CN106318867A - 一种培养箱的摇摆称重装置及其控制方法 - Google Patents

一种培养箱的摇摆称重装置及其控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明一种培养箱的摇摆称重装置，包括摇摆称重装置，泵，管线，培养基容器，生物半透膜装置、信息采集装置、中控装置，一种培养箱的摇摆称重装置的控制方法，所述的摇摆称重装置的控制方法包括平衡控制方法和非平衡控制方法。本发明提供了一种能够实时检测，实时调控的切实可行的装置。该装置可以有效为细胞培养提供酸碱环境以及混匀营养环境，有利于细胞快速健康生长；该装置也可以为细菌药物研究提供环境，有利于细菌快速健康成长，药物快速混匀。同时提供了一种细胞、细菌培养器中循环回路中快速交换培养基达到平衡以及快速摇匀的方法。

Description

一种培养箱的摇摆称重装置及其控制方法
技术领域
本发明涉及细胞、细菌培养、药物研究领域，特别是涉及一种培养箱的摇摆称重装置及其控制方法。
背景技术
现有的技术中进行细胞培养或者细菌药物研究时，一般有两种方式：一种是在传统的细胞培养瓶中，不带有培养基混匀，动态平衡建立等过程；另一种方式，将整套培养研究装置放置在一个大摇床上，虽然可能可以实现摇摆混匀的功能，但是不能够利用第一循环、第二循环进行营养物质交换。
传统的细胞培养瓶，放置在CO2恒温培养箱内，瓶子表面不能透过CO2气体，需要通过瓶口透气，其表面接触效果有限，且效果不理想。传统细胞、细菌培养过程中，通过显微镜观察培养基中的细胞、细菌生长状况，决定是否更换培养基，但是此方法过程比较繁琐，人工取样的过程中可能会引入污染源，导致实验失败，同时，也无法实时监控调整培养基消耗的情况。除此之外，在更换培养基的过程中，需要手动粗略定量加入培养基体积，这样不仅消耗人力资源而且还容易引入细菌等污染物导致实验失败，并且，对于培养基体积的精确测量也不准确。
专利号：201020505722.X一种摇摆式细胞培养装置，主要由蓄电池、电机、转轴、托盘以及底座组成，电池与电机密封在仪器，并固定在底座上，电机与转轴相连，托盘固定在转轴上。该装置不包含主次循环两套摇摆装置以及两套循环回路，从而无法进行培养基内的物质交换，同时，不带有称重功能，无法实现在线重量读取，供中控做操作判断。
发明内容
针对上述问题：本发明的目的是提供了一种能够实时检测，实时调控的切实可行的装置。该装置可以有效为细胞培养提供酸碱环境以及混匀营养环境，有利于细胞快速健康生长；该装置也可以为细菌药物研究提供环境，有利于细菌快速健康成长，药物快速混匀。同时提供了一种细胞、细菌培养器中循环回路中快速交换培养基达到平衡以及快速摇匀的方法。
技术方案：一种培养箱的摇摆称重装置，包括摇摆称重装置，泵，管线，培养基容器，生物半透膜装置、信息采集装置、中控装置；所述的摇摆称重装置包括第一摇摆称重装置和第二摇摆称重装置，所述的第一摇摆称重装置和第二摇摆称重装置上均设有培养基容器，所述第一摇摆称重装置上的培养基容器通过管线与生物半透膜装置相连形成第一循环回路，所述第二摇摆称重装置上的培养基容器通过管线与生物半透膜装置相连形成第二循环回路,第一循环回路和第二循环回路构成双循环系统，所述的泵包括第一循环泵和第二循环泵且分别设于第一循环回路和第二循环回路的管线上；所述的摇摆称重装置和信息采集装置相连，所述的信息采集装置、泵、摇摆称重装置分别和中控装置相连。
一种培养箱的摇摆称重装置的控制方法，所述的摇摆称重装置的控制方法包括平衡控制方法和非平衡控制方法；
W1表示第一摇摆称重装置上培养基容器的重量，W2表示第二摇摆称重装置上培养基容器的重量，W3表示设定的非平衡时W1与W2之间差值， W4表示设定的平衡时W1与W2之间的差值；所述的非平衡控制方法为：当W1-W2>W3,中控装置控制第一循环泵速度加快，第二循环泵速度减慢，透析方向由第一循环回路流向第二循环回路直至当W2-W1>W3时，中控装置控制第一循环泵速度减慢，第二循环泵速度加快，透析方向由第二循环回路流向第一循环回路直至再次出现W1-W2>W3,重复上述步骤，做往复周期性运动。所述的平衡控制方法为：当W1-W2>W4,中控装置控制第一循环泵速度快，第二循环泵速度减慢，透析方向由第一循环回路流向第二循环回路；或者当W2-W1>W4，中控装置控制第一循环泵速度减慢，第二循环泵速度加快，透析方向由第二循环回路流向第一循环回路，由中控装置控制第一循环泵和第二循环泵速度相同，直至两个循环透析速度相同时，|W1-W2|<=W4，达到平衡状态；当W4数值无限小时，W1和W2接近相等。
进一步的技术方案，所述的第一循环泵和第二循环泵是蠕动泵。
进一步的技术方案，所述的生物半透膜装置是血液透析器。
进一步的技术方案，所述的培养基容器为培养袋，所述的培养袋,所述的材质材料为透气材料，优选EVA材料或者PE材料。
进一步的技术方案，所述的第二循环回路通过泵连接废液袋。
本发明的工作原理是：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，在经过生物半透膜装置时，会影响生物半透膜装置的内外渗透压，从而影响第一循环回路和第二循环回路的透析方向。利用这种原理，根据获取到的两个摇摆装置上的培养基容器的质量进行判断，由中控装置来控制泵转速，如果第一摇摆称重装置上的培养基容器质量大于第二摇摆称重装置上的培养基容器质量，则加快第一循环泵的速度，透析方向由第一循环回路流向到第二循环回路，反之，则加快第二循环泵的速度，透析方向由第二循环回路流向第一循环回路。通过称重比较，不停调整第一循环泵和第二循环泵的速度，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。
本发明的工作流程：
1、当机器初始运作的时候，W1>0，W2=0；或者W1=0，W2=0时，泵先从外部抽取新鲜培养基到第一摇摆称重装置上培养基容器，同时由于血液透析器的透析作用，再逐步流向第二摇摆称重装置上培养基容器中，即第一循环回路上的培养基通过循环进入血液透析器，然后进入第二循环回路，此时一直保持W1大于W2,采用平衡控制方法，W2重量不断增加，使得W1-W2不断接近W4，当等于W4时，双循环系统在平衡状态运行。当运作到在一定程度，需要替换培养基，泵开始工作先将第二摇摆称重装置上培养基容器中的培养基抽入废液袋，同时从外部补充新鲜培养基至第一摇摆称重装置上培养基容器，此过程中W2数值减少，W1-W2>W4,第一蠕动泵开始加速，第二循环泵速度减慢，透析方向由第一循环回路流向第二循环路；由中控装置控制第一循环泵和第二循环泵速度相同，直至两个循环透析速度相同时，|W1-W2|<=W4，达到平衡状态。当W4数值无限小时，第一循环和第二循环培养基容器重量接近相等。
2、当机器初始运作的时候，W1>0，W2>0。采用平衡控制方法：当W1-W2>W4, 中控装置控制第一循环泵速度快，第二循环泵速度减慢，透析方向由第一循环回路流向第二循环路；或者当W2-W1>W4，中控装置控制第一循环泵速度减慢，第二循环泵速度加快，透析方向由第二循环回路流向第一循环回路，由中控装置控制第一循环泵和第二循环泵速度相同，直至两个循环透析速度相同时，|W1-W2|<=W4，达到平衡状态。当W4数值无限小时，第一循环和第二循环培养基容器重量接近相等。
3、当机器运行过程中，需要快速混匀双循环回路上的培养基达到物料均匀的时候，W1>0，W2>0，采用非平衡控制方法为：当W1-W2>W3,中控装置控制第一循环泵速度加快，第二循环泵速度减慢，透析方向由第一循环回路流向第二循环回路直至当W2-W1>W3时，中控装置控制第一循环泵速度减慢，第二循环泵速度加快，透析方向由第二循环回路流向第一循环回路直至再次出现W1-W2>W3,重复上述步骤，做往复周期性运动。
有益效果：
1.本发明创造性的使用摇摆称重装置提高生物半透膜装置的透析效率，有利于
细胞、细菌健康快速生长以及药物的研究。
2. 本发明的摇摆称重装置具有摇摆混匀功能，并且在摇摆混匀的过程中可以进行称重，当中控装置获取称重数据后通过对泵的控制实现摇摆称重装置中的循环回路的调控。
3. 本发明中的装置通过不断摇晃能够有效防止细胞贴壁生长，避免回路阻塞或污染。
4. 本发明中的摇摆称重非平衡方法和平衡方法均是通过第一摇摆称重装置上培养基容器的重量和第二摇摆称重装置上培养基容器的重量的差值实现循环回路中培养基的平衡，最大程度上提高第一循环回路和第二循环回路间混匀效率，从而为循环回路中细胞的生长提供良好的环境。
5. 本发明通过摇摆混合，在摇摆的过程中有益于营养物质或废物混合均匀，提高培养效率，有益于快速健康生长，摇摆机在摇摆的过程中会将培养基内的营养物质进行充分混匀，不至于废物沉积，而导致培养效果不理想。
6．本发明中非平衡控制方法能够实现快速混匀培养基，在药物实验或者中途注射生长因子等情况都可以使用，并达到很好的技术效果。
7.本发明培养袋材质为EVA材料，其表面能够透过CO2气体分子，培养袋内的培养基能够在摇摆混匀的作用下，最大程度上与CO2气体接触混匀，从而更容易保持培养基内的酸碱平衡。
附图说明
图1是本发明的装置示意图；
附图标记：1、第一循环回路；2、第二循环回路；3、第一循环泵；4、第二循环泵； 5、第一摇摆称重装置上的培养基容器；6、第二摇摆称重装置上的培养基容器；7、第一摇摆称重装置；8、第二摇摆称重装置；9、废液袋；10、生物半透膜装置。
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
一种培养箱的摇摆称重装置，包括摇摆称重装置，泵，管线，培养基容器，生物半透膜装置、信息采集装置、中控装置；所述的摇摆称重装置包括第一摇摆称重装置7和第二摇摆称重装置8，所述的第一摇摆称重装置7和第二摇摆称重装置8上均设有培养基容器5/6，所述第一摇摆称重装置上的培养基容器5通过管线与生物半透膜装置10相连形成第一循环回路1，所述第二摇摆称重装置上的培养基容器6通过管线与生物半透膜装置10相连形成第二循环回路2,第一循环回路1和第二循环回路2构成双循环系统，所述的泵包括第一循环泵3和第二循环泵4且分别设于第一循环回路1和第二循环回路2的管线上；所述的摇摆称重装置和信息采集装置相连，所述的信息采集装置、泵、摇摆称重装置分别和中控装置相连。
一种培养箱的摇摆称重装置的控制方法，所述的摇摆称重装置的控制方法包括平衡控制方法和非平衡控制方法；
W1表示第一摇摆称重装置上培养基容器5的重量，W2表示第二摇摆称重装置上培养基容器6的重量，W3表示设定的非平衡时W1与W2之间差值， W4表示设定的平衡时W1与W2之间的差值；所述的非平衡控制方法为：当W1-W2>W3,中控装置控制第一循环泵3速度加快，第二循环泵4速度减慢，透析方向由第一循环回路1流向第二循环回路2直至当W2-W1>W3时，中控装置控制第一循环泵3速度减慢，第二循环泵4速度加快，透析方向由第二循环回路2流向第一循环回路1直至再次出现W1-W2>W3,重复上述步骤，做往复周期性运动。所述的平衡控制方法为：当W1-W2>W4,中控装置控制第一循环泵3速度快，第二循环泵4速度减慢，透析方向由第一循环回路1流向第二循环回路2；或者当W2-W1>W4，中控装置控制第一循环泵3速度减慢，第二循环泵4速度加快，透析方向由第二循环回路2流向第一循环回路1，由中控装置控制第一循环泵3和第二循环泵4速度相同，直至两个循环透析速度相同时，|W1-W2|<=W4，达到平衡状态；当W4数值无限小时，W1和W2接近相等。
所述的第一循环泵3和第二循环泵4是蠕动泵。
所述的生物半透膜装置10是血液透析器。
所述的培养基容器为培养袋，所述的培养袋材质为EVA材料。
所述的第二循环回路2通过泵连接废液袋9。

Claims (6)

1.一种培养箱的摇摆称重装置，其特征在于，包括摇摆称重装置，泵，管线，培养基容器，生物半透膜装置、信息采集装置、中控装置；所述的摇摆称重装置包括第一摇摆称重装置和第二摇摆称重装置，所述的第一摇摆称重装置和第二摇摆称重装置上均设有培养基容器，所述第一摇摆称重装置上的培养基容器通过管线与生物半透膜装置相连形成第一循环回路，所述第二摇摆称重装置上的培养基容器通过管线与生物半透膜装置相连形成第二循环回路,第一循环回路和第二循环回路构成双循环系统，所述的泵包括第一循环泵和第二循环泵且分别设于第一循环回路和第二循环回路的管线上；所述的摇摆称重装置和信息采集装置相连，所述的信息采集装置、泵、摇摆称重装置分别和中控装置相连。
2.根据权利要求1所述的一种培养箱的摇摆称重装置，其特征在于，所述的第一循环泵和第二循环泵是蠕动泵。
3.根据权利要求1所述的一种培养箱的摇摆称重装置，其特征在于，所述的生物半透膜装置是血液透析器。
4.根据权利要求1中所述的一种培养箱的摇摆称重装置，其特征在于，所述的培养基容器为培养袋，所述的细胞培养袋材质为透气材料。
5.根据权利要求4中所述的一种培养箱的摇摆称重装置，其特征在于，所述的透气材料为EVA材料或者PE材料。
6.一种培养箱的摇摆称重装置的控制方法，其特征在于，所述的摇摆称重装置的控制方法包括平衡控制方法和非平衡控制方法；
W1表示第一摇摆称重装置上培养基容器的重量，W2表示第二摇摆称重装置上培养基容器的重量，W3表示设定的非平衡时W1与W2之间差值， W4表示设定的平衡时W1与W2之间的差值； 所述的非平衡控制方法为：当W1-W2>W3,中控装置控制第一循环泵速度加快，第二循环泵速度减慢，透析方向由第一循环回路流向第二循环回路直至当W2-W1>W3时，中控装置控制第一循环泵速度减慢，第二循环泵速度加快，透析方向由第二循环回路流向第一循环回路直至再次出现W1-W2>W3,重复上述步骤，做往复周期性运动；
所述的平衡控制方法为：当W1-W2>W4, 中控装置控制第一循环泵速度快，第二循环泵速度减慢，透析方向由第一循环回路流向第二循环回路；或者当W2-W1>W4，中控装置控制第一循环泵速度减慢，第二循环泵速度加快，透析方向由第二循环回路流向第一循环回路，由中控装置控制第一循环泵和第二循环泵速度相同，直至两个循环透析速度相同时，|W1-W2|<=W4，达到平衡状态；当W4数值无限小时，W1和W2接近相等。
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