软骨损伤后没有或很少有自我修复能力,临床上采用的传统方法只能减缓恶化趋势并会带来较大的副作用。由于传统方法的局限性,研究者通常采用生物反应器进行软骨组织体外构建的研究。目前软骨生物反应器还存在很多不足,本课题在总结了国内外软骨生物反应器研究现状的基础上,搭建了一台适合关节软骨体外培养的生物反应器,使其能够准确的模拟软骨细胞在体内的真实生长环境和生理环境,特别是具有力学刺激功能。对软骨组织工程构建物实施压力、剪切力和灌流传输的综合作用后,进行实验数据的采集和分析,可以研究这些因素对软骨细胞的影响,为以后功能化、血管化软骨组织培养研究提供必要的科学数据。具体研究内容如下:首先,研究软骨组织体内的生长环境和生理环境特点及体外灌流传输、力学刺激等作用下的生长机理,总结分析现有软骨生物反应器的研制原理与特点,提出本系统的设计原理。其次,遵循生物反应的设计原理,设计一台集压力加载、剪切加载和灌流传输综合作用的生物反应器装置。然后,设计并构建生物反应器的电气控制系统和软件控制系统,实现远程管理。重点研究单片机为下位机的控制系统设计和PC作为上位机的软件功能结构设计,实现对组织工程构建物的正弦压力加载、正弦剪切加载或其他运动形式加载及恒定灌流。最后,进行总体实验研究,验证装置的结构合理性和密封可靠性等性能。进行传动实验研究,实现电机的正弦运动。对支架进行加载实验,处理分析实验结果,验证该装置力学刺激功能的可行性。实验结果和数据分析表明,装置设计合理,能够实现正弦加载,并能测定组织构建物中压应力的变化规律和应变规律。