CN102911867A - 能够精确控制气体压力的细胞组织培养系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种能够精确控制气体压力的细胞组织培养系统，包括培养室、高压气体源、气体流量计、进气管路、进气开关、出气管路、压力感应器、减压装置、排气阀及控制装置；高压气体源通过减压装置、气体流量计、进气管路与培养室进气口连通，进气开关设于进气管路上，培养室出气口连接出气管路，出气管路通过排气阀与外界连通，排气阀用于控制培养室内的气体定量更新，气体流量计用于实时测量进气流量，压力感应器用于感应培养室内和进出气管路上气压，控制装置根据压力传感器信号控制进气开关开闭，本发明使培养室内气体压力长期稳定在预设水平，同时培养室内气体不断更新，保证科学研究的精准度。

Description

能够精确控制气体压力的细胞组织培养系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及一种能够精确控制气体压力的细胞组织培养系统及其控制方法。

背景技术

提供一种模拟人体环境的细胞培养系统对于医学研究具有重要意义。人体有很多种细胞，如血管内皮细胞、视网膜神经节细胞、心肌细胞、神经元细胞等，人体的各种细胞均生活在一定的压力环境下，该压力的升高将对细胞造成重要影响，表现为病理状态。例如，高血压、高颅内压、高眼压等。体外环境下，细胞静水压升高可以通过细胞培养气体的压力升高来实现。体外细胞培养时，常规需要CO₂气体作为缓冲系统，细胞浸在培养液中，静水压等于施加于培养液表面的气体压力。因此，设计一种科学的、实用的、能够精确控制气体压力的细胞组织培养系统以模拟体内静水压环境是本发明的主要目的。

现有技术，如中国专利申请CN201110283487.5，提出一种测试压力对细胞生长的影响的系统，该系统包括：压力箱、装载所述细胞的培养瓶、装有气体的气体钢瓶、压力表、一号换气阀、二号换气阀、一号气体输送管以及二号气体输送管；其中，所述压力箱包括外壳；所述培养瓶位于所述外壳内部；所述外壳上有使其内外相通的进气孔、排气孔和压力检测孔；所述一号换气阀的出口连接所述进气孔，其入口通过所述一号气体输送管连接所述气体钢瓶；所述二号换气阀的入口连接所述排气孔；所述二号气体输送管的一端与所述压力表相连，另一端通过所述压力检测孔与所述外壳内部相通。

该系统的操作是通过手动的方法给压力箱充气，且假设压力箱是绝对密闭的，所述压力箱通过一次充气的方法完成实验，不能实现气体的不断更新，压力一旦升高至预定值后可以维持的有效时间有限。

现有技术，如中国专利申请ZL200720085236.5，提出一种体外细胞开放式压力程控培养装置。该装置压力升高时整个培养瓶的内外压力不平衡，这就对于培养瓶本身提出特殊要求，既要有双开口的瓶盖、耐受压力升高的瓶身，又要有符合细胞附着、经过表面处理的培养内表面，而目前市面上没有能够满足所有这些需求的培养瓶产品。

发明内容

针对现有技术的缺点，本发明的目的是提供一种能够精确控制气体压力的细胞组织培养系统；

本发明的另一目的是提供一种所述细胞组织培养系统的控制方法。

为实现上述目的，本发明的技术方案为：一种能够精确控制气体压力的细胞组织培养系统，包括培养室及用于实时维持培养室内气体的压力稳定在预设的压力值的压力控制系统，所述压力控制系统包括高压气体源、气体流量计、进气管路、进气开关、出气管路、压力感应器、减压装置、排气阀及控制装置；

高压气体源通过减压装置、气体流量计、进气管路与培养室进气口连通，进气开关设于进气管路上，培养室出气口连接出气管路，出气管路通过排气阀与外界连通，排气阀用于控制培养室内的气体定量更新，气体流量计用于控制进气流量，压力感应器用于感应培养室内和进出气管路上的气压，控制装置根据压力传感器的信号控制进气开关的开闭；

控制装置根据压力传感器的检测值和预设的压力值作出判断，如果培养室压力低于预设的压力值下限，进气开关继续开放。如果压力达到预设的压力值上限，则进气开关迅速关闭。排气阀按照预设速率更新培养室内气体，进气开关关闭后室内气体缓慢下降至预设的压力值下限，此时进气开关再次开放，如此反复循环，保持培养室内压力的稳定和气体定量更新。

所述减压装置包括两级减压阀。压力感应器接口设在进气、出气管路或培养室内都可以，也就是在进气开关和出气开关之间的那部分管路。

所述出气管路上还设有用于实时测量培养室内气压值的压力表；所述控制装置还设有用于显示培养室内气体压力值及预设的压力值上、下限的显示面板。

所述进气管路与培养室进气口之间、以及出气管路与培养室出气口之间均设有空气过滤器。

培养室呈圆柱形，分上下两部分，两部分的接触面有橡胶圈起到密封作用，两部分组合时靠一个不锈钢固定圈扎紧。

所述排气阀为针孔排气阀；所述高压气体源通过预先混制不同组分的高压气体产生压力、低氧环境。

培养室上设有用于控制培养室内的整体温度的恒温板。

所述恒温板设于培养室底部，培养室内设有多层培养皿，且底层用于放置水盒。

培养室整体置于温度可控的培养箱内。

同时，本发明还提供了一种能够精确控制气体压力的细胞组织培养系统的控制方法，其包括以下步骤：

步骤a、将细胞培养瓶放入培养室内；

步骤b、控制装置设置培养室预设的压力值的上限P1和下限P2；

步骤c、打开减压装置及进气开关，调整进气管路的进气流量，打开排气阀，调整出气管路上的排气流量；

步骤d、培养室内的压力迅速升高至P0，进气开关自动关闭；随着时间的延长，气体压力缓慢下降至P2,此时，进气开关自动开放后压力再次迅速升高至P1，进气开关再次自动关闭，这样压力稳定在设定值上限P1和下限P2之间；

步骤e、实验完成，关闭高压气体源，打开压力控制装置的出气开关，气体排出至培养室外，打开培养室的不锈钢圈，取出培养瓶，分析P0压力下细胞的变化。

与现有技术相比较，本发明的有益效果在于：本发明既可产生精确控制的气体（静水压）压力、温度、气体更新率，又可通过更换高压气体源产生某种特殊气体条件（如5%氧气）。适合进行压力升高、温度变化、气体浓度变化等单一条件下的组织培养，也可进行两种以上条件组合共同作用下的细胞组织培养。本发明所需气体源、培养瓶、培养箱为生物学实验常规产品，压力控制装置的组装也容易实现，通过本系统可以实现培养室内的气体压力长期稳定，且气体不断更新，有效模拟高眼压、高血压、高颅内压、组织缺血缺氧等体内病理生理条件，提高细胞组织培养条件控制的准确度，节省体内实验所需大量动物，避免动物个体差异带来的系统误差。

附图说明

图1 为本发明能够精确控制气体压力的细胞组织培养系统的原理框图。

具体实施方式

以下结合实施例及附图对本发明进行详细的描述。

实施例1

如图1所示，本发明公开了一种能够精确控制气体压力的细胞组织培养系统，包括培养室1及用于实时维持培养室1内气体的压力稳定在预设的压力值的压力控制系统，所述压力控制系统包括高压气体源2、气体流量计3、进气管路4、进气开关5、出气管路6、压力感应器7、减压装置、排气阀9、控制装置10。

高压气体源2通过减压装置、气体流量计3、进气管路4与培养室1进气口连通，进气开关5设于进气管路4上，培养室1出气口连接出气管路6，出气管路6通过排气阀9与外界连通，排气阀9用于控制培养室1内的气体定量更新，气体流量计3用于实时测量进气流量，压力感应器7用于感应培养室1内和进、出气管路4、6上的气压，控制装置10根据压力传感器7的信号控制进气开关的开闭。

压力感应器7设在进气、出气管路4、6或培养室1内都可以，也就是在进气开关5和排气阀9之间的那部分管路。

控制装置10根据压力传感器7的检测值和预设的压力值作出判断，如果培养室1的压力低于预设的压力值下限，进气开关5继续开放。如果压力达到预设的压力值上限，则进气开关迅速关闭。排气阀9按照预设速率更新培养室内气体，进气开关5关闭后室内气体缓慢下降至预设的压力值下限，此时进气开关5再次开放，如此反复循环，保持培养室1内压力的稳定和气体定量更新。

进一步的，所述减压装置包括两级减压阀8。两级减压阀减压后气体的进气压力更加稳定。

所述出气管路6上还设有用于实时测量培养室1内气压值的压力表；所述控制装置10还设有用于显示培养室1内气体压力值及预设的压力值上、下限的显示面板11。显示面板设有调节压力值的上限和下限的按钮，并有显示压力室内气体压力的电子屏幕。

所述进气管路4与培养室1进气口之间以及出气管路6与培养室1出气口之间还设有空气过滤器。

培养室1呈圆柱形，分上下两部分，两部分的接触面有橡胶圈起到密封作用，两部分组合时靠一个不锈钢固定圈扎紧。

所述排气阀9为针孔排气阀；培养室1内的气体通过针孔排气阀定量排出室外，保证室内气体不断更新。如此，培养室内的气体压力、温度、气体更新率、气体浓度均可以有效控制，大大提高科研的精准度。

所述高压气体源2通过预先混制不同组分的高压气体产生压力、低氧环境。

培养室1上设有用于控制培养室1内的整体温度的恒温板。

所述恒温板设于培养室1底部，培养室1内设有多层培养皿，且底层用于放置水盒。

同时，本发明提供了一种能够精确控制气体压力的细胞组织培养系统的控制方法，其包括以下步骤：

以60mmH压力下培养细胞为例：

连接好培养系统的各部分，将压力控制装置的开关设为自动状态；

将含气孔的细胞培养瓶放入培养室内，培养室下方放置水盒，设定培养温度，如28摄氏度，钢圈扎紧培养室的上下两半；

打开压力控制系统电源开关，在显示面板上设置压力值上限和下限，如上限为60.5mmHg、下限为59.5mmHg；

打开预混高压气体（含有5%CO₂和95%空气）的减压装置，调整进气流量，如50毫升/秒；

调整针孔排气阀的流量，如10毫升/分钟；

此时从显示面板和压力表均可以看到培养室内的压力逐渐升高至60.5mmHg，进气开关自动关闭；

随着时间的延长，气体压力缓慢下降至59.5mmHg,此时，进气开关自动开放后迅速关闭，压力迅速升高至60.5mmHg，这样压力稳定在设定值上限和下限之间；

实验完成，如培养72小时后，关闭高压气体源，打开压力控制装置的出气开关，气体排出至培养室外，打开培养室的不锈钢圈，取出培养瓶，分析（60±0.5）mmHg压力下细胞的变化。

实施例2

本实施例与实施例1结构相近似，其区别在于，培养室的温度调整结构不同，具体是培养室整体置于温度可控的培养箱内，此时不需要增加恒温板。

Claims (10)

1.一种能够精确控制气体压力的细胞组织培养系统，包括培养室及用于实时维持培养室内气体的压力稳定在预设的压力值的压力控制系统，其特征在于，所述压力控制系统包括高压气体源、气体流量计、进气管路、进气开关、出气管路、压力感应器、减压装置、排气阀及控制装置；

高压气体源通过减压装置、气体流量计、进气管路与培养室进气口连通，进气开关设于进气管路上，培养室出气口连接出气管路，出气管路通过排气阀与外界连通，排气阀用于控制培养室内的气体定量更新，气体流量计用于控制进气流量，压力感应器用于感应培养室内和进出气管路上的气压，控制装置根据压力传感器的信号控制进气开关的开闭；

控制装置根据压力传感器的检测值和预设的压力值作出判断，如果培养室压力低于预设的压力值下限，进气开关继续开放；如果压力达到预设的压力值上限，则进气开关迅速关闭；排气阀按照预设速率更新培养室内气体，进气开关关闭后室内气体缓慢下降至预设的压力值下限，此时进气开关再次开放，如此反复循环，保持培养室内压力的稳定和气体定量更新。

2.根据权利要求1所述的能够精确控制气体压力的细胞组织培养系统，其特征在于，所述减压装置包括两级减压阀。

3.根据权利要求1所述的能够精确控制气体压力的细胞组织培养系统，其特征在于，所述出气管路上还设有用于实时测量培养室内气压值的压力表；所述控制装置还设有用于预设压力值上、下限及显示培养室内气体压力值的显示面板。

4.根据权利要求1所述的能够精确控制气体压力的细胞组织培养系统，其特征在于，所述进气管路与培养室进气口直接还设有空气过滤器。

5.根据权利要求1所述的能够精确控制气体压力的细胞组织培养系统，其特征在于，培养室呈圆柱形，分上下两部分，两部分的接触面有橡胶圈起到密封作用，两部分组合时靠一个不锈钢固定圈扎紧。

6.根据权利要求1所述的能够精确控制气体压力的细胞组织培养系统，其特征在于，所述排气阀为针孔排气阀；所述高压气体源通过预先混制不同组分的高压气体产生压力、低氧环境。

7.根据权利要求1所述的能够精确控制气体压力的细胞组织培养系统，其特征在于，培养室上设有用于控制培养室内的整体温度的恒温板。

8.根据权利要求6所述的能够精确控制气体压力的细胞组织培养系统，其特征在于，所述恒温板设于培养室底部，培养室内设有多层培养皿，且底层用于放置水盒。

9.根据权利要求1所述的能够精确控制气体压力的细胞组织培养系统，其特征在于，培养室整体置于温度可控的培养箱内。

10.一种根据权利要求1至9任一项所述的能够精确控制气体压力的细胞组织培养系统的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤a、将细胞培养瓶放入培养室内；

步骤b、控制装置设置培养室预设的压力值的上限P1和下限P2；

步骤c、打开减压装置及进气开关，调整进气管路的进气流量，打开排气阀，调整出气管路上的排气流量；

步骤d、培养室内的压力迅速升高至P0，进气开关自动关闭；随着时间的延长，气体压力缓慢下降至P2,此时，进气开关自动开放后压力再次迅速升高至P1，进气开关再次自动关闭，这样压力稳定在设定值上限P1和下限P2之间；

步骤e、实验完成，关闭高压气体源，打开压力控制装置的出气开关，气体排出至培养室外，打开培养室的不锈钢圈，取出培养瓶，分析P0/(P1～P2)压力下细胞的变化。

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