一种生物支架材料固定架及使用其进行细胞培养的方法

摘要

本发明公开了一种生物支架材料固定架，包括固定部、立式支架和可控部，立式支架连接固定部和可控部，可控部可转动地连接在立式支架上；可控部上沿立式支架周向上设有若干个通槽，每一个生物支架穿过可控部的通槽内。使用该发明的固定架进行的细胞培养方法，在可控部处于自然状态时，将生物支架按对应关系放入通槽中，并且培养器皿中放入培养基，再将细胞植入培养基，6‑10小时作用，细胞可贴壁于生物支架，此时将可控部上调，使生物支架置于垂直状态，利于后续的细胞培养。本发明减少了固定装置对生物材料本身及培养基所产生的影响，并且使生物支架材料稳定的处在细胞培养板的使用高度范围内，从而为细胞培养提供了一个稳定的微环境。

说明书

技术领域

本发明属于生物医用材料技术领域，尤其涉及一种用于立体培养的生物支架装置，具体为可适用于各种细胞的立体培养，使细胞可以稳定处于细胞皿的有效使用高度范围内，并可在一个装置上固定多个生物支架，以满足细胞三维立体培养需要的空间和生物支架数量的装置以及其使用方法。

背景技术

生物支架材料，是指在构建组织工程化组织的过程中，承载种子细胞，为其提供良好的生存环境的一些高分子材料。这些材料可以是人工合成的，例如PLGA，PHB等，也可以是自然界中本来就存在的高分子材料，例如壳聚糖，丝素蛋白等。

生物支架材料在组织工程中，首先微观上为细胞提供支撑骨架，其次提供良好的营养交换通道及细胞迁移和增殖的空间，另外，宏观上良好的生物支架材料可以根据具体产品的用途，为最终产物塑形成需要的整体形状。在进行细胞的体外二维或三维培养时，为了最大限度的既让目的细胞生长于所选载体上，又同时满足细胞培养的质量和数量，需要的第一个步骤是：将目的细胞与生物支架结合，并使这个细胞和支架复合物在同一培养环境下最大限度的稳定地存在并更好的利用培养基。

目前将生物支架材料固定于培养基中的方法主要有四种：

其一是粘合胶水及原理类似物（例如：美国BD 公司出品的人工基底膜基质凝胶（matrigel），明胶，鼠尾胶原等），这种固定方法的主要作用原理是：先将细胞复合于细胞体外富含营养物质的粘性基质中，再将细胞与基质的复合物接种于材料上。这种固定方法优势是在实验中使用方便，但胶水本身对于所固定材料微观结构的维持，及所复合细胞正常生长的影响是不可忽视的。

其二是直接固定架，这种支架多为绝缘体，采用的材料有硬支架类型，如塑料，木材。原理是：将支架材料与固定架卡槽嵌合后，再浸入培养基中进行普通的细胞培养。这种固定方式过于繁琐，且多应用于干细胞这种对体外定向培养要求严格的细胞体外培养过程中。[Martin parizek, Douglas TEL, Novotna K, et al.Nanofibrous poly(lactide-co-glycolide) membranes loaded with diamond nanoparticles as promising substrates for bone tissue engineering. International Journal of Nanomedicine.2012,7:1931-1951.]。

其三是支架材料夹持装置，这种装置采用惰性金属为材料的较多，因其原理对于支架材料的固定多采用类似弹簧的扭力和压力。采用这种夹持装置时，操作简单，但由于没有系统和专门的设计，目前采用的装置结构各异，其体积和形态也无法满足在所有应用环境下进行细胞培养。现在所被大家使用的固定装置中，有采用橡胶环直接扣在材料上，利用橡胶环与孔壁的摩擦力来固定材料的方法 (例如ERIKS公司的O-RING橡胶环)，这种方法使用简单，但更换培养板孔内培养液及取出材料检测时操作较繁琐。另外还有利用塑料卡槽将材料夹持于塑料模具中心的夹持装置[Martin parizek, Douglas TEL, Novotna K, et al.Nanofibrous poly(lactide-co-glycolide) membranes loaded with diamond nanoparticles as promising substrates for bone tissue engineering. International Journal of Nanomedicine.2012,7:1931-1951.]，这种方法会损坏所夹持支架材料边缘，不利于后续的细胞与材料复合物实验检测时的整体性。

第四是一种基于弹簧材料的装置，主要起承载作用，可以用于各种口径的培养孔中，采用的是惰性金属材料，这样在进行一些实验操作（例如微电流诱导细胞定向迁移等）时就可以被直接选取，而同时不用担心材料本身或其余操作对材料环境产生的干扰作用。

细胞如无特定支架支撑，在液态培养基中只能漂浮或沉底，这两种情况都不利于细胞的二维或三维培养，而生产出可在细胞培养过程中始终悬浮于培养基中的材料显然是不现实的，这就要求必须使用一种装置将生物支架材料固定于适当高度的培养基中，而这种装置又必须不会对培养基的成分产生影响。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种生物支架材料固定架及使用其进行细胞培养的方法，目的一在于提供一种可适用于常规培养环境下的生物支架材料的承载装置，尤其适用于需要短时间内利用生物支架材料进行的二维和三维细胞培养；目的二在于提供一种快速高效培养细胞的方法。

本发明所采用的技术方案是：一种生物支架材料固定架，包括固定部、立式支架和可控部，立式支架连接固定部和可控部，可控部可转动地连接在立式支架上；可控部上沿立式支架周向上设有若干个通槽，每一个生物支架穿过可控部的通槽内。

进一步地，固定部对应每一个通槽的位置处设有一根凸起，每一个生物支架的一端置于固定部的一根凸起，另一端穿过凸起对应的可控部的通槽内。

进一步地，立式支架为具有回弹力的材料制成，其包括支架固定部、弹性部和可控连接部，支架固定部连接固定部，可控连接部连接可控部，可控部旋转，保证生物支架与固定部呈现近似垂直角度。

进一步地，立式支架为拉簧结构，并且具体地弹性部为拉簧结构形式。

进一步地，凸起和通槽的横向位置关系，以保证生物支架插入后的自然状态下，生物支架与固定部成10-40°角。

进一步地，通槽的个数为8-12个，从而放置8-12个生物支架。

进一步地，立式支架与可控部的连接处从下至上还依次设有第一台阶和第二台阶,第一台阶为可控部在生物支架与固定部呈10-40°角的位置，第二台阶为生物支架与固定部的底板处于垂直的位置处。

进一步地，固定部和可控部的材料为高碳钢、合金钢、青铜丝、聚苯乙烯、聚丙烯中的一种。

使用上述的一种生物支架材料固定架进行的细胞培养方法，在可控部处于自然状态时，将生物支架按对应关系放入通槽中，并且培养器皿中放入培养基，再将细胞植入培养基，6-10小时作用，细胞可贴壁于生物支架，此时将可控部上调，使生物支架置于垂直状态，利于后续的细胞培养。

进一步地，细胞植入培养基培育8小时作用后，使生物支架置于垂直状态。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明大大减少了固定装置对生物材料本身及培养基所产生的影响，并且使生物支架材料稳定的处在细胞培养板的使用高度范围内，从而为细胞培养提供了一个稳定的微环境。其结构简单，便于生产，方便使用，使用效率高，具有广阔的应用前景。

附图说明

图1为一种生物支架材料固定架的一个实施例的固定生物支架的一个状态的结构示意图；

图2为一种生物支架材料固定架的一个实施例的固定生物支架的另一个状态的结构示意图；

图3为一种生物支架材料固定架的一个实施例的结构示意图；

图4为一种生物支架材料固定架的固定部和立式支架连接的结构示意图；

图5为一种生物支架材料固定架的可控部一个实施例的三维结构示意图；

其中：1-固定部，11-凸起；2-立式支架，21-支架固定部，22-弹性部，23-可控连接部，2a-第二台阶, 2b-第一台阶，3-可控部，31-通槽；4-生物支架 。

具体实施方式

为了加深对本发明的理解，下面结合附图和实施例对本发明进一步说明，该实施例仅用于解释本发明，并不对本发明的保护范围构成限定。

实施例1

如图1和图3所示，一种生物支架材料固定架，包括固定部1、立式支架2和可控部3，立式支架2连接固定部1和可控部3，可控部3可转动地连接在立式支架2上；可控部3上沿立式支架2周向上设有若干个通槽31，每一个生物支架4穿过可控部3的通槽31内，参见图5。

在上述实施例中，如图4所示，固定部1对应每一个通槽31的位置处设有一根凸起11，每一个生物支架4的一端置于固定部1的一根凸起11，另一端穿过凸起11对应的可控部3的通槽31内。

在上述实施例中，立式支架2为具有回弹力的材料制成，其包括支架固定部21、弹性部22和可控连接部23，支架固定部21连接固定部1，可控连接部23连接可控部3，可控部3旋转，保证生物支架4与固定部1呈现近似垂直角度。尤其地，立式支架2为拉簧结构，并且具体地弹性部22为拉簧结构形式，使用更为方便，成本相对较低。

实施例2

与实施例1中的结构所不同的是，凸起11和通槽31的横向位置关系，以保证生物支架4插入后的自然状态下，生物支架4与固定部1成10-40°角。其角度可为图1的10左右，也可以为图2的30度左右。通槽31的个数为8-12个，从而放置8-12个生物支架，具有很好的使用效果，并且培养出来的细胞成活率高，培养速度更快。立式支架2与可控部3的连接处从下至上还依次设有第一台阶2b和第二台阶2a,第一台阶2b为可控部3在生物支架4与固定部1呈10-40°角的位置，第二台阶2a为生物支架4与固定部1的底板处于垂直的位置处，一方面便于细胞贴臂生长；另一方面保证生物支架材料固定装置中，固定部和可控部的完整配合。

在上述实施例中，固定部1和可控部3的材料为高碳钢、合金钢、青铜丝、聚苯乙烯、聚丙烯中的一种，保证材料表面要耐腐蚀、惰性强、耐高温高压，使得该装置的使用寿命更长。

实施例3

使用实施例1或者实施例2的一种生物支架材料固定架进行的细胞培养方法，在可控部处于自然状态时，将生物支架按对应关系放入通槽中，并且培养器皿中放入培养基，再将细胞植入培养基，6-10小时作用，细胞可贴壁于生物支架，此时将可控部上调，使生物支架置于垂直状态，利于后续的细胞培养。

在上述实施例中，细胞植入培养基培育8小时作用后，使生物支架置于垂直状态。

本发明的一种生物支架材料固定架及使用其进行细胞培养的方法，减少了固定装置对生物材料本身及培养基所产生的影响，并且使生物支架材料稳定的处在细胞培养板的使用高度范围内，从而为细胞培养提供了一个稳定的微环境。其结构简单，便于生产，方便使用，使用效率高，具有广阔的应用前景。

本发明的实施例公布的是较佳的实施例，但并不局限于此，本领域的普通技术人员，极易根据上述实施例，领会本发明的精神，并做出不同的引申和变化，但只要不脱离本发明的精神，都在本发明的保护范围内。