新型力学加载式生物反应器研制及细胞培养试验研究

发布时间：2017-09-25 01:20

  本文关键词：新型力学加载式生物反应器研制及细胞培养试验研究

  更多相关文章： 生物反应器 动态表观弹性模量 三维支架 成骨细胞 压力加载

【摘要】：组织工程是利用工程学与生命学的原理和方法，研究人体组织/器官的形成和再生，即在体外构建出有生物活性的替代物，植入人体内，以修复或提高人体组织/器官的部分或全部功能。为使细胞在体外增殖、分化，以及提高细胞/支架结构物的力学性能，本文重点开发新型力学加载式生物反应器，并将其应用以研究力学刺激对体外三维支架培养下细胞生长的影响。这对构建组织替代物、指导临床诊断治疗、提高人类健康水平、发展经济具有重要意义。 本文首先研制一种用于对体外细胞施加力学刺激的新型力学加载式生物反应器。考虑细胞培养的特殊环境要求，本文从压电陶瓷的动态压缩加载、步进电机的动态剪切加载、差动螺旋机构的微调功能，以及可用于培养物弹性模量测定四个方面对装置进行了结构设计。基于ANSYS WORKBENCH有限元分析软件，分别对整体结构、差动螺旋机构和培养室等下端部件进行模态分析，以验证装置结构的合理性和可行性。针对动态压缩/剪切加载，分别设计和研究了压电陶瓷、步进电机的驱动控制策略。 其次，，建立装置的力学测试模型，依据该模型设计了数据采集系统，并对的多个支架的动态表观弹性模量进行测试及分析。应用应变仪简化装置实验系统，将其与数据采集系统对照，设计出用于细胞力学刺激培养的五种力学加载模式。 细胞培养方面，利用胶原蛋白对左旋聚乳酸支架材料进行表面改性，通过细胞相容性实验对支架的改性结果进行验证分析。然后应用可在线监测的力学加载式生物反应器，分别对体外三维支架培养的成骨细胞进行不同频率和不同应变的动态力学加载实验。结合MTT比色法，对比分析加载条件对细胞增殖的影响。利用原子力显微镜，对加载后的细胞进行形态学观察及分析。
【关键词】：生物反应器 动态表观弹性模量 三维支架 成骨细胞 压力加载
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：R318.6
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第1章 绪论8-18
• 1.1 课题背景及研究的目的和意义8-9
• 1.2 国内外研究现状及分析9-17
• 1.2.1 骨组织工程发展现状及趋势9-11
• 1.2.2 生物反应器研究现状11-16
• 1.2.3 研究现状分析16-17
• 1.3 本文的主要研究内容17-18
• 第2章 力学加载式生物反应器设计及模态分析18-32
• 2.1 力学加载式生物反应器的总体方案设计18-20
• 2.2 力学加载式生物反应器的结构设计20-24
• 2.2.1 动态压缩加载部件设计22
• 2.2.2 动态剪切加载部件设计22-23
• 2.2.3 差动螺旋机构设计23-24
• 2.3 基于 ANSYS WORKBENCH 有限元软件的模态分析24-29
• 2.3.1 力学加载式生物反应器的模态分析简介24
• 2.3.2 力学加载式生物反应器的 Pro/E 建模24-25
• 2.3.3 力学加载式生物反应器整体结构模态分析25-26
• 2.3.4 差动螺旋机构模态分析26-28
• 2.3.5 培养室等下端部件模态分析28-29
• 2.4 动态压缩/剪切加载的驱动控制设计29-30
• 2.4.1 基于驱动电源系统的动态压缩加载控制29
• 2.4.2 基于单片机系统的动态剪切加载控制29-30
• 2.5 本章小结30-32
• 第3章 测试系统设计及支架材料力学性能分析32-46
• 3.1 力学测试模型的建立32-33
• 3.2 数据采集系统设计33-38
• 3.2.1 位移、力传感器的选用34-36
• 3.2.2 信号采集流程设计36-37
• 3.2.3 数据采集卡及系统软件37-38
• 3.2.4 采集参数标定38
• 3.3 支架材料的动态力学性能测试38-42
• 3.3.1 实验机力传感器的刚度测试38-40
• 3.3.2 支架动态表观弹性模量测试及分析40-42
• 3.4 基于应变仪监测系统的几种力学加载模式42-44
• 3.5 本章小结44-46
• 第4章 三维支架培养下的成骨细胞压力加载实验研究46-63
• 4.1 左旋聚乳酸（PLLA）三维支架材料的胶原蛋白改性46-48
• 4.1.1 PLLA 多孔支架制造技术46-48
• 4.1.2 胶原蛋白对 PLLA 支架的表面改性48
• 4.2 改性 PLLA 的细胞相容性实验研究48-53
• 4.2.1 实验准备48-49
• 4.2.2 SV40 hFOB1.19 转染人成骨细胞株复苏与传代培养49-50
• 4.2.3 成骨细胞接种50-51
• 4.2.4 改性 PLLA 支架的细胞相容性实验51-52
• 4.2.5 改性 PLLA 支架的相容性结果及分析52-53
• 4.3 不同频率动态加载对体外成骨细胞培养的实验研究53-57
• 4.3.1 不同频率的动态加载下体外成骨细胞培养方法54-56
• 4.3.2 不同频率刺激下细胞培养实验结果及分析56-57
• 4.4 不同动态压应变下成骨细胞体外培养实验研究57-61
• 4.4.1 成骨细胞的力学加载实验57-59
• 4.4.2 基于原子力显微镜（AFM）的加压细胞形态学检测59
• 4.4.3 不同动态压应变下成骨细胞培养结果及分析59-60
• 4.4.4 基于原子力显微镜的成骨细胞形态学观察60-61
• 4.5 本章小结61-63
• 结论与展望63-64
• 参考文献64-68
• 攻读硕士期间发表的论文及其它成果68-70
• 致谢70

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 王仙芳;;橡皮链与橡皮圈牵拉尖牙远中移位的比较[J];实用医技杂志;2007年18期

2 时习之;;左宗棠家书选刊(五)[J];现代养生;2008年04期

3 任宪石;李维;柳松;魏洪力;孙勇;;动力髋治疗股骨粗隆间骨折的临床疗效与力学分析[J];中国社区医师(医学专业半月刊);2008年24期

4 夏丽;陈增平;杨亚莉;付雅静;;无牙颌牙弓严重不调行双重上前牙全口义齿修复的力学及临床分析[J];重庆医学;2011年14期

5 陈雯妮;;减轻局部压力预防长期卧床病人褥疮的护理研究[J];广州医学院学报;2005年04期

6 王焱;张新春;Darvell B.W.;;六种玻璃离子粘固剂断裂模式的比较[J];中华口腔医学杂志;2006年11期

7 鲁玉来;张喜善;孙其伟;王瑞臣;李虎;;腰椎牵引的力学机制与相关问题的探讨(英文)[J];中国矫形外科杂志;2008年05期

8 王春阳;侯永刚;;论按摩力学与按摩疗效之间的关系[J];中国煤炭工业医学杂志;2008年04期

9 丁鹏;林久祥;周彦恒;;口腔正畸动态摩擦力测试系统的研发与初步应用[J];北京大学学报(医学版);2009年03期

10 王承祥;宫玉锁;李盛华;柳海平;柴喜平;;臀肌松解术治疗臀肌挛缩导致膝骨性关节炎52例临床分析[J];中国骨伤;2011年07期

中国重要会议论文全文数据库 前10条

1 庄茁;王恒;肖曙光;;力学在飞机弹射救生系统中的应用与发展[A];2010’力学与工程应用学术研讨会论文集[C];2010年

2 仪德刚;;中国古代关于弓弩力学性能的认识[A];全国中青年学者科技史学术研讨会论文集[C];2003年

3 童秉纲;陆夕云;杨基明;尹协振;;关于生物运动力学的研究[A];2003空气动力学前沿研究论文集[C];2003年

4 郑哲敏;;力学——自然科学学科发展战略调研报告[A];郑哲敏文集[C];2004年

5 钟万勰;程耿东;;跨世纪的中国计算力学[A];科技进步与学科发展——“科学技术面向新世纪”学术年会论文集[C];1998年

6 何国琦;;地质与力学的结合——深切怀念王仁教授[A];仁厚笃实的一生——王仁先生纪念文集[C];2002年

7 ;力学学科《学科发展与优先领域战略研究报告》[A];“力学2000”学术大会论文集[C];2000年

8 周丰峻;;力学与国防科技[A];“力学2000”学术大会论文集[C];2000年

9 郇霞;;由塔科马海峡桥失稳破坏引发的力学思考[A];力学史与方法论论文集[C];2003年

10 曹宇智;;微观建筑力学可取代现行建筑设计规范[A];提高全民科学素质、建设创新型国家——2006中国科协年会论文集[C];2006年

中国重要报纸全文数据库 前10条

1 本报记者 郑晋鸣　本报通讯员 陆金玉;一生只为一件事[N];光明日报;2010年

2 本报记者 黄真;7%：既必要又可能[N];中国信息报;2002年

3 ;跟杨力学养生多活十年[N];中国邮政报;2004年

4 深圳特区报记者 孟迷;给力或不给力：2010年的文化“力学”[N];深圳特区报;2010年

5 刘德友;新中国一代力学宗师[N];中国水利报;2011年

6 刘静丽 齐乾屈 金星;在煤海中奏出力学的优美乐章[N];中国矿业报;2003年

7 记者 万川明;徐光春会见来豫参加中国力学学会2009年学术大会的院士[N];河南日报;2009年

8 航天航空学院党委书记 庄茁;传承力学伟业 再创航空辉煌[N];新清华;2011年

9 本报记者 王晖;力学的盛会 河南的魅力[N];河南日报;2009年

10 金志涛 王士波 许运江 孙宗勇 田宏耀 卢杰;永不陨落的“两弹之星”[N];工人日报;2001年

中国博士学位论文全文数据库 前10条

1 王亮;力学拉伸应变对成骨细胞的影响及其作用机制的研究[D];中国人民解放军军事医学科学院;2011年

2 曹钰琨;渐进性力学适应增强骨髓间充质干细胞活性功能及其机制的研究[D];第四军医大学;2013年

3 周焕城;新型双向旋转灌注重力生物反应器的研制与应用[D];南方医科大学;2011年

4 高原;亚微米晶体塑性的离散位错机理[D];清华大学;2011年

5 方斌;激素性股骨头坏死塌陷的力学相关因素与治疗策略研究[D];广州中医药大学;2008年

6 吴松维;填埋垃圾生物反应器反硝化性能及反硝化微生物研究[D];浙江大学;2010年

7 熊猛;采用生物反应器体外构筑组织工程血管模型的实验研究[D];中国人民解放军第四军医大学;2003年

8 王雪;气升式三相环流生物反应器脱臭性能和优化模拟[D];天津大学;2010年

9 史峰;复合材料体外动态构建组织工程心脏瓣膜及其钙化机制研究[D];华中科技大学;2012年

10 贾晓强;气液固三相生物反应器流动与降酚特性动态行为研究[D];天津大学;2009年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 周静;新型力学加载式生物反应器研制及细胞培养试验研究[D];哈尔滨工业大学;2013年

2 杨忠平;固定化微生物处理废水的实验研究与探讨[D];吉林大学;2006年

3 谢琼虹;血管内皮细胞生物反应器构建的初步研究[D];复旦大学;2008年

4 陈明东;基于虚拟仪器技术的血管组织工程生物反应器的研究[D];南方医科大学;2009年

5 苏冬梅;人血小板生成素重组细胞的培养工艺研究[D];沈阳药科大学;2001年

6 杨巧艳;生物反应器填埋场产甲烷特性研究[D];西南交通大学;2003年

7 陈英文;仿生膜生物反应器在废水处理中的应用研究[D];南京工业大学;2003年

8 王君琴;生物反应器填埋场系统特征研究[D];浙江大学;2004年

9 刘海春;生物反应器填埋场的脱氮功能及其微生物学机理初探[D];浙江大学;2005年

10 赵虎;成骨细胞在新型生物反应器内的大规模扩增[D];大连理工大学;2006年

本文编号：914548