CN106190838A - 一种基于血液透析器的生物培养装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种基于血液透析器的生物培养装置，包括血液透析器、循环泵、摇摆称重装置、样品采集存储装置、给药装置、培养袋，所述的培养袋包括主培养袋和次培养袋，所述的主培养袋和血液透析器主体的内部两端相连形成主循环回路，所述的次培养袋和血液透析器主体的外部两端相连形成次循环回路，所述的样品采集存储装置、给药装置均与主培养袋和血液透析器之间的管道相连。本发明提供一种能够监测和维持培养条件稳定的，自动加液和采样的，并且可以模拟药物浓度变化的，基于血液透析器的细胞或细菌培养装置。

Description

一种基于血液透析器的生物培养装置
技术领域
本发明涉及一种生物培养领域，特别是涉及一种基于血液透析器的生物培养装置。
背景技术
干细胞培养是指在体外模拟体内的生理环境，培养从机体取出的细胞，并使之生存和生长的技术。体外细胞培养必须注意三个环节：营养、生存环境和废液的排除。体外培养细胞所需的营养是由培养基提供的。体外培养必须模拟体内细胞生长环境。环境因素主要是指无菌环境、合适的温度、一定的渗透压和气体环境。 干细胞是一种自我更新、高度增殖以及多种分化潜能的未分化细胞。各种功能细胞的生成以及调控依赖于各种微环境、细胞生长因子、基质细胞、细胞外基质层多种因素的相互作用与平衡，并涉及有关细胞增值，分化，迁移，定居，衰老、凋亡、癌变等生命科学中的基本机制。现今的干细胞培养方法包括包括培养袋培养、培养瓶（罐）培养和中空纤维反应器培养等，无论哪一种培养方法都需要不断地更换培养基，或者进行干细胞的重新接种，以维持干细胞的生长条件和生长因子，费时费事费钱，并且容易造成污染。
药物的PK/ PD研究是新近发展起来的药物研究的重要方法，其中的PK（药代动力学）是机体对药物的作用，包括药物在体内吸收、分布、代谢与排泄的动态变化过程。PD（药效学）是药物对机体（包括病原体）的作用，包括一定浓度的药物对机体产生的治疗（或对病原体的杀灭）作用和不良反应。PK/PD研究是把PK和PD结合起来研究药物剂量相对应的“时间—药物浓度—人体效应”关系，对于抗菌药而言，则可以反映“药物—机体—病原体”之间的关系。无论哪种药物，只有将药代动力学和药效学两者结合，才能揭示药物浓度变化情况下的疗效或杀菌活性，从而制定有效的治疗方案，达到最佳的临床和细菌学疗效。目前的PK/PD研究方法，多采用散件组合的方法，包括培养瓶（或中空纤维反应器）、泵、混旋器、过滤器、培养箱等。特别是药物变化的动态模拟很难实现，培养条件的控制（和干细胞培养一样）比较繁琐。
发明内容
发明目的：针对上述医学研究的需求，立足于克服现有技术中存在的缺陷，本发明旨在提供一种能够监测和维持培养条件稳定的，自动加液和采样的，并且可以模拟药物浓度变化的，基于血液透析器的细胞或细菌培养装置。
技术方案
一种基于血液透析器的生物培养装置，包括血液透析器、循环泵、摇摆称重装置、样品采集存储装置、给药装置、培养袋，所述的培养袋包括主培养袋和次培养袋，所述的主培养袋和血液透析器主体的内部两端相连形成主循环回路，所述的次培养袋和血液透析器主体的外部两端相连形成次循环回路，所述的循环泵包括主循环泵和次循环泵，所述的主循环泵设于主培养袋和血液透析器之间的管道上，所述的次循环泵设于次培养袋和血液透析器之间的管道上，所述的摇摆称重装置包括主摇摆称重装置和次摇摆称重装置，所述的主摇摆称重装置设于主培养袋的下方，所述的次摇摆称重装置设于次培养袋的下方，所述的样品采集存储装置、给药装置均与主培养袋和血液透析器之间的管道相连。
所述的血液透析器由毛细纤维管和外壳构成，所述的血液透析器主体的内部是指毛细纤维管的内部，所述的血液透析器的外部是指外壳与毛细纤维管之间的空间。
进一步的技术方案，所述的给药装置包括药物袋和注射泵，所述的药物袋通过注射泵与主培养袋和血液透析器之间的管道相连。
进一步的技术方案，所述的循环泵是是蠕动泵。
进一步的技术方案，所述的摇摆称重装置包括摇摆机支架、电机、摇摆平衡盘、托盘、称重传感器，所述的电机设于摇摆机支架上，所述的摇摆平衡盘包括滚轴和平衡盘，所述的滚轴与平衡盘相连接；所述的电机通过电机连接轴与滚轴相连接；所述的平衡盘与托盘之间设有传感器支架，所述的传感器支架内设有称重传感器，所述的称重传感器与托盘相连接。
进一步的技术方案，所述的摇摆机支架上还设有固定柱，所述的固定柱与滚轴相连接；所述的传感器支架与平衡盘可拆卸连接；
所述的平衡盘设有三个平衡点；
所述的滚轴为三个，其中一个与电机连接轴相连；
所述的三个滚轴呈等腰三角形放置，高度相同，并跟摇摆机支架平行；；
所述的托盘为倾斜放置，所述的倾斜角度范围为5°-30°；
所述的托盘上还设有培养袋，所述的培养袋的进出口管设于倾斜放置的培养袋的底部。
进一步的技术方案，所述的样品采集存储装置包括样品采集装置，样品储存装置，清洗装置，二维机械注射装置和中控装置；样品采集装置与二维机械注射装置相连，并将管路中抽取的样品液注入至二维机械注射装置中；清洗装置对二维机械注射装置中的注射针进行消毒清洗；二维机械注射装置将样品液注入样品储存装置中；所述的中控装置与采集装置，样品储存装置，清洗装置，二维机械注射装置相连。
进一步的技术方案，所述的二维机械注射装置包括二维机械臂、针夹和注射针；所述的二维机械臂通过针夹与注射针相连，所述的二维机械臂控制注射针在二维空间内的运动，所述的二维机械臂与中控装置相连；
所述样品采集装置包括注射器、采样针、固定板、推拉滑块、V型块、压杆组合件、直线导轨、丝杆电机、丝杆螺母连接板、光耦挡片、光耦、三通管；
所述的注射器的活塞手柄通过推拉滑块固定在直线导轨上，直线导轨固定在固定板的上部；
所述的光耦挡片安装在丝杆螺母连接板上，光耦安装在固定板的中部；
所述的注射器的桶体通过压杆组合件、V型块固定在固定板的下部；
所述的丝杆电机通过丝杆螺母连接板与推拉滑块连接；
所述的注射器通过三通管与采样针、二维机械注射装置的注射针连接；
所述的丝杆电机与中控装置连接；
所述样品存储装置包括减速电机、轴承座、转动盘、样品盒、隔瓶挡板、样品盒支架；
所述的样品盒设于转动盘上；
所述的减速电机与样品盒支架连接；
所述的轴承座固定在样品盒支架上；
所述的转动盘与减速电机的丝杆连接；
所述的减速电机与中控装置相连接；
所述的隔瓶挡板固定在样品盒支架上，位于样品盒中心的正上方；
所述清洗装置包括清洗杯、隔膜泵、液位感应器、接液瓶、废液瓶；
所述的隔膜泵包括第一隔膜泵和第二隔膜泵，所述的第一隔膜泵抽取接液瓶中的清洗液，所述的第二隔膜泵抽取清洗杯中的废液至废液瓶中；
所述的第一隔膜泵和第二隔膜泵均与中控装置相连；
所述的液位感应器设于接液瓶一侧，用于监测接液瓶中的清洗液余量。
进一步的技术方案，所述的三通管为Y型三通管，所述的三通管与采样针、二维机械注射装置的注射针连接的管路上设有夹管阀；所述的三通管通过夹管阀固定，夹管阀固定在管卡上；所述的样品盒上设有样品管孔，用于放置样品管；
所述的样品存储装置中还包括霍尔传感器， 所述的霍尔传感器设于样品盒的底部，固定在样品盒支架中部偏下的位置，并且样品盒的底部固定有小块磁铁；
所述的清洗杯表面镀银离子层。
进一步的技术方案，所述的生物培养装置还包括PH检测装置，所述的PH检测装置设于主培养袋和血液透析器之间的管道上和/或次培养袋和血液透析器之间的管道上；
所述的PH检测装置包括LED灯、LED灯盖板、颜色传感器、颜色传感器盖板、支撑架，所述的LED灯安装在LED灯盖板上，所述的颜色传感器安装在颜色传感器盖板上，所述的LED灯盖板和颜色传感器盖板相对设置并安装在支撑架上，所述的颜色传感器由三个光电传感器组成，三个光电传感器上分别设有红色滤光片、绿色滤光片和蓝色滤光片。
进一步的技术方案，所述的LED灯和颜色传感器位于同一水平线上；所述的支撑架上设有轨道，所述的LED灯盖板和颜色传感器盖板通过滑块安装在支撑架的轨道上；所述的支撑架上的轨道设有卡槽。
进一步的技术方案，还包括贮存培养袋和废液培养袋，所述的贮存培养袋通过注射泵与主培养袋相连，所述的废液培养袋通过注射泵与次培养袋相连。
进一步的技术方案，所述的生物培养装置还包括中控装置；所述的中控装置是生物培养装置的控制模块，中控装置用于控制生物培养的整套流程，包括环境建立、运行、停止控制，液路建立、运行、停止控制，摇摆称重装置的控制，收集培养基数据，样品采集存储装置开始采样、停止采样、贮存等操作。
环境建立包括双温控制系统、CO2浓度控制系统和紫外灯消毒灭菌装置，所述的双温控制系统为装置提供两套恒温系统，利用制冷和制热设备，将样品采集存储区域的温度控制在0-4摄氏度，其他装置所在区域的温度控制在25-37摄氏度。紫外灯消毒灭菌装置为整套装置提供杀毒灭菌功能。
所述的生物培养装置还包括液路压力检测装置，所述的液路压力检测装置用来监控液路循环中液体的压力，保证系统液路正常运行。
进一步的技术方案，所述的主培养袋和次培养袋采用封闭式培养，主培养袋和次培养袋的材质为透气材料，所述的透气材料为EVA材料或者PE材料。
进一步的技术方案，所述的血液透析器在运行中呈现竖直或者倾斜状态。
本发明的原理：
本发明利用血液透析器的透析功能，主培养袋和血液透析器相连形成主循环回路，次培养袋和血液透析器相连形成次循环回路，通过建立主次循环回路进行营养物质交换，蠕动泵作为主次循环回路运行的动力源，维持主次循环回路的正常运行。主循环回路从装有新鲜培养基的贮存培养袋中抽取新鲜培养基，在主培养袋中汇集，次循环回路从血液透析器中透析培养基，经过次循环回路最终在次培养袋上汇集，摇摆称重装置既可以实时获取主次培养袋的重量，又可以摇匀其中的营养物质，最终将废旧培养液由泵从次循环回路抽出到废液袋。在细胞/细菌等生物的培养过程中，可以通过样品采集存储装置进行在线样品采集和贮存。颜色传感器用于识别主次循环回路中培养基颜色，从而判断培养基中的pH值等数据，以此来判断是否加入新鲜培养基或者排出废液。
本发明的工作流程如下：
本发明用于细胞或细菌等生物的培养。
培养前通过中控装置设定仪器培养程序：包括环境建立、运行、停止控制，液路建立、运行、停止控制，摇摆称重装置的控制，收集培养基数据，样品采集存储装置开始采样、停止采样、贮存等操作。
环境建立中需要将样品采集存储区域的温度控制在0-4摄氏度，一般是4摄氏度，其他装置所在区域的温度控制在25-37摄氏度，可以根据需求进行调整。紫外灯消毒灭菌装置为整套装置提供杀毒灭菌功能。
在细胞或细菌等生物的培养的初始状态，主次培养袋被分别放置在主次摇摆称重装置上，摇摆称重装置的电机开始运转带动滚轴转动，从而带动摇摆平衡盘以及其上的称重传感器以及托盘上的培养袋一起摇摆转动。其中，称重数据获取可以采用两种方法：一种就是在欲称重时，电机停止转动，得到称重数据之后，电机重新运行；另一种，在电机匀速转动的过程中，进行快速称重采样，得到平均值即为其称重数据。仪器初始状态主次培养袋中可以均没有培养基，通过蠕动泵运动，将贮存培养袋中的培养基泵入主培养袋中，通过血液透析器进入次循环回路。当主次循环回路建立之后，人工向主培养袋中注入原始细胞液或原始细菌液等生物材料，如果是细胞培养，则需要注入细胞因子，注入方式有两种，一是提前跟培养基混合注入，二是摇匀原始细胞液之后，手动注入。细胞或细菌等生物随着摇摆称重装置摇摆混匀进入主循环回路，通过血液透析器再回到主循环回路中，主循环回路中的培养基会进入血液透析器并通过纤维表面的透析作用，进入次循环回路，进而进入次培养袋，并在摇摆称重装置的作用下混匀并实测重量数据。根据主次摇摆称重装置反馈的结果，中控装置调节主循环泵和次循环泵的速度。根据pH检测装置得到数据，判断培养基需要更换的时间，其中废旧培养基由泵从次培养袋抽出到废液袋中，集中处理。然后贮存培养袋的新鲜培养基通过注射泵进入主培养袋，主次循环泵速自动调节，以保证培养基的实时更换，直至培养完成。在培养过程中大部分细胞或细菌等生物均在主培养袋中，取下主培养袋即可收集细胞或细菌等生物。
本发明的样品采集流程：培养的循环液路工作时，中控装置发出样品采集指令至样品采集装置，注射器自动抽推两次，进行生物培养液的混匀，然后进行样品采集，使用采样针采样至注射器中，注射器再将样品注射至注射针中，即可完成一个试剂管样品的采集操作，然后再通过二维机械臂移动注射针，完成样品的注射、存储操作。样品可用于细胞、细菌等生物的计数检测或用于药液浓度的检测。采集后的样品保存在4摄氏度的存储环境中。
本发明的pH检测装置的工作流程：通过颜色传感器对培养基中的酚红指示剂的颜色进行检测，事先获取培养基的R，G，B值，然后通过大量测试实验，得出R/G值（或者（R/G+B/R）值）与pH值之间的线性关系，保证两者的相关性达到95%。这样就可以直接通过得到的R/G值（或者（R/G+B/R）值）计算出培养基的pH值。当检测到培养基偏酸性时，需要加入新鲜培养基，同时排出等量的废旧培养基。这个加液排液的时机就是由颜色传感器的监测值来决定的。在工作时，培养基存在于管路滴注室中，需要检测颜色时，首先打开颜色传感器测定培养基的R，G，B值，将获得的监测值通过已经建立的线性关系得出培养基当前的pH值。当培养基的pH达到临界值时就会立即补充一部分新鲜培养基，同时排出等量的废液，保持整个系统的动态平衡，提高整个系统的工作效率。当培养基的pH达到临界点时，新加入新鲜培养基后，pH会升高，相应的颜色也会改变，进而控制加入的培养基的量，来保证细胞的最优生长环境。同时也可以根据颜色传感器RGB值的变化量建立与细胞密度的关系，从而判断培养基代谢情况决定培养基的进出量。
本发明中的摇摆称重装置的工作原理：循环回路中的泵的转速大小会直接影响循环回路中培养基的流速，在经过血液透析器时，会影响血液透析器的内外渗透压，从而影响主循环回路和次循环回路的透析方向。利用这种原理，根据获取到的摇摆称重装置上的培养袋质量进行判断，由中控装置来控制泵转速，如果主培养袋质量大于次培养袋质量，则加快主循环泵的速度，透析方向由主循环回路流向到次循环回路，反之，则加快次循环泵的速度，透析方向由次循环回路流向主循环回路。通过称重比较，不停调整主循环泵和次循环泵的速度，使回路系统最终达到平衡或维持不平衡的状态。从而达到实时监控和实时调整。
如果培养细菌，本发明可用于PDPK研究，其工作流程为：
1、培养基从贮存培养袋进入液路，待主次、循环液路平衡后，主、次循环回路建立。
2、曲线模拟阶段：曲线模拟药物浓度上升过程，中控单元根据目标药时曲线进行计算，通过给药单元定时定量泵入药物到液路循环中，以达到目标浓度；曲线模拟药物下降阶段，通过计算废液排除量以及新加培养基液量来实现目标浓度；曲线模拟完成之后，清理管道，准备下次实验；
3、样品采集存储装置定时采集并存储样品。人工检测样品中的药物浓度，在中控装置中输入得到的实测值，设备绘出实测药物浓度——时间曲线。
4、进入到一次曲线学习阶段，重复以上操作，在药物浓度上升阶段，中控单元根据一次曲线模拟的药物浓度与加液量的关系，计算出曲线学习过程中，达到本次目标的药液量，通过给药单元定时定量加入药液；在一次曲线学习的药物浓度下降阶段，中控单元计算出药物浓度和本次目标浓度与上次浓度比值的相关关系，得出到达相应目标浓度应抽出的废液以及新鲜培养基液量，定时执行抽出废液以及注入新鲜培养基操作。样品采集存储装置定时采集并存储样品，人工检测出样品浓度。
5、如果步骤4得到的药时曲线与目标曲线误差仍然有较大误差，重复步骤4，直到各点误差在10%以内；经过曲线学习后，在建立液路环境之后，人工用医用注射器注入细菌，进行细菌抗药性实验，通过采集装置在各采样点采样，分析细菌状态数量以及药液浓度，绘制药时曲线以及菌时曲线。
有益效果：
1、本发明在含有细胞的培养基通过血液透析器时，细胞和一些生物大分子（细胞因子等）物质会在血液透析器的主循环回路内移动，而水、无机盐和小分子代谢废物等会透过中空纤维进入次循环回路。
2、本发明操作方便，计量精准，可拓展性和可维护性较强，能够方便医务工作者进行治疗用免疫活性细胞的制备。
3、该仪器中的培养基通过双循环结构循环使用，在血液透析器中的废旧培养基可以被过滤掉，而细胞因子等物质得到保留，能够有效防止细胞因子等物质的流失，提高利用率。并且可以根据需要向主循环回路中不断加入新的培养基，也能够从次循环回路中不断抽离废弃培养基，维持主循环回路中的培养基对细胞或细菌生长的物质供应。此外，细胞培养过程需要细胞因子进行诱导，使细胞在体外定向诱导和高效扩增，而通过血液透析器不仅仅可以有效防止细胞耗损，也能有效隔离细胞因子，防止其随废液流入次循环中导致耗损，降低细胞培养成本。
4、本发明中的培养基能够循环使用，节约成本，并且根据pH值、细胞浓度的变化从而判断细胞的生长情况和培养基的利用情况，随时补充新鲜培养基，实时监控，达到高效诱导和扩增细胞的目的。
5、本发明中主培养袋和次培养袋采用封闭式培养，但是培养袋的材质为透气材料制成，能够实现自主透气，直接与培养箱内CO2完成气体交换。袋口封闭，内部形成无菌环境，最大程度上减少污染，且培养袋形状扁平，气体交换面积大，利于在有限的空间中大量培养细胞。
6、使用本发明培养的大部分细胞存在于主培养袋内，方便采集细胞进行后续操作，且获得方法简单，步骤少，减少外界与细胞接触机会，减少污染可能。
7、本发明中PH检测装置结构简单、使用方便、无需取出培养基即可实现封闭环境下实时检测管路中培养液的pH值。LED灯起到照明的效果，能够帮助颜色传感器准确将各个时间段的颜色反馈给机器进行处理，从而得出相应的pH值。保持LED灯和颜色传感器位于同一水平线，能够将光集中于颜色传感器所需要采集的位置，使得采集的R，G，B值更为精确。支撑架上设有轨道，LED灯盖板和颜色传感器盖板通过滑块安装在支撑架的轨道上，可以应用于不同规格的管路滴注室，设置卡槽是为了固定LED灯盖板和颜色传感器盖板的间距，该设计使得本实用新型适用的范围更广。颜色传感器用于测量pH，能够实现实时监控，灵敏度高。
8、本发明中的在线样品采集存储装置能够实现自动化采样、存储和采集针的清洗操作，使采集操作简单、效率高和安全性好。清洗杯表面设有镀银离子层，能够减少细菌污染，保持清洗杯自身的无菌环境，且镀银成本低廉，有效时间长，提升注射针的清洗效果。二维机械臂能够实现注射针、隔瓶挡板、样品管孔的对准；注射针向下运动时，对准插入样品管孔径；在注射针注入样品管之后，将注射针移动到清洗杯中清洗，能够实现自动加样，并且自动对准样品管。中控装置通过光耦信号控制电机的复位，避免注射器的活塞压到底部。自动化样品采集装置降低了生产成本，而且消除了复杂结构带来的高故障率的问题。隔瓶挡板能够隔开真空样品管和注射针，防止负压环境下注射针刺入真空样品管之后和表面橡胶塞之间摩擦力较大，拉起真空样品管。霍尔传感器具有性能稳定、定位准确的特征，用于底部带有小磁块的样品盒的初始化复位。尤其是在样品4摄氏度保存的情况下，会产生冷凝水，霍尔传感器相对比红外传感器等原件具有不受冷凝水影响的特性，能够稳定发挥作用。隔膜泵能够在恶劣的工作环境中，比如废水排放时，由于污水中的杂质多且成份复杂，管路易于堵塞，这样对电泵就产生负荷过高的情况，电机发热且易损耗，而气动隔膜泵可通过颗粒且流量可调，管道堵塞时自动停止至通畅。液位感应器能够实施监控，防止清洗液缺乏导致清洗失败和样品污染的情况出现。而且能够自动监控，减少人工查看成本和区域内污染可能性。紫外杀菌区别于其他杀菌方式，对空气具有良好的杀菌功能，且安全无污染，能够随时控制，设置在注射针旁边能够避免对真空玻璃管内的样品造成损害。 样品管采用真空样品管，内部为封闭环境，能够避免污染；同时，真空样品管不需要人工盖上盖子，既方便，又能防止外因影响样品的真实性。
9、本发明中的称重摇摆装置根据摇摆称重结果能够调整主次循环培养基流动速度，从而控制增加或丢弃培养基的量，或者培养基更换的速度，达到自动控制的目的，节约人力，更加精准。该装置能够保证摇摆运动平缓进行、性能稳定，且摇摆同时实现称重功能，能够实时监测培养基重量，为仪器控制提供数据支持，且成本低。固定柱与滚轴相连接，起到支撑滚轴的作用。该装置结构简单，性能稳定，且直接采用传感器设计，数据直接转化电学信号，传输快，更精确，方便系统计算，及时进行仪器控制。传感器支架与平衡盘可拆卸连接，方便更换，维修成本低。平衡盘设有三个平衡点，3个滚轴的中心形成三角形与三角平衡盘相配合，更加稳定，摇摆角度小，摇摆更均匀，能够持续缓和摇晃，防止细胞贴壁生长，同时均匀混合培养基，给细胞或细菌等提供适合的环境。托盘为倾斜放置，倾角范围为5°~30°，保证在摇晃过程与培养基容器相连接的管线一直位于托盘的最低处，保证管线内培养基充盈。
附图说明
图1是本发明结构示意图；
图2 是本发明系统示意图；
图3 是本发明中摇摆称重装置的结构示意图；
图4 是本发明中摇摆称重装置的侧面示意图；
图5是本发明中培养袋结构示意图；
图6是本发明中样品采集存储装置的结构示意图；
图7是本发明中样品采集装置的主视图；
图8为本发明中样品采集装置的后视图；
图9为本发明中样品储存装置和清洗装置的结构示意图；
图10 是本发明中pH检测装置的结构示意图；
图11是本发明中pH检测装置的立体图；
图12是本发明中pH检测装置的颜色传感器的示意图;
附图标记：1、主循环回路；2、次循环回路；3、主循环泵；4、次循环泵；5、给药装置；6、主培养袋；7、次培养袋；8、主摇摆称重装置；9、次摇摆称重装置；10、贮存培养袋；11、废液培养袋；12、血液透析器；13、样品采集存储装置；14、pH检测装置，15、中控装置；16、温度控制系统；17、主循环液路压力检测装置；18、次循环液路压力检测装置；1-1、药物袋；1-2抽液注射泵；1-3药液注射泵；1-4进液注射泵；1-6控制电路板；A、B为主循环回路区域，C、D为次循环回路区域；
8-1、托盘；8-2、称重传感器；8-3、电机；8-4、传感器支架；8-5、滚轴；8-6、固定柱；8-7、电机连接轴；8-8、摇摆平衡盘；8-9、摇摆机支架；8-10、培养袋；8-11、培养袋挂孔固定柱；8-12、培养袋进管管口；8-13、培养袋出管管口；8-14、培养袋挂孔；
13-1、样品采集装置，13-2、样品储存装置，13-3、清洗装置，13-4、机械注射装置， 13-5、紫外杀菌装置；13-1-1、注射器，13-1-2、采样针, 13-1-3、固定板, 13-1-4、推拉滑块,13-1-5、V型块, 13-1-6、压杆组合件，13-1-7、直线导轨, 13-1-8、丝杆电机, 13-1-9、丝杆螺母连接板, 13-1-10、光耦挡片, 13-1-11、光耦, 13-1-12、三通管，13-1-13、夹管阀，13-1-14、管卡；13-1-15、注射管路；13-1-16采样管路；13-1-17培养液管路；
13-2-1、减速电机，13-2-2、轴承座, 13-2-3、转动盘, 13-2-4、样品盒, 13-2-5、样品盒支架, 13-2-6、隔瓶挡板，13-2-7、霍尔传感器，13-2-8、样品管；
13-3-1、清洗杯, 13-3-2、第一隔膜泵, 13-3-3、第二隔膜泵，13-3-4、液位感应器,13-3-5、接液瓶, 13-3-6、废液瓶；
13-4-1、机械臂，13-4-2、针夹, 13-4-3、注射针；
14-1、LED灯；14-2、LED灯盖板；14-3、颜色传感器；14-4、颜色传感器盖板；14-5、支撑架；14-6、管路滴注室；14-3-1、红色滤光片；14-3-2、绿色滤光片；14-3-3、蓝色滤光片。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细的说明。
实施例
如图1至12所示，一种基于血液透析器的生物培养装置，包括血液透析器12、循环泵、摇摆称重装置、样品采集存储装置13、给药装置5、培养袋8-10，所述的培养袋包括主培养袋6和次培养袋7，所述的主培养袋6和血液透析器12主体的内部两端相连形成主循环回路1，所述的次培养袋7和血液透析器12主体的外部两端相连形成次循环回路2，所述的循环泵包括主循环泵3和次循环泵4，所述的主循环泵3设于主培养袋6和血液透析器12之间的管道上，所述的次循环泵4设于次培养袋7和血液透析器12之间的管道上，所述的摇摆称重装置包括主摇摆称重装置8和次摇摆称重装置9，所述的主摇摆称重装置8设于主培养袋6的下方，所述的次摇摆称重装置9设于次培养袋7的下方，所述的样品采集存储装置13、给药装置5均与主培养袋6和血液透析器12之间的管道相连。
所述的血液透析器12由毛细纤维管和外壳构成，所述的血液透析器12主体的内部是指毛细纤维管的内部，所述的血液透析器12的外部是指外壳与毛细纤维管之间的空间。
所述的给药装置5包括药物袋1-1和注射泵即药液注射泵1-3，所述的药物袋通过药物注射泵1-3与主培养袋6和血液透析器12之间的管道相连。
所述的循环泵是是蠕动泵。
所述的摇摆称重装置包括摇摆机支架8-9、电机8-3、摇摆平衡盘8-8、托盘8-1、称重传感器8-4，所述的电机8-3设于摇摆机支架8-9上，所述的摇摆平衡盘8包括滚轴5和平衡盘，所述的滚轴5与平衡盘相连接；所述的电机8-3通过电机连接轴8-7与滚轴8-5相连接；所述的平衡盘与托盘8-1之间设有传感器支架8-4，所述的传感器支架8-4内设有称重传感器8-2，所述的称重传感器8-2与托盘8-1相连接。
所述的摇摆机支架8-9上还设有固定柱8-6，所述的固定柱8-6与滚轴8-5相连接。
所述的传感器支架8-4与平衡盘可拆卸连接。所述的平衡盘为三角平衡盘。所述的滚轴8-5为三个，其中一个与电机连接轴8-7相连。所述的三个滚轴8-5呈等腰三角形放置，高度一致与摇摆机支架8-9平行。所述的托盘8-1为倾斜放置，所述的倾斜角度范围为5°-30°。
所述的托盘8-1上还设有培养袋8-10，所述的培养袋8-10的培养袋进管管口8-12和培养袋出管管口8-13设于倾斜放置的培养袋8-10的底部。培养袋8-10上面设有培养袋挂孔8-14，所述的培养袋挂孔8-14与机器上的培养袋挂孔固定柱8-11相配合。
所述的样品采集存储装置包括样品采集装置13-1，样品储存装置13-2，清洗装置13-3，机械注射装置13-4和中控装置15；样品采集装置13-1与机械注射装置13-4相连，并将管路中抽取的样品液注入至机械注射装置13-4中；清洗装置13-3对机械注射装置13-4中的注射针13-4-3进行消毒清洗；机械注射装置13-4将样品液注入样品储存装置13-2中；所述的中控装置15与采集装置13-1，样品储存装置13-2，清洗装置13-3，机械注射装置13-4相连。
所述的机械注射装置13-4包括机械臂13-4-1、针夹13-4-2和注射针13-4-3；所述的机械臂13-4-1通过针夹13-4-2与注射针13-4-3相连，所述的机械臂13-4-1控制注射针13-4-3在空间内的运动，所述的机械臂13-4-1与中控装置15相连。机械臂13-4-1能够实现注射针13-4-1、隔瓶挡板13-2-6、样品管孔的对准；注射针13-4-3向下运动时，对准插入样品管孔径；在注射针13-4-3注入样品管13-2-8之后，将注射针13-4-3移动到清洗杯13-3-1中清洗。
所述的样品采集装置13-1包括注射器13-1-1、采样针13-1-2、固定板13-1-3、推拉滑块13-1-4、V型块13-1-5、压杆组合件13-1-6、直线导轨13-1-7、丝杆电机13-1-8、丝杆螺母连接板13-1-9、光耦挡片13-1-10、光耦13-1-11、三通管13-1-12；所述的注射器13-1-1的活塞手柄通过推拉滑块13-1-4固定在直线导轨13-1-7上，直线导轨13-1-7固定在固定板13-1-3的上部；所述的光耦挡片13-1-10安装在丝杆螺母连接板13-1-9上，光耦13-1-11安装在固定板13-1-3的中部；中控装置15通过判断光耦信号控制电机的复位，避免注射器13-1-1的活塞压到底部。
所述的注射器13-1-1的桶体通过压杆组合件13-1-6、V型块13-1-5固定在固定板13-1-3的下部；所述的丝杆电机13-1-8通过丝杆螺母连接板13-1-9与推拉滑块13-1-4连接；推拉滑块13-1-4可以在丝杆电机13-1-8的带动下在滑轨上下移动，进而带动注射器13-1-1的上拉与下压操作。所述的丝杆电机13-1-8与中控装置15连接。所述的注射器13-1-1通过三通管13-1-12与采样针13-1-2、机械注射装置13-4的注射针13-4-3连接。
所述样品存储装置13-2包括减速电机13-2-1、轴承座13-2-2、转动盘13-2-3、样品盒13-2-4、样品盒支架13-2-5、隔瓶挡板13-2-6；所述的样品盒13-2-4设于转动盘13-2-3上；所述的减速电机13-2-1与样品盒支架13-2-5连接；所述的轴承座13-2-2固定在样品盒支架13-2-5上，所述的转动盘13-2-3与减速电机13-2-1的丝杆连接，所述的隔瓶挡板13-2-6固定在样品盒支架13-2-5上，位于样品盒13-2-4中心的正上方，所述的减速电机13-2-1与中控装置15相连接。当注射针13-4-3从隔瓶挡板13-2-6向下注液到样品管13-2-8时，可避免样品管管帽随注射针的上升而脱落。所述的样品盒13-2-4上设有样品管孔，用于放置样品管13-2-8。样品管13-2-8放在样品管孔上，等待注射针13-4-3的注射。
所述清洗装置13-3包括清洗杯13-3-1、隔膜泵、液位感应器13-3-4、接液瓶13-3-5、废液瓶13-3-6；所述的隔膜泵包括第一隔膜泵13-3-2和第二隔膜泵13-3-3，所述的第一隔膜泵13-3-2抽取接液瓶13-3-5中的清洗液，所述的第二隔膜泵13-3-3抽取清洗杯13-3-1中的废液至废液瓶13-3-6中。所述的液位感应器13-3-4设于接液瓶13-3-5一侧，用于监测接液瓶中的清洗液余量，所述的第一隔膜泵13-3-2和第二隔膜泵13-3-3均与中控装置15相连。当注射针13-4-3移入清洗杯13-3-1的同时，第一隔膜泵13-3-2工作，使得清洗液冲洗注射针13-4-3。同时，第二隔膜泵13-3-3工作，抽取清洗杯13-3-1中的废液进入废液瓶13-3-6中。当接液瓶13-3-5中的清洗液不足时，液位感应器13-3-4能够监测清洗液剩余的清洗液量并上传至中控装置5发出报警操作。所述的清洗杯13-3-1表面镀银离子层。
所述的三通管13-1-12为Y型三通管，所述的三通管与采样针13-1-2、机械注射装置13-4的注射针13-4-3连接的管路上设有夹管阀13-1-13；夹管阀有两个，分别为常开夹管阀和常关夹管阀。当注射器上拉时，常开夹管阀开，常闭夹管阀关，完成样品液的抽取；当注射器下压时，常开夹管阀关，常闭夹管阀开，完成样品液注入到样品存储装置。所述的三通管13-1-12通过夹管阀13-1-13固定，夹管阀13-1-13固定在管卡上。
所述的样品存储装置13-2中还包括霍尔传感器13-2-7，所述的霍尔传感器13-2-7设于样品盒13-2-4的底部，固定在样品盒支架13-2-5中部偏下的位置，并且样品盒13-2-4的底部固定有小块磁铁，当样品采集装置13-1上电复位时，中控装置15通过霍尔传感器13-2-7判断磁铁的位置，完成样品盒13-2-4起始位置的复位。
所述的在线样品采集装置13-1还包括紫外杀菌装置13-5，所述的紫外杀菌装置设于注射针13-4-3的一侧。
所述的生物培养装置还包括PH检测装置14，所述的PH检测装置14设于主培养袋6和血液透析器12之间的管道；
所述的PH检测装置14包括LED灯14-1、LED灯盖板14-2、颜色传感器14-3、颜色传感器盖板14-4、支撑架14-5，所述的LED灯14-1安装在LED灯盖板14-2上，所述的颜色传感器14-3安装在颜色传感器盖板14-4上，所述的LED灯盖板14-2和颜色传感器盖板14-4相对设置并安装在支撑架14-5上，所述的颜色传感器14-3由三个光电传感器组成，三个光电传感器上分别设有红色滤光片14-3-1、绿色滤光片14-3-2和蓝色滤光片14-3-3。
所述的LED灯14-1和颜色传感器14-3位于同一水平线上；所述的支撑架14-5上设有轨道，所述的LED灯盖板14-2和颜色传感器盖板14-4通过滑块安装在支撑架14-5的轨道上；所述的支撑架14-5上的轨道设有卡槽。
还包括贮存培养袋10和废液培养袋11，所述的贮存培养袋10通过注射泵即进液注射泵1-4与主培养袋6相连，所述的废液培养袋11通过注射泵即抽液注射泵1-2与次培养袋7相连。所述的生物培养装置还包括中控装置15；所述的中控装置15是生物培养装置的控制模块，中控装置15用于控制生物培养的整套流程，包括环境建立、运行、停止控制，液路建立、运行、停止控制，摇摆称重装置的控制，收集培养基数据，样品采集存储装置13开始采样、停止采样、贮存等操作。
环境建立包括双温控制系统、CO2浓度控制系统和紫外灯消毒灭菌装置16，所述的双温控制系统为装置提供两套恒温系统，利用制冷和制热设备，将样品采集存储区域的温度控制在0-4摄氏度，其他装置所在区域的温度控制在25-37摄氏度。紫外灯消毒灭菌装置即紫外杀菌装置13-5为整套装置提供杀毒灭菌功能。
所述的生物培养装置还包括液路压力检测装置，所述的液路压力检测装置用来监控液路循环中液体的压力，保证系统液路正常运行。
所述的主培养袋6和次培养袋7采用封闭式培养，主培养袋6和次培养袋7的材质为透气材料，所述的透气材料为EVA材料或者PE材料。
所述的血液透析器12在运行中呈现竖直或者倾斜状态。
所述的一种基于血液透析器的生物培养装置可设置于培养箱箱体中。

Claims (14)

1.一种基于血液透析器的生物培养装置，其特征在于，包括血液透析器、循环泵、摇摆称重装置、样品采集存储装置、给药装置、培养袋，所述的培养袋包括主培养袋和次培养袋，所述的主培养袋和血液透析器主体的内部两端相连形成主循环回路，所述的次培养袋和血液透析器主体的外部两端相连形成次循环回路，所述的循环泵包括主循环泵和次循环泵，所述的主循环泵设于主培养袋和血液透析器之间的管道上，所述的次循环泵设于次培养袋和血液透析器之间的管道上，所述的摇摆称重装置包括主摇摆称重装置和次摇摆称重装置，所述的主摇摆称重装置设于主培养袋的下方，所述的次摇摆称重装置设于次培养袋的下方，所述的样品采集存储装置、给药装置均与主培养袋和血液透析器之间的管道相连。
2.根据权利要求1所述的一种基于血液透析器的生物培养装置，其特征在于，所述的给药装置包括药物袋和注射泵，所述的药物袋通过注射泵与主培养袋和血液透析器之间的管道相连。
3.根据权利要求1所述的一种基于血液透析器的生物培养装置，其特征在于，所述的循环泵是蠕动泵。
4.根据权利要求1所述的一种基于血液透析器的生物培养装置，其特征在于，所述的摇摆称重装置包括摇摆机支架、电机、摇摆平衡盘、托盘、称重传感器，所述的电机设于摇摆机支架上，所述的摇摆平衡盘包括滚轴和平衡盘，所述的滚轴与平衡盘相连接；所述的电机通过电机连接轴与滚轴相连接；所述的平衡盘与托盘之间设有传感器支架，所述的传感器支架内设有称重传感器，所述的称重传感器与托盘相连接。
5.根据权利要求4所述的一种基于血液透析器的生物培养装置，其特征在于，
所述的摇摆机支架上还设有固定柱，所述的固定柱与滚轴相连接；所述的传感器支架与平衡盘可拆卸连接；
所述的平衡盘设有三个平衡点；
所述的滚轴为三个，其中一个与电机连接轴相连；
所述的三个滚轴呈等腰三角形放置，高度相同，并跟摇摆机支架平行；
所述的托盘为倾斜放置，所述的倾斜角度范围为5°-30°；
所述的托盘上还设有培养袋，所述的培养袋的进出口管设于倾斜放置的培养袋的底部。
6.根据权利要求1所述的一种基于血液透析器的生物培养装置，其特征在于，
所述的样品采集存储装置包括样品采集装置，样品储存装置，清洗装置，二维机械注射装置和中控装置；样品采集装置与二维机械注射装置相连，并将管路中抽取的样品液注入至二维机械注射装置中；清洗装置对二维机械注射装置中的注射针进行消毒清洗；二维机械注射装置将样品液注入样品储存装置中；所述的中控装置与采集装置，样品储存装置，清洗装置，二维机械注射装置相连。
7.根据权利要求6所述的一种基于血液透析器的生物培养装置，其特征在于，
所述的二维机械注射装置包括二维机械臂、针夹和注射针；所述的二维机械臂通过针夹与注射针相连，所述的二维机械臂控制注射针在二维空间内的运动，所述的二维机械臂与中控装置相连；
所述样品采集装置包括注射器、采样针、固定板、推拉滑块、V型块、压杆组合件、直线导轨、丝杆电机、丝杆螺母连接板、光耦挡片、光耦、三通管；
所述的注射器的活塞手柄通过推拉滑块固定在直线导轨上，直线导轨固定在固定板的上部；
所述的光耦挡片安装在丝杆螺母连接板上，光耦安装在固定板的中部；
所述的注射器的桶体通过压杆组合件、V型块固定在固定板的下部；
所述的丝杆电机通过丝杆螺母连接板与推拉滑块连接；
所述的注射器通过三通管与采样针、二维机械注射装置的注射针连接；
所述的丝杆电机与中控装置连接；
所述样品存储装置包括减速电机、轴承座、转动盘、样品盒、隔瓶挡板、样品盒支架；
所述的样品盒设于转动盘上；
所述的减速电机与样品盒支架连接；
所述的轴承座固定在样品盒支架上；
所述的转动盘与减速电机的丝杆连接；
所述的减速电机与中控装置相连接；
所述的隔瓶挡板固定在样品盒支架上，位于样品盒中心的正上方；
所述清洗装置包括清洗杯、隔膜泵、液位感应器、接液瓶、废液瓶；
所述的隔膜泵包括第一隔膜泵和第二隔膜泵，所述的第一隔膜泵抽取接液瓶中的清洗液，所述的第二隔膜泵抽取清洗杯中的废液至废液瓶中；
所述的第一隔膜泵和第二隔膜泵均与中控装置相连；
所述的液位感应器设于接液瓶一侧，用于监测接液瓶中的清洗液余量。
8.根据权利要求7所述的一种基于血液透析器的生物培养装置，其特征在于，
所述的三通管为Y型三通管，所述的三通管与采样针、二维机械注射装置的注射针连接的管路上设有夹管阀；所述的三通管通过夹管阀固定，夹管阀固定在管卡上；所述的样品盒上设有样品管孔，用于放置样品管；
所述的样品存储装置中还包括霍尔传感器， 所述的霍尔传感器设于样品盒的底部，固定在样品盒支架中部偏下的位置，并且样品盒的底部固定有小块磁铁；
所述的清洗杯表面镀银离子层。
9.根据权利要求1所述的一种基于血液透析器的生物培养装置，其特征在于，所述的生物培养装置还包括pH检测装置，所述的pH检测装置设于主培养袋和血液透析器之间的管道上和/或次培养袋和血液透析器之间的管道上；
所述的pH检测装置包括LED灯、LED灯盖板、颜色传感器、颜色传感器盖板、支撑架，所述的LED灯安装在LED灯盖板上， 所述的颜色传感器安装在颜色传感器盖板上，所述的LED灯盖板和颜色传感器盖板相对设置并安装在支撑架上，所述的颜色传感器由三个光电传感器组成，三个光电传感器上分别设有红色滤光片、绿色滤光片和蓝色滤光片。
10.根据权利要求9所述的一种基于血液透析器的生物培养装置，其特征在于，
所述的LED灯和颜色传感器位于同一水平线上；所述的支撑架上设有轨道，所述的LED灯盖板和颜色传感器盖板通过滑块安装在支撑架的轨道上；所述的支撑架上的轨道设有卡槽。
11.根据权利要求1所述的一种基于血液透析器的生物培养装置，其特征在于，还包括贮存培养袋和废液培养袋，所述的贮存培养袋通过注射泵与主培养袋相连，所述的废液培养袋通过注射泵与次培养袋相连。
12.根据权利要求1-11中任一项所述的一种基于血液透析器的生物培养装置，其特征在于，所述的生物培养装置还包括中控装置；所述的中控装置是生物培养装置的控制模块。
13.根据权利要求1-11中任一项所述的一种基于血液透析器的生物培养装置，其特征在于，所述的主培养袋和次培养袋采用封闭式培养，主培养袋和次培养袋的材质为透气材料。
14.根据权利要求1-11中任一项所述的一种基于血液透析器的生物培养装置，其特征在于，所述的血液透析器在运行中呈现竖直或者倾斜状态。
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Effective date of registration: 20200825

Granted publication date: 20181106

Pledgee: Jiangsu Zijin rural commercial bank Limited by Share Ltd. branch of science and technology

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