CN102161970A - 便携式细胞培养箱 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种便携式细胞培养箱，涉及一种便携式细胞培养箱，包括设置有样本培养区的箱体和电路控制装置；电路控制装置包括微控制器、温度控制装置、湿度控制装置，箱体通过设置分隔板将其内部空间分隔成水冷区、超声加湿用水区和超声加湿区，温度控制装置通过键盘输入装置设置不同温度值，可适应不同情况下细胞样本的培养及保存所需的温度值；湿度控制装置包括湿度传感器、超声雾化加湿器和湿度控制电路，该培养箱采用半导体制冷片实现升降温和使用超声雾化实现加湿，利用传感器测得的数据，实时调节控制培养区域参数，从而实现恒温恒湿；本发明采用铅蓄电池供电，能长时间稳定的工作；该培养箱体积较小、重量轻、便于携带、适合远距离传输。

Description

便携式细胞培养箱
技术领域
本发明涉及一种细胞培养箱，特别涉及一种便携式细胞培养箱。
背景技术
细胞是构成所有活的有机体的基本单位。生物产品都是从细胞得来，可以说细胞培养技术是生物技术中最核心、最基础的技术。研究细胞的功能、代谢以及细胞对环境诸因素影响的反应等，需要创造既能使细胞脱离复杂环境的直接影响，又能维持正常生命活动的环境条件。细胞培养箱就是这样一种能使细胞在人工环境正常生长的科学实验装置。细胞体外培养需要的条件包括温度、水、气体等。常规的细胞培养箱各项性能参数稳定，响应迅速，且能有效防范对培养对象的污染。
目前常规的细胞培养箱虽然能够实现各项参数控制精确，可靠性高，但是尺寸重量较大、工作时需要外接电源，不便于移动，但是实验培养的细胞样本往往需要远距离传输，现有的细胞培养箱不适合远距离传输的需求，在移动的过程中无法保持细胞培养箱中的参数的稳定。
因此急需一种能够实时调节控制培养区域参数、实现恒温恒湿、能长时间稳定的工作、体积较小、重量轻、便于携带、能够远距离传输的细胞培养箱。
发明内容
有鉴于此，为了解决上述问题，本发明提出一种能够实时调节控制培养区域参数、实现恒温恒湿、能长时间稳定的工作、体积较小、重量轻、便于携带、能够远距离传输的细胞培养箱。
本发明的目的是这样实现的：
本发明提供的便携式细胞培养箱，包括箱体和电路控制装置；
所述箱体内部空间设置有样本培养区，所述样本培养区设置有至少一个用于放置细胞培养样品的培养皿放置台；
所述电路控制装置包括微控制器、用于控制和调节箱体内部空间温度的温度控制装置与用于控制和调节箱体内部空间湿度的湿度控制装置，所述微控制器分别与温度控制装置和湿度控制装置连接。
进一步，所述箱体内部空间通过设置分隔板将其内部空间分隔成电路放置区、电池供电区、水冷区、超声加湿用水区和超声加湿区，所述电路放置区用于放置电路控制装置，所述电池供电区用于放置给电路控制装置提供电源的电池，所述样本培养区一侧设置超声加湿用水区，所述样本培养区另一侧设置超声加湿区；所述超声加湿区一侧设置有用于盛装冷却水的水冷区；
进一步，所述温度控制装置包括温度传感器、半导体制冷片(23)、温度控制电路；
所述温度控制电路包括继电器RL1、继电器RL2，三极管Q1、三极管Q2、二极管D1和二极管D2，所述温度传感器将采集到的温度信号传送到微控制器，所述微控制器输出端RA1通过电阻R11与三极管Q1的基极连接，所述三极管Q1的集电极与二极管D1的正极连接，所述微控制器输出端RA2通过电阻R21与三极管Q2的基极连接，所述三极管Q2的集电极分别与二极管D2的正极连接，所述二极管D2负极与设置在箱体上的电源负极连接，所述二极管D1负极与设置在箱体上的电源负极连接，所述继电器RL1的第一动触头与二极管D1的正极连接，所述继电器RL1的静触头与二极管D1的负极连接，所述继电器RL2的第一动触头与二极管D2的正极连接，所述继电器RL2的静触头与二极管D2的负极连接，所述继电器RL1和继电器RL2的线圈部分与电源连接，所述继电器RL1和继电器RL2的第二动触头与半导体制冷片(23)的两端连接，所述三极管Q1、三极管Q2发射极接地；
进一步，所述湿度控制装置包括湿度传感器、超声雾化加湿器和湿度控制电路；
所述湿度控制电路包括继电器RL3、三极管Q3和二极管D3，所述湿度传感器将采集到的湿度信号传输到微控制器，所述微控制器的输出端RA0通过电阻R31与三极管Q3的基极连接，所述三极管Q3的集电极与二极管D3的正极连接，所述二极管D3负极与设置在箱体上的电源连接，所述继电器RL3的第一动触头与二极管D3的正极连接，所述继电器RL3的静触头与二极管D3的负极连接，所述继电器RL3的第二动触头与超声雾化加湿器一端连接；所述超声雾化加湿器连接的另一端与三极管Q3发射极接地；
进一步，所述电路控制装置还包括键盘输入装置和显示装置，所述键盘输入装置和显示装置分别与微控制器连接；
进一步，所述箱体内水冷区4和超声加湿区之间的隔板上设置有半导体制冷片升降温区，所述半导体制冷片升降温区设置有半导体制冷片，所述半导体制冷片的一传导面与小散热片紧密贴合，所述半导体制冷片的另一传导面与大散热片紧密贴合；
进一步，所述箱体上设置有向水冷区注水的水冷区进水口I和水冷区进水口II，所述箱体上设置有将水冷区内的水排出的水冷区出水口I和水冷区出水口II；
进一步，所述箱体上设置有向超声加湿用水区注水的超声加湿用水区进水口I和超声加湿用水区进水口II；所述箱体上设置有将超声加湿用水区内的水排出的超声加湿用水区出水口I和超声加湿用水区出水口II，所述超声加湿用水区还设置有输送水管道的超声用水供给管道孔；
进一步，所述样本培养区内设置有将样本培养区分隔成两室的单层孔板，所述超声加湿区与样本培养区之间设置有向样本培养区内传送稳定在设定初始值所需要的冷/热量和湿量的风扇口；
进一步，所述箱体上设置有培养箱提手，所述样本培养区与箱体结合板面上设置有用于取放样本培养皿的培养区放置口。
本发明的优点在于：本发明提供的便携式培养箱采用半导体制冷片的珀尔帖效应实现升降温和使用超声雾化实现加湿，根据设定的初始值，利用传感器测得的数据，实时调节控制培养区域参数，从而实现恒温恒湿；温度控制装置可以通过键盘输入装置设置不同温度值可适应不同情况下细胞培养所需的温度值；也可以通过键盘输入温度值实现对细胞样本的低温保存。本发明采用铅蓄电池供电，能长时间稳定的工作；该培养箱体积较小、重量轻、便于携带、适合远距离传输。
本发明的其它优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其它优点可以通过下面的说明书，权利要求书，以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述，其中：
图1是便携式细胞培养箱总体结构示意图I；
图2是便携式细胞培养箱总体结构示意图II；
图3是半导体制冷片位置安置示意图；
图4是细胞培养箱功能框图；
图5是主控制部分与键盘输入、显示部分电路图；
图6是温度控制部分电路图；
图7是湿度控制部分电路图。
具体实施方式
以下将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述；应当理解，优选实施例仅为了说明本发明，而不是为了限制本发明的保护范围。
图1是便携式细胞培养箱总体结构示意图I，图2是便携式细胞培养箱总体结构示意图II，如图所示，本发明提供的便携式细胞培养箱，包括箱体和电路控制装置；所述箱体内部空间设置有样本培养区6，所述样本培养区6设置有至少一个用于放置细胞培养样品的培养皿放置台，包括培养皿放置台I10和培养皿放置台II11；便携式细胞培养箱外形尺寸为300×200×250mm，由有机玻璃粘制而成，包括电路放置区2，能够放置两块12V-4Ah铅蓄电池的电池供电区3，通过管道输送水的超声加湿用水区5，细胞样本培养区5。
所述电路控制装置包括微控制器、用于控制和调节箱体内部空间温度的温度控制装置与用于控制和调节箱体内部空间湿度的湿度控制装置，所述微控制器分别与温度控制装置和湿度控制装置连接。
作为上述实施例的进一步改进，所述箱体内部空间通过设置分隔板将其内部空间分隔成电路放置区2、电池供电区3、水冷区4、超声加湿用水区5和超声加湿区7，所述电路放置区2用于放置电路控制装置，所述电池供电区3用于放置给电路控制装置提供电源的电池，所述样本培养区6一侧设置超声加湿用水区5，所述样本培养区6另一侧设置超声加湿区7；所述超声加湿区7一侧设置有用于盛装冷却水的水冷区4。
作为上述实施例的进一步改进，如图6是温度控制部分电路图；所述温度控制装置包括温度传感器、半导体制冷片23、温度控制电路；
所述温度控制电路包括继电器RL1、继电器RL2，三极管Q1、三极管Q2、二极管D1和二极管D2，所述温度传感器将采集到的温度信号传送到微控制器，所述微控制器输出端RA1通过电阻R11与三极管Q1的基极连接，所述三极管Q1的集电极与二极管D1的正极连接，所述微控制器输出端RA2通过电阻R21与三极管Q2的基极连接，所述三极管Q2的集电极分别与二极管D2的正极连接，所述二极管D2负极与设置在箱体上的电源负极连接，所述二极管D1负极与设置在箱体上的电源负极连接，所述继电器RL1的第一动触头与二极管D1的正极连接，所述继电器RL1的静触头与二极管D1的负极连接，所述继电器RL2的第一动触头与二极管D2的正极连接，所述继电器RL2的静触头与二极管D2的负极连接，所述继电器RL1和继电器RL2的线圈部分与电源连接，所述继电器RL1和继电器RL2的第二动触头与半导体制冷片23的两端连接，所述三极管Q1、三极管Q2发射极接地。
作为上述实施例的进一步改进，图7是湿度控制部分电路图，所述湿度控制装置包括湿度传感器、超声雾化加湿器和湿度控制电路，所述湿度控制电路包括继电器RL3、三极管Q3和二极管D3，所述湿度传感器将采集到的湿度信号输入到微控制器，所述微控制器的输出端RA0通过电阻R31与三极管Q3的基极连接，所述三极管Q3的集电极与二极管D3的正极连接，所述二极管D3负极与设置在箱体上的电源连接，所述继电器RL3的第一动触头与二极管D3的正极连接，所述继电器RL3的静触头与二极管D3的负极连接，所述继电器RL3的第二动触头与超声雾化加湿器一端连接；所述超声雾化加湿器连接的另一端与三极管Q3发射极接地。
作为上述实施例的进一步改进，图5是主控制部分与键盘输入、显示部分电路图；所述电路控制装置还包括键盘输入装置和显示装置，所述键盘输入装置和显示装置分别与微控制器连接。温度控制装置通过键盘输入装置设置不同温度值，测得的温度值与设定的初始值比较，若与初始值相同，则通过微控制器的两个输出口RA1、RA2不输出任何波形，将温度控制电路转为断开工作状态；若高于或低于设定值，则RA1、RA2输出PWM波形，通过继电器RL1、继电器RL2切换半导体制冷片23两端的供电，从而改变半导体制冷片23的工作状态，实现需要的加热或降温，从而实现不同情况下细胞样本的培养与保存所需的温度值。
作为上述实施例的进一步改进，所述箱体内水冷区4和超声加湿区7之间的隔板上设置有半导体制冷片升降温区8，所述半导体制冷片升降温区8设置有半导体制冷片23，所述半导体制冷片23的一传导面与小散热片24紧密贴合，所述半导体制冷片23的另一传导面与大散热片25紧密贴合。图3为半导体制冷片升降温区8处的安装示意图，半导体制冷片23放置在一块厚度为4mm的有机玻璃片中间区域，尺寸为40×40mm，两边小散热片24和大散热片25放置在一个内陷1mm深的凹区，传导面与半导体散热片两端紧密相连，再通过4颗直径为3mm的螺丝固定，通过半导体制冷片23可以直接将细胞培养箱中的温度直接升高或降低，不需要通过输送预先加热或者降温的空气来进行温度的调节；并且半导体制冷片23可以通过键盘输入装置设置不同温度值来进行调节，可适应不同情况下细胞样本培养或冻存所需的温度值，实现细胞培养箱的多功能用途。
半导体制冷片23产生的冷/热量通过小散热片24，与超声加湿区7处产生的湿气一起通过送风风扇口16处，风扇口16的作用是通过风扇向培养区内传送稳定在设定初始值所需要的冷/热量和湿量，再通过风扇送至单层孔板9上方，研究表明，通过单层孔板9的冷/热量与湿气在培养区内形成相对稳定的温湿度场。半导体制冷片23通过小散热片24输送冷量时，大散热片25将半导体片23产生的热量通过水冷区4盛装的水进行冷却。
作为上述实施例的进一步改进，所述箱体上设置有向水冷区4注水的水冷区进水口I12和水冷区进水口II13，所述箱体上设置有将水冷区4内的水排出的水冷区出水口I14和水冷区出水口II15。
作为上述实施例的进一步改进，所述箱体上设置有向超声加湿用水区注水的超声加湿用水区进水口I18和超声加湿用水区进水口II19；所述箱体上设置有将超声加湿用水区内的水排出的超声加湿用水区出水口I21和超声加湿用水区出水口II22，所述超声加湿用水区还设置有输送超声用水供给管道的管道孔20，输送超声加湿水的管道通过管道孔20将超声加湿所用水输送到超声加湿区7供超声雾化器使用。
作为上述实施例的进一步改进，所述样本培养区6内设置有将样本培养区6分隔成两室的单层孔板9，所述超声加湿区7与样本培养区6之间设置有向样本培养区6内传送稳定在设定初始值所需要的冷/热量和湿量的风扇口16。
作为上述实施例的进一步改进，所述箱体上设置有培养箱提手1，所述样本培养区与箱体结合板面上设置有用于取放样本培养皿的培养区放置口17。
图4是细胞培养箱功能框图；便携式细胞培养箱的使用方法是：首先根据具体培养样本的需要，通过键盘按键输入初始温度值。传感器检测培养区域的温度值参数与初始参数比较，确定单片机的输出状态，进而来确定控制电路的工作状态，从而完成温度参数的检测与调节。检测得到的湿度参数值与系统设定的默认值比较，通过微控制器的输出口控制加湿电路的工作状态，完成湿度的检测与调节。设定的初始值与检测得到的温湿度参数通过液晶显示，实现参数的实时监控。
使用前用紫外光对整个箱体进行灭菌，通过注水口将水冷区4注满水，超声加湿用水区5注满蒸馏水。通过键盘电路设置初始温度值，在超净台内通过培养区放置口17将培养样本搁在培养皿放置台I10，培养皿放置台II11。数字温湿度传感器SHT11将测得的温湿度值传送至微控制器PIC16F877A处，并与设定的初始温度值参数，在液晶屏LCM12864上显示，通过改变温度控制电路中两组继电器RL1、继电器RL2的状态，改变通过半导体制冷片TEC12706两端的电流方向，使半导体制冷片工作状态发生改变，最终改变温度控制电路的状态。若测得的温度参数与设定值相同，则截止温度控制电路，维持现有温度状态。
系统设定的相对湿度初始值为95%，若测得的相对湿度参数小于95%，则微控制器通过输出口RA0输出PWM波形，控制加湿电路的继电器RL3，使超声加湿器出于工作状态。若培养区的相对湿度大于等于95%，则控制超声加湿器停止工作。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.便携式细胞培养箱，其特征在于：包括箱体和电路控制装置；
所述箱体内部空间设置有样本培养区(6)，所述样本培养区(6)设置有至少一个用于放置细胞培养样品的培养皿放置台；
所述电路控制装置包括微控制器、用于控制和调节箱体内部空间温度的温度控制装置与用于控制和调节箱体内部空间湿度的湿度控制装置，所述微控制器分别与温度控制装置和湿度控制装置连接。
2.根据权利要求1所述的便携式细胞培养箱，其特征在于：所述箱体内部空间通过设置分隔板将其内部空间分隔成电路放置区(2)、电池供电区(3)、水冷区(4)、超声加湿用水区(5)和超声加湿区(7)，所述电路放置区(2)用于放置电路控制装置，所述电池供电区(3)用于放置给电路控制装置提供电源的电池，所述样本培养区(6)一侧设置超声加湿用水区(5)，所述样本培养区(6)另一侧设置超声加湿区(7)；所述超声加湿区(7)一侧设置有用于盛装冷却水的水冷区(4)。
3.根据权利要求1所述的便携式细胞培养箱，其特征在于：所述温度控制装置包括温度传感器、半导体制冷片(23)、温度控制电路；
所述温度控制电路包括继电器RL1、继电器RL2，三极管Q1、三极管Q2、二极管D1和二极管D2，所述温度传感器将采集到的温度信号传送到微控制器，所述微控制器输出端RA1通过电阻R11与三极管Q1的基极连接，所述三极管Q1的集电极与二极管D1的正极连接，所述微控制器输出端RA2通过电阻R21与三极管Q2的基极连接，所述三极管Q2的集电极分别与二极管D2的正极连接，所述二极管D2负极与设置在箱体上的电源负极连接，所述二极管D1负极与设置在箱体上的电源负极连接，所述继电器RL1的第一动触头与二极管D1的正极连接，所述继电器RL1的静触头与二极管D1的负极连接，所述继电器RL2的第一动触头与二极管D2的正极连接，所述继电器RL2的静触头与二极管D2的负极连接，所述继电器RL1和继电器RL2的线圈部分与电源连接，所述继电器RL1和继电器RL2的第二动触头与半导体制冷片(23)的两端连接，所述三极管Q1和三极管Q2的发射极接地。
4.根据权利要求1所述的便携式细胞培养箱，其特征在于：所述湿度控制装置包括湿度传感器、超声雾化加湿器和湿度控制电路；
所述湿度控制电路包括继电器RL3、三极管Q3和二极管D3，所述湿度传感器将采集到的湿度信号输入到微控制器，所述微控制器的输出端RA0通过电阻R31与三极管Q3的基极连接，所述三极管Q3的集电极与二极管D3的正极连接，所述二极管D3负极与设置在箱体上的电源连接，所述继电器RL3的第一动触头与二极管D3的正极连接，所述继电器RL3的静触头与二极管D3的负极连接，所述继电器RL3的第二动触头与超声雾化加湿器一端连接；所述超声雾化加湿器连接的另一端与三极管Q3发射极接地。
5.根据权利要求1至4任一所述的便携式细胞培养箱，其特征在于：所述电路控制装置还包括键盘输入装置和显示装置，所述键盘输入装置和显示装置分别与微控制器连接。
6.根据权利要求2所述的便携式细胞培养箱，其特征在于：所述箱体内水冷区(4)和超声加湿区(7)之间的隔板上设置有半导体制冷片升降温区(8)，所述半导体制冷片升降温区(8)设置有半导体制冷片(23)，所述半导体制冷片(23)的一传导面与小散热片(24)紧密贴合，所述半导体制冷片(23)的另一传导面与大散热片(25)紧密贴合。
7.根据权利要求6所述的便携式细胞培养箱，其特征在于：所述箱体上设置有向水冷区4注水的水冷区进水口I(12)和水冷区进水口II(13)，所述箱体上设置有将水冷区(4)内的水排出的水冷区出水口I(14)和水冷区出水口II(15)。
8.根据权利要求7所述的便携式细胞培养箱，其特征在于：所述箱体上设置有向超声加湿用水区注水的超声加湿用水区进水口I(18)和超声加湿用水区进水口II(19)；所述箱体上设置有将超声加湿用水区内的水排出的超声加湿用水区出水口I(21)和超声加湿用水区出水口II(22)，所述超声加湿用水区还设置有输送水管道的超声用水供给管道孔(20)。
9.根据权利要求8所述的便携式细胞培养箱，其特征在于：所述样本培养区(6)内设置有将样本培养区(6)分隔成两室的单层孔板(9)，所述超声加湿区(7)与样本培养区(6)之间设置有向样本培养区(6)内传送稳定在设定初始值所需要的冷/热量和湿量的风扇口(16)。
10.根据权利要求9所述的便携式细胞培养箱，其特征在于：所述箱体上设置有培养箱提手(1)，所述样本培养区与箱体结合板面上设置有用于取放样本培养皿的培养区放置口(17)。
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