干细胞扩增装置是用于体外大规模培养和增殖多能干细胞（如胚胎干细胞ESCs、诱导多能干细胞iPSCs）或成体干细胞（如间充质干细胞MSCs）的生物反应系统。
一、设备组成
1. 核心培养单元：
- 悬浮培养系统：搅拌式生物反应器（低剪切，50-500mL工作体积）
- 贴壁培养系统：微载体（如Cytodex-3）或3D支架（如海藻酸钠水凝胶）
- 自动化封闭系统：集成细胞传代、换液功能
2. 环境控制模块：
- 多参数监测（DO>30%、pH 7.2-7.4、温度37±0.2℃） 、气体调控（5% CO₂，低氧条件5% O₂用于某些干细胞）
3. 生长因子递送系统：微泵控制bFGF、TGF-β等因子梯度释放
4. 质量监测系统：在线成像（监测细胞团形态）、流式细胞仪接口（检测标志物如OCT4、SSEA-4）
二、工作原理
1. 多能干细胞扩增：ESCs/iPSCs以类器官（organoid）形式悬浮培养，添加Y-27632（ROCK抑制剂）防止凋亡。
2. 成体干细胞扩增：MSCs在微载体上扩增（接种密度2×10⁴ cells/cm²），血清替代物（如UltraGRO™）支持生长。
3. 干性维持机制：动态培养（转速30-60 rpm）抑制自发分化，Wnt/β-catenin通路激活剂（如CHIR99021）维持多能性。
三、设计方法
1. 低剪切力设计：采用船用螺旋桨（剪切力<0.5 Pa），避免类器官解体。
2. 3D培养优化：微载体孔径20-50μm（促进细胞迁移），表面修饰纤连蛋白（增强贴附）。
3. 封闭式无菌系统：一次性流路设计，减少人工操作污染风险。
四、操作流程
1. 接种准备：微载体预处理（PBS浸泡灭菌），干细胞悬液计数（活率>90%）。
2. 扩增阶段：初始接种密度1×10⁵ cells/mL，每日补充生长因子（如bFGF 10ng/mL）。
3. 传代处理：类器官用胶原酶IV消化（37℃，5分钟），按1:3-1:5比例分种。
4. 收获与应用：分化诱导（如心肌细胞定向分化）或直接冻存（DMSO+血清替代物）。
五、维护保养
1. 日常清洁：每批次后管路用0.1M NaOH冲洗，培养舱紫外线消毒。
2. 传感器校准：DO/pH传感器每周校准，使用标准液（pH 7.0/10.0，0%&100% DO）。
3. 长期存储：排空培养基，硅脂润滑机械部件，4℃保存。
六、关键性能指标
- 扩增效率：iPSCs 7-10天扩增20-50倍（维持OCT4+>95%）
- 安全性：核型分析显示无染色体异常（G带检测）
- 分化潜能：拟胚体（EB）形成率>80%（三胚层标记物阳性）
