基于VC++·NET2003平台的脉动生物反应器的研制

　　0　引言

　　瓣膜疾病是心脏外科的常见病、多发病。据统计,每年全世界的类似病例达17万例之多[1],而心脏瓣膜置换术是治疗该疾病的有效方法。目前,存 在的临床瓣膜替代物主要有机械　　瓣和生物瓣两种,前者需终生抗凝,易致出血或栓塞;后者则易退行性变, 10~15年需再次手术;然而它们共同的也是最主要的缺陷是其非生长性。因此,生物领域中的研究学者们运用组织工程学原理构建的组织心脏瓣膜 (Tissue Engineered  Heart Valve, TEHV)具有可生长性以及来源充足等优点,从理论上可以克服机械瓣与生物瓣的不足[2]。TEHV是瓣膜外科的一个研究热点,研究者多采用获取动物血管 内皮细胞种植在脱细胞主动脉瓣膜或者降解材料上构建TEHV,由于未经过脉动流场的动态预适应,瓣叶上种植的细胞极易脱落[3]。据此,本文设计了一种脉 动生物反应器,以此系统来模拟体内心脏瓣膜的血流动力,并最终通过上位机软件界面系统对其压力曲线进行显示与控制。

　　1　反应器的硬件系统结构

　　脉动生物反应器的整个系统是由模拟心脏泵、培养腔、差压调节器、压力传感器、电动调节阀、消泡过滤网、回流槽及PH计、数据采集器以及上位机软件共同构成,图1所示为系统装置的连线方框图(细箭头:信号流向;粗箭头:管路流向):

　　1·1　工作原理

　　心脏泵将定量的培养液以一定的压力泵出,然后流经培养腔里的猪心脏瓣膜并在瓣膜的两侧形成一个压力差。一方面,压力传感器将瓣膜后的压力信号转 换为电压信号,接着通过数　　据采集器将采集到的电压信号送入上位机,上位机软件通过程序检测到数据后对其进行转换处理,恢复为压力信号,最终以压力曲线 的形式反映在界面中;另一方面,通过程序调试来控　　制电动调节阀的开度大小,从而实现对瓣膜后平均压力的调节,在此基础上再叠加差压调节器调节出的差 压,两个压力共同合成为猪心脏瓣膜后的压力,即压力传感器所采集到的压力。培　　养液流过差压调节器后进入消泡过滤网,这个装置可将培养液在流动的过程中 产生的气泡击碎,接着,消泡后的培养液流入回流槽完成本次循环。图1中的PH计固定在回流槽中用以实　　时监测培养液的PH值和温度值,从而使系统更加完 善。

　　1·2　瓣膜后压强分析

　　脉动生物反应器的培养腔中有一套夹具可将一段缝合有猪心脏瓣膜的血管固定在培养腔中,而研制整个系统的目的就是给瓣膜和血管间的细胞培养提供一 个模拟的体外血流环境,使　　细胞在不同压力脉动流冲刷下脱落的概率尽可能降低。因此,心脏瓣膜周围尤其是瓣膜后的压力环境极为重要。