CN106244456B - 全自动智能培养箱及其控制方法 - Google Patents

全自动智能培养箱及其控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及细胞培养技术领域，尤其涉及一种全自动智能培养箱及其控制方法，它包括控制器、至少设有培养基储藏腔（1）以及细胞培养腔（2）的箱体（3）、设置在培养基储藏腔（1）内用于控制环境状态的第一调节装置、设置在细胞培养腔（2）内用于控制环境状态的第二调节装置、设置在培养基储藏腔（1）内用于固定培养基瓶的第一固定座、设置在细胞培养腔（2）内用于固定细胞培养瓶的第二固定座（4）、设置在箱体（1）内的枪头固定座、设置在箱体（1）内的废枪头回收装置以及设置在箱体（1）内用于自动取更换枪头进而自动更换细胞培养瓶内的培养基的移液装置（5）。这种培养箱换液方便、快捷、精确且对细胞生长没有影响。

Description

全自动智能培养箱及其控制方法
技术领域
本发明涉及细胞培养技术领域，尤其涉及一种全自动智能培养箱及其控制方法。
背景技术
在细胞生物学研究领域和生命科学研究领域中，细胞培养是最基本的环节。细胞培养是把细胞在人工环境下，利用营养物质等，将其繁育增值，并用于“各种目的”的培养过程。
现有技术细胞培养需要分两个环境，一个是处于低温的培养液存放环境，一个是处于适宜温度的细胞培养环境，现有技术两者都是分开设置的，当需要进行培养液更换时，需要操作人员手动从其中一个培养环境中取出存放培养液的培养液瓶，从另一个培养环境中取出细胞培养瓶，然后再工人通过工具进行培养液的更换，最后再分别将培养液瓶以及细胞培养瓶放回到各自的培养环境中，这样的操作方式具有以下缺点：
一、采用手动操作，难以精确控制培养液的用量；
二、手动操作需要将细胞培养瓶从培养环境中取出操作，可能会影响细胞的生长，对实验的准确性产生一定影响；
三、采用手动操作，所以培养液更换效率较低，并且容易出错；
四、采用手动操作，不能任意选定更换培养液的时间，需要有操作员时才可以进行更换。
发明内容
本发明所要解决的一种技术问题是：提供一种换液方便、快捷、精确且对细胞生长没有影响的全自动智能培养箱。
本发明所采用的一种技术方案是：一种全自动智能培养箱，它包括控制器、至少设有培养基储藏腔以及细胞培养腔的箱体、设置在培养基储藏腔内用于控制环境状态的第一调节装置、设置在细胞培养腔内用于控制环境状态的第二调节装置、设置在培养基储藏腔内用于固定培养基瓶的第一固定座、设置在细胞培养腔内用于固定细胞培养瓶的第二固定座、设置在箱体内的枪头固定座、设置在箱体内的废枪头回收装置以及设置在箱体内用于自动取更换枪头进而自动更换细胞培养瓶内的培养基的移液装置，所述培养基储藏腔与细胞培养腔之间通过隔热挡板分隔，且所述隔热挡板上设有供移液装置通过的控制门，所述第一调节装置、第二调节装置、移液装置以及控制门均与控制器电连接。
所述移液装置包括设置在培养基储藏腔和细胞培养腔内的轨道以及滑动连接在轨道上用于抓放枪头且控制枪头吸放培养基的机械手，且所述机械手与控制器电连接。
所述机械手上设有用于在轨道上滑动的滚轮机构、用于松紧枪头的枪头抓放机构以及用于控制枪头吸放液体的枪头控制机构，所述滚轮机构、枪头抓放机构以及枪头控制机构均与控制器电连接。
所述培养基瓶和细胞培养瓶均包括瓶体、瓶盖以及用于控制瓶盖开关的瓶盖控制机构，所述瓶盖控制机构与控制器通过无线通信连接。
所述第二固定座上设有用于将第二固定座竖起或者放平进而将固定在第二固定座上的细胞培养瓶竖起或者放平的弹性装置，所述弹性装置与控制器电连接。
所述细胞培养腔下方设有一个容置腔，所述容置腔内设有用于观察设置在第二固定座上的细胞培养瓶内的细胞生长情况的显微镜，细胞培养腔的底部为透明隔热材料制成，所述显微镜与控制器电连接。
所述细胞培养腔内设有一个方便更换枪头固定座上的枪头的抽屉，且所述枪头固定座设置在抽屉内，且所述抽屉与第二固定座之间设有隔离门，所述隔离门与控制器电连接。
所述第一调节装置包括第一温度调节装置、第一湿度调节装置、第一温度传感器以及第一湿度传感器，所述第二调节装置包括第二温度调节装置、第二湿度调节装置、二氧化碳浓度调节装置、第二温度传感器、第二湿度传感器以及二氧化碳浓度传感器，所述第一温度调节装置、第一湿度调节装置、第一温度传感器、第一湿度传感器、第二温度调节装置、第二湿度调节装置、二氧化碳浓度调节装置、第二温度传感器、第二湿度传感器以及二氧化碳浓度传感器均与控制器电连接。
采用以上结构与现有技术相比，本发明具有以下优点：通过控制器控制机械手完成换液操作，这样就不需要手动操作，能精确控制培养液的用量；而且不需要将细胞培养瓶从培养环境中取出再换液，所以细胞的生长不会受到太大影响，试验准确性较高；而且采用控制器控制进行换液，错误率较低；并且只要设定好并且放置足够的培养基即可实现全自动换液，不需要操作员实时在场。
采用轨道与机械手的组合来实现换液，这样结构比较简单，而且换液比较方便。
采用在机械手上设置通过控制器控制的移液枪结构，这样能方便的抓取枪头并且控制枪头工作，结构简单，控制方便。
将瓶盖与瓶体通过瓶盖控制机构控制，并且瓶盖控制机构与控制器通过无线通信连接，这样控制器就可以方便的控制瓶盖的开关。
设置一个弹性装置，这样能方便的控制细胞培养瓶在加液模式与培养模式之间方便切换。
设置一个容置显微镜的空腔，并且细胞培养腔底部为透明隔热材料制成，这样操作人能通过显微镜观察细胞培养瓶内的细胞培养情况。
将枪头固定座设置在一个抽屉内，这样更换枪头比较方便，而且在枪头固定座与细胞培养瓶之间设置一个隔离门，这样在更换枪头时可以关闭隔离门，使得细胞培养腔内的环境不会受到太大影响。
设置这种模块的第一调节装置与第二调节装置，能更好的保持与调节细胞培养腔以及培养基储藏腔的环境。
本发明所要解决的另一个技术问题是：提供一种换液方便、快捷、精确且对细胞生长没有影响的全自动智能培养箱的控制方法。
本发明所采用的另一个技术方案是：一种全自动智能培养箱的控制方法，它包括以下步骤：
(1)、控制器控制机械手转动朝向枪头固定座，然后控制机械手上的枪头抓放机构从枪头固定座中取下枪头并且固定；
(2)、控制器控制机械手转动朝向第二固定座，同时控制瓶盖控制机构将对应的细胞培养瓶的瓶盖打开，接着控制机械手将枪头伸入到细胞培养瓶中，之后控制机械手上的枪头控制机构吸取细胞培养瓶内的废液，且废液吸取完毕后控制瓶盖控制机构将瓶盖关闭；
(3)、控制器控制控制门打开，接着控制机械手上的滚轮机构带动机械手移动到培养基储藏腔内的废枪头回收装置上方并控制枪头抓放机构将吸取了废液的枪头放入废枪头回收装置内，然后再控制滚轮机构带动机械手移动到枪头固定座下方，接着控制机械手转动朝向枪头固定座，控制枪头抓放机构从枪头固定座上取下枪头并固定；
(4)、控制器控制滚轮机构带动机械手穿过控制门移动到第一固定座上方，同时控制瓶盖控制机构将对应的培养基瓶的瓶盖打开，接着控制机械手将枪头伸入到对应的培养基瓶内同时控制枪头控制机构吸取培养基瓶内的培养基，且培养基吸取完毕后控制对应的瓶盖控制机构将这个培养基瓶的瓶盖关闭；
(5)、控制器控制滚轮机构带动机械手穿过控制门移动到步骤2中已经吸取掉废液的细胞培养瓶的上方，同时控制对应的瓶盖控制机构将细胞培养瓶的瓶盖打开，接着控制机械手将吸取了培养基的枪头伸入到细胞培养瓶中，之后控制机械手上的枪头控制机构将培养基放入到细胞培养瓶内，且培养基放入完毕后控制对应的瓶盖控制机构将这个细胞培养瓶的瓶盖关闭；
(6)、控制器控制滚轮机构带动机械手穿过控制门移动到培养基储藏腔内的废枪头回收装置上方并控制枪头抓放机构将吸取过培养基的枪头放入废枪头回收装置内，然后控制滚轮机构带动机械手移动到枪头固定座下方，同时关闭控制门；
(7)、重复步骤1到步骤6直到细胞培养腔内的所有的细胞培养瓶都换液完毕。
步骤5中将吸取了培养基的机械手在已经吸取掉废液的细胞培养瓶上方停留2-5分钟。
采用以上方法与现有技术相比，本发明具有以下优点：通过控制器控制机械手完成换液操作，这样就不需要手动操作，能精确控制培养液的用量；而且不需要将细胞培养瓶从培养环境中取出再换液，所以细胞的生长不会受到太大影响，试验准确性较高；而且采用控制器控制进行换液，错误率较低；并且只要设定好并且放置足够的培养基即可实现全自动换液，不需要操作员实时在场。
并且加液前在细胞培养腔放置2-5分钟，这样可以使培养基的温度与细胞培养腔内的温度相近，这样加入培养基后不会因为温差过大而影响细胞的生长。
附图说明
图1为本发明全自动智能培养箱的结构示意图。
图2为本发明全自动智能培养箱中移液装置的结构示意图。
图3为本发明全自动智能培养箱中弹性装置的结构示意图。
图4为本发明全自动智能培养箱的连接框图。
如图所示：1、培养基储藏腔；2、细胞培养腔；3、箱体；4、第二固定座；5、移液装置；6、隔热挡板；7、控制门；8、轨道；9、机械手；10、弹性装置；11、容置腔；12、显微镜；13、抽屉。
具体实施方式
以下结合附图与具体实施方式对本发明做进一步描述，但是本发明不仅限于以下具体实施方式。
一种全自动智能培养箱，它包括控制器、至少设有培养基储藏腔1以及细胞培养腔2的箱体3、设置在培养基储藏腔1内用于控制环境状态的第一调节装置、设置在细胞培养腔2内用于控制环境状态的第二调节装置、设置在培养基储藏腔1内用于固定培养基瓶的第一固定座、设置在细胞培养腔2内用于固定细胞培养瓶的第二固定座4、设置在箱体3内的枪头固定座、设置在箱体3内的废枪头回收装置以及设置在箱体3内用于自动取更换枪头进而自动更换细胞培养瓶内的培养基的移液装置5，所述培养基储藏腔1与细胞培养腔2之间通过隔热挡板6分隔，且所述隔热挡板6上设有供移液装置通过的控制门7，所述第一调节装置、第二调节装置、移液装置5以及控制门7均与控制器电连接。
所述移液装置5包括设置在培养基储藏腔1和细胞培养腔2内的轨道8以及滑动连接在轨道上用于抓放枪头且控制枪头吸放培养基的机械手9，且所述机械手9与控制器电连接。轨道8可以铺设在培养基储藏腔1和细胞培养腔2的上方也可以铺设在下方，如果设置在下方，则需要避开第一固定座与第二固定座4，并且机械手9需要可以进行左右转向。如果设置在上方，则轨道的位置与第一固定座、第二固定座4、枪头固定座以及废枪头回收装置的位置相匹配。
所述机械手9上设有用于在轨道8上滑动的滚轮机构、用于松紧枪头的枪头抓放机构以及用于控制枪头吸放液体的枪头控制机构，所述滚轮机构、枪头抓放机构以及枪头控制机构均与控制器电连接。枪头抓放机构以及枪头控制机构可以采用现有技术移液枪上的结构，枪头抓放机构也可以是一个可以控制的机械抓，这样可以通过控制器控制抓放枪头，枪头控制机构可以是一个挤压机构，控制枪身挤压，进而实现吸放液功能。而且在机械手9上还可以设置一个用于抓放瓶盖的机构，这样打开的瓶盖可以通过这个机构来实现抓放。
所述培养基瓶和细胞培养瓶均包括瓶体、瓶盖以及用于控制瓶盖开关的瓶盖控制机构，所述瓶盖控制机构与控制器通过无线通信连接。瓶盖控制机构可以是一个吸附装置，这样控制器可以控制吸附装置来实现瓶盖与瓶体之间是否吸附固定。
所述第二固定座4上设有用于将第二固定座4竖起或者放平进而将固定在第二固定座4上的细胞培养瓶竖起或者放平的弹性装置10，所述弹性装置10与控制器电连接。弹性装置10是带动第二固定座4翻转的，进而带动固定在第二固定座4上的细胞培养瓶翻转，实现竖直放置或者横向放置。
所述细胞培养腔2下方设有一个容置腔11，所述容置腔11内设有用于观察设置在第二固定座4上的细胞培养瓶内的细胞生长情况的显微镜12，细胞培养腔2的底部为透明隔热材料制成，所述显微镜12与控制器电连接。
所述细胞培养腔2内设有一个方便更换枪头固定座上的枪头的抽屉13，且所述枪头固定座设置在抽屉13内，且所述抽屉13与第二固定座4之间设有隔离门，所述隔离门与控制器电连接。枪头是插在枪头固定座上的，当机械手上的枪头抓放机构伸过来时可以方便的抓取枪头，如果枪头需要更换是，就需要先将隔离门关上，然后操作员将抽屉13抽出，此时就相当于将枪头固定座也同时抽出了，进而就可以将新的枪头插入到枪头固定座上，然后再将抽屉13放回，然后将隔离门打开。
所述第一调节装置包括第一温度调节装置、第一湿度调节装置、第一温度传感器以及第一湿度传感器，所述第二调节装置包括第二温度调节装置、第二湿度调节装置、二氧化碳浓度调节装置、第二温度传感器、第二湿度传感器以及二氧化碳浓度传感器，所述第一温度调节装置、第一湿度调节装置、第一温度传感器、第一湿度传感器、第二温度调节装置、第二湿度调节装置、二氧化碳浓度调节装置、第二温度传感器、第二湿度传感器以及二氧化碳浓度传感器均与控制器电连接。第一调节装置其实类似与一个小冰箱，主要负责将培养基保存在0℃左右，防止培养基变质；第二调节装置是为了提供适宜细胞生长的环境，所以温度、湿度以及二氧化碳浓度均需要进行调节与监控。
一种全自动智能培养箱的控制方法，它包括以下步骤：
(1)、控制器控制机械手转动朝向枪头固定座，然后控制机械手上的枪头抓放机构从枪头固定座中取下枪头并且固定；
(2)、控制器控制机械手转动朝向第二固定座，同时控制瓶盖控制机构将对应的细胞培养瓶的瓶盖打开，接着控制机械手将枪头伸入到细胞培养瓶中，之后控制机械手上的枪头控制机构吸取细胞培养瓶内的废液，且废液吸取完毕后控制瓶盖控制机构将瓶盖关闭；
(3)、控制器控制控制门打开，接着控制机械手上的滚轮机构带动机械手移动到培养基储藏腔内的废枪头回收装置上方并控制枪头抓放机构将吸取了废液的枪头放入废枪头回收装置内，然后再控制滚轮机构带动机械手移动到枪头固定座下方，接着控制机械手转动朝向枪头固定座，控制枪头抓放机构从枪头固定座上取下枪头并固定；
(4)、控制器控制滚轮机构带动机械手穿过控制门移动到第一固定座上方，同时控制瓶盖控制机构将对应的培养基瓶的瓶盖打开，接着控制机械手将枪头伸入到对应的培养基瓶内同时控制枪头控制机构吸取培养基瓶内的培养基，且培养基吸取完毕后控制对应的瓶盖控制机构将这个培养基瓶的瓶盖关闭；
(5)、控制器控制滚轮机构带动机械手穿过控制门移动到步骤2中已经吸取掉废液的细胞培养瓶的上方，同时控制对应的瓶盖控制机构将细胞培养瓶的瓶盖打开，接着控制机械手将吸取了培养基的枪头伸入到细胞培养瓶中，之后控制机械手上的枪头控制机构将培养基放入到细胞培养瓶内，且培养基放入完毕后控制对应的瓶盖控制机构将这个细胞培养瓶的瓶盖关闭；
(6)、控制器控制滚轮机构带动机械手穿过控制门移动到培养基储藏腔内的废枪头回收装置上方并控制枪头抓放机构将吸取过培养基的枪头放入废枪头回收装置内，然后控制滚轮机构带动机械手移动到枪头固定座下方，同时关闭控制门；
(7)、重复步骤1到步骤6直到细胞培养腔内的所有的细胞培养瓶都换液完毕。
在加液取液时，根据结构不同可以增加或者取消抓放瓶盖步骤。并且在机械手穿过控制门后，虽然停留在培养基储藏腔内时间较短，也可以控制控制门关闭，尽量减少培养基储藏腔与细胞培养腔之间的连通。
步骤(5)中将吸取了培养基的机械手在已经吸取掉废液的细胞培养瓶上方停留2-5分钟。

Claims (7)

1.一种全自动智能培养箱，其特征在于：它包括控制器、至少设有培养基储藏腔(1)以及细胞培养腔(2)的箱体(3)、设置在培养基储藏腔(1)内用于控制环境状态的第一调节装置、设置在细胞培养腔(2)内用于控制环境状态的第二调节装置、设置在培养基储藏腔(1)内用于固定培养基瓶的第一固定座、设置在细胞培养腔(2)内用于固定细胞培养瓶的第二固定座(4)、设置在箱体(3)内的枪头固定座、设置在箱体(3)内的废枪头回收装置以及设置在箱体(3)内用于自动取更换枪头进而自动更换细胞培养瓶内的培养基的移液装置(5)，所述培养基储藏腔(1)与细胞培养腔(2)之间通过隔热挡板(6)分隔，且所述隔热挡板(6)上设有供移液装置通过的控制门(7)，所述第一调节装置、第二调节装置、移液装置(5)以及控制门(7)均与控制器电连接；
所述细胞培养腔(2)下方设有一个容置腔(11)，所述容置腔(11)内设有用于观察设置在第二固定座(4)上的细胞培养瓶内的细胞生长情况的显微镜(12)，细胞培养腔(2)的底部为透明隔热材料制成，所述显微镜(12)与控制器电连接；
所述第一调节装置包括第一温度调节装置、第一湿度调节装置、第一温度传感器以及第一湿度传感器，所述第二调节装置包括第二温度调节装置、第二湿度调节装置、二氧化碳浓度调节装置、第二温度传感器、第二湿度传感器以及二氧化碳浓度传感器，所述第一温度调节装置、第一湿度调节装置、第一温度传感器、第一湿度传感器、第二温度调节装置、第二湿度调节装置、二氧化碳浓度调节装置、第二温度传感器、第二湿度传感器以及二氧化碳浓度传感器均与控制器电连接；
所述第二固定座(4)上设有用于将第二固定座(4)竖起或者放平进而将固定在第二固定座(4)上的细胞培养瓶竖起或者放平的弹性装置(10)，所述弹性装置(10)与控制器电连接；
所述细胞培养腔(2)内设有一个方便更换枪头固定座上的枪头的抽屉(13)，且所述抽屉(13)设置在移液装置上方。
2.根据权利要求1所述的全自动智能培养箱，其特征在于：所述移液装置(5)包括设置在培养基储藏腔(1)和细胞培养腔(2)内的轨道(8)以及滑动连接在轨道上用于抓放枪头且控制枪头吸放培养基的机械手(9)，且所述机械手(9)与控制器电连接。
3.根据权利要求2所述的全自动智能培养箱，其特征在于：所述机械手(9)上设有用于在轨道(8)上滑动的滚轮机构、用于松紧枪头的枪头抓放机构以及用于控制枪头吸放液体的枪头控制机构，所述滚轮机构、枪头抓放机构以及枪头控制机构均与控制器电连接。
4.根据权利要求3所述的全自动智能培养箱，其特征在于：所述培养基瓶和细胞培养瓶均包括瓶体、瓶盖以及用于控制瓶盖开关的瓶盖控制机构，所述瓶盖控制机构与控制器通过无线通信连接。
5.根据权利要求1所述的全自动智能培养箱，其特征在于：所述细胞培养腔(2)内设有一个方便更换枪头固定座上的枪头的抽屉(13)，且所述枪头固定座设置在抽屉(13)内，且所述抽屉(13)与第二固定座(4)之间设有隔离门，所述隔离门与控制器电连接。
6.一种如权利要求1-5所述的全自动智能培养箱的控制方法，其特征在于，它包括以下步骤：
(1)、控制器控制机械手转动朝向枪头固定座，然后控制机械手上的枪头抓放机构从枪头固定座中取下枪头并且固定；
(2)、控制器控制机械手转动朝向第二固定座，同时控制瓶盖控制机构将对应的细胞培养瓶的瓶盖打开，接着控制机械手将枪头伸入到细胞培养瓶中，之后控制机械手上的枪头控制机构吸取细胞培养瓶内的废液，且废液吸取完毕后控制瓶盖控制机构将瓶盖关闭；
(3)、控制器控制控制门打开，接着控制机械手上的滚轮机构带动机械手移动到培养基储藏腔内的废枪头回收装置上方并控制枪头抓放机构将吸取了废液的枪头放入废枪头回收装置内，然后再控制滚轮机构带动机械手移动到枪头固定座下方，接着控制机械手转动朝向枪头固定座，控制枪头抓放机构从枪头固定座上取下枪头并固定；
(4)、控制器控制滚轮机构带动机械手穿过控制门移动到第一固定座上方，同时控制瓶盖控制机构将对应的培养基瓶的瓶盖打开，接着控制机械手将枪头伸入到对应的培养基瓶内同时控制枪头控制机构吸取培养基瓶内的培养基，且培养基吸取完毕后控制对应的瓶盖控制机构将这个培养基瓶的瓶盖关闭；
(5)、控制器控制滚轮机构带动机械手穿过控制门移动到步骤(2)中已经吸取掉废液的细胞培养瓶的上方，同时控制对应的瓶盖控制机构将细胞培养瓶的瓶盖打开，接着控制机械手将吸取了培养基的枪头伸入到细胞培养瓶中，之后控制机械手上的枪头控制机构将培养基放入到细胞培养瓶内，且培养基放入完毕后控制对应的瓶盖控制机构将这个细胞培养瓶的瓶盖关闭；
(6)、控制器控制滚轮机构带动机械手穿过控制门移动到培养基储藏腔内的废枪头回收装置上方并控制枪头抓放机构将吸取过培养基的枪头放入废枪头回收装置内，然后控制滚轮机构带动机械手移动到枪头固定座下方，同时关闭控制门；
(7)、重复步骤(1)到步骤(6)直到细胞培养腔内的所有的细胞培养瓶都换液完毕。
7.根据权利要求6所述的全自动智能培养箱的控制方法，其特征在于：步骤(5)中将吸取了培养基的机械手在已经吸取掉废液的细胞培养瓶上方停留2-5分钟。
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