶原蛋白提取专用装置实施例的 结构示意图；

图2为图1的A详图；

图3为控制原理框图；

图4为搅拌杆的截面图。

具体实施方式

下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。

如图1所示，本发明天然软骨基质主要成分-Ⅱ型胶原蛋白提取专用装置实 施例的结构示意图。本实施例的天然软骨基质主要成分-Ⅱ型胶原蛋白提取专用 装置，包括恒温箱1、设置在恒温箱1内的离心装置和用于控制恒温箱1内温度 及离心装置动作的控制系统，离心装置包括离心机、安装在离心机上的容器装 置，用于向容器装置内添加试剂的加液系统、用于排出容器装置内废液的过滤 排液系统和用于搅拌试剂的搅拌系统。

离心机包括底座2和设置在底座上的转盘3，底座2内设有用于驱动转盘旋 转的电机4，用于驱动容器装置高速离心旋转或低速搅拌旋转。

容器装置包括固定安装在转盘3上的容器座5，容器座5上沿竖直方向设有 至少两级用于盛放试剂的容器6，且相邻两级容器6中，位于上部的容器6底部 设有与位于下部的容器相通的通道7。

过滤排液系统包括废液罐8和设置在位于最下方的容器6底部并用于向外 排出废液的排液通道9，通道7和排液通道9上均设有半透膜10和控制阀11， 底座2上与排液通道9对应设有排液槽12，排液槽12与废液罐8之间设有废液 收集通道13，通过在通道7和排液通道9上设置半透膜10和控制阀11，在制 备过程中，能够选择保留沉淀物或滤清液。

搅拌系统包括设置在容器装置上方的上座14，上座14的底面上设有与容器 6一一对应设置的搅拌杆组，上座14和底座2之间设有用于驱动上座14上下移 动的驱动装置，通过上座14的上下移动，能够将搅拌杆组伸入或退出容器6。

加液系统包括安装在上座14顶面用于盛放试剂或安装试剂容器的试剂槽 15，试剂槽15与容器6之间一一对应设有加液通道16，加液通道16上设有控 制阀17，通过在加液通道16上设置控制阀17，通过控制控制阀17的开闭，能 够控制向容器6内添加试剂的种类和时机。

控制系统包括控制器18，均与控制器18相连并用于测量恒温箱1内温度的 温度传感器19、用于计时的计时器20、用于控制电机4动作的电机驱动电路21 和用于控制驱动装置升降动作的控制模块22，恒温箱1内设有温度控制输出系 统23，控制器18分别与控制阀17和温度控制输出系统23相连。

优选的，本实施例的驱动装置包括设置在上座14与底座2之间的导向杆24 和用于驱动导向杆24伸缩运动的气缸，气缸的气路上设有电磁阀25，控制模块 22与电磁阀25相连，通过气缸能够驱动上座14上下移动。

进一步，设置在容器座5上的容器6均呈同轴设置的圆形容器，且相邻两 级容器6中，位于下部的容器6的横截面积大于位于上部的容器6的横截面积， 采用该结构的容器装置，能够方便每一个容器6的搅拌。优选的，搅拌杆组对 应设置在相邻两级容器6之间，且与位于最上方的容器6对应设置的搅拌杆组 设置在该容器6的容器口上方，能够方便地将搅拌杆组伸入或退出容器6。优选 的，搅拌杆组包括至少一根搅拌杆26，本实施例的容器座5上设有两级容器5， 与最上方的第一级容器对应的搅拌杆组包括一根搅拌杆26，与第二级容器对应 的搅拌杆组包括四根环形均布的搅拌杆26，搅拌杆26上设有搅拌桨叶26a，能 够增强搅拌能力。

进一步，加液通道16包括与试剂槽15一一对应设置在上座内的加液通道I 和设置在搅拌杆26内分别与加液通道I相连的加液通道II16a，通过将加液通 道II16a设置在搅拌杆26内，能够简化结构，并利用搅拌杆26向容器添加试 剂。优选的，控制阀10设置在加液通道I上。

进一步，容器座5上设有用于放置在容器6内并用于测量PH值的PH传感 器27，PH传感器27与控制器18相连。

本实施例的天然软骨基质主要成分-Ⅱ型胶原蛋白提取专用装置，通过设置 离心装置，在离心机的作用下，能够驱动容器装置高速旋转，对盛放在容器装 置内的试剂进行离心处理；通过在容器装置中设置多级容器6，并在相邻容器6 之间设置通道，结合滤液排液系统，在半透膜10的作用下，能够分离上清液和 沉淀物，并选择保留上清液或者沉淀物继续制备；通过设置搅拌系统，当需要 搅拌的时候，将搅拌杆组伸入到对应的容器内，通过离心机带动容器装置相对 于搅拌杆26低速旋转，能够实现溶液的搅拌功能；通过设置加液系统，能够在 制备过程中向对应的容器内加入试剂；

通过设置控制系统，控制器18通过温度传感器19的温度信号向恒温箱1 的温度控制输出系统23发出控制指令，使恒温箱1内的温度能够始终满足制备 要求；通过电机驱动电路21能够控制电机4开停机、转速和旋转时间等，并通 过控制模块22控制驱动装置升降运动，能够在需要时搅拌溶液或离心溶液；通 过对控制阀17的控制，能够在需要时向容器6内注入所需试剂。

具体的，采用本实施例天然软骨基质主要成分-Ⅱ型胶原蛋白提取专用装置 制备Ⅱ型胶原蛋白的方法如下：

1）在室温、无菌条件下，从新鲜猪股骨上用手术刀切取膝关节软骨，置于 生理盐水暂存；

2）将洗涤干净的软骨薄片置于低温冻干机内进行冻干，完全去除水分后用 低温粉碎机进行粉碎，并称取软骨微粒重量；

3）将粉碎后的软骨置于最上层容器中，并向容器6内注入体积为软骨体积 5倍的75%医用酒精中，在4℃和无菌环境中消毒24h，消毒完成后，利用离心 机以8000rpm的转速离心溶液20min，离心后打开控制阀11，利用半透膜10 过滤掉上清液，保留的沉淀物用双蒸水进行充分洗涤；

4）向最上层容器中注入体积为第3）步所得沉淀物10倍体积的4mol/L盐 酸胍溶液，将沉淀物与该盐酸胍溶液混悬，然后将搅拌杆26伸入容器6内，利 用离心机驱动容器装置低速旋转，搅拌溶液24h后将搅拌杆退出容器外，利用 离心机以8000rpm的转速离心溶液20min，离心后打开控制阀，利用半透膜10 过滤掉上清液，保留的沉淀物用0.05mol/L Tris-HCl缓冲液和0.5mol/L冰醋酸 充分洗涤；

5）向第一级容器6中注入体积为第4）步所得沉淀物5倍体积的1g/L胃蛋 白酶-冰醋酸消化液，向第二级容器中注入适量的清洗液，然后将搅拌杆伸入容 器内，利用离心机驱动容器装置低速旋转，搅拌溶液48h后将搅拌杆退出容器 外，利用离心机以8000rpm的转速离心溶液20min，离心后先排除第二级容器 内的清洗液，再利用半透膜将上清液收集到第二级的容器中；沉淀物内可继续 加入消化液进行消化24h后，并将上清液收集至第二级容器中；

6）向第二级容器内注入2mol/L NaOH迅速调节溶液至pH7.5，加入NaCl 使其最终浓度为3mol/L，在4℃和无菌环境下盐析过夜，利用离心机以8000rpm 的转速离心溶液20min，利用半透膜过滤掉上清液，保留的沉淀物；

7）向第二级容器内持续注入三蒸水进行透析，透析完成后，以8000rpm的 转速离心溶液20min，利用半透膜过滤掉上清液，保留的沉淀物，即得到胶原 蛋白；

综上可知，本发明的天然软骨基质主要成分-Ⅱ型胶原蛋白提取专用装置能 够自动完成组织工程软骨胶原蛋白制的制备，能够有效节省人力，降低制作成 本和提高生产效率。

最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制， 尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员 应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明 权利要求书所限定的范围。