CN107012094B - 一种模组单元化细胞扩增系统 - Google Patents

Abstract

本发明的实施例提供一种模组单元化细胞扩增系统，涉及细胞培养技术领域，便于安装和拆卸，提高细胞扩增系统的组装效率。一种模组单元化细胞扩增系统，包括：冷藏模组，所述冷藏模组包括用于储藏营养液的冷藏箱；环境控制模组，所述环境控制模组包括细胞培养箱；营养液供给控制模组，所述营养液供给控制模组包括营养液输送泵、控制阀门、以及用于检测营养液和细胞的指标参数的检测装置；封闭型耗材，所述封闭型耗材将所述冷藏模组、所述环境控制模组和所述营养液供给控制模组连通，以组成细胞扩增系统。本发明用于细胞培养。

Description

一种模组单元化细胞扩增系统

技术领域

本发明涉及细胞培养技术领域，尤其涉及一种模组单元化细胞扩增系统。

背景技术

细胞培养泛指所有体外培养，其含义是指从动物活体体内取出组织，通过机械的方法或酶消化的方法将组织分离成单细胞，让其在模拟体内生理环境等特定的体内条件下进行孵育培养，使之生存并生长。

由于细胞培养对环境温度要求比较高，现有的细胞培养方式一般为：将细胞接种于反应器内，并给反应器内供给营养液，然后将反应器放置在温控箱内，通过温控箱来控制细胞培养的环境温度，进而使细胞正常生长。

但是，现有技术的温控箱在关闭时与外界密封，从外部只能得到温控箱内环境温度的情况，而无法得知细胞生长情况、以及营养液的指标参数，无法系统地控制细胞生长状态，而且，在细胞培养过程中需要其他部件时(例如，源源不断的营养液供给、生长因子的添加等)，温控箱内并没有对应各个部件设置固定部，各个部件不易区分，使细胞培养系统的组装比较困难。

发明内容

本发明的实施例提供一种模组单元化细胞扩增系统，便于安装和拆卸，提高细胞扩增系统的组装效率。

为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：

一种模组单元化细胞扩增系统，包括：冷藏模组，所述冷藏模组包括用于储藏营养液的冷藏箱；环境控制模组，所述环境控制模组包括细胞培养箱；营养液供给控制模组，所述营养液供给控制模组包括营养液输送泵、控制阀门、以及用于检测营养液和细胞的指标参数的检测装置；封闭型耗材，所述封闭型耗材将所述冷藏模组、所述环境控制模组和所述营养液供给控制模组连通，以组成细胞扩增系统。

进一步地，还包括人机交互模组，所述人机交互模组用于用户对所述细胞扩增系统进行编程，控制。

进一步地，所述冷藏箱内设有营养液储存袋、废液收集袋和生长因子储存袋。

进一步地，所述冷藏箱内设有可单独取出的悬挂框架，所述营养液储存袋、所述废液收集袋和所述生长因子储存袋悬挂于所述悬挂框架上。

进一步地，所述封闭型耗材包括细胞反应器、收集袋和连接管，所述细胞培养箱内设有用于安装所述细胞反应器的细胞反应器安装部、以及用于安装所述检测装置的检测装置安装部，所述连接管将所述细胞反应器、所述营养液输送泵和所述控制阀门连通。

进一步地，所述冷藏箱的一侧壁与所述细胞培养箱的一侧壁抵靠，且所述冷藏箱与所述细胞培养箱相抵靠的侧壁开设有多个通槽，所述通槽可使所述连接管穿过，以将所述营养液储存袋与所述细胞反应器连通。

进一步地，所述封闭型耗材还包括营养液缓冲瓶和气体溶解器，所述营养液缓冲瓶和气体溶解器通过所述连接管依次连接在所述营养液储存袋和所述细胞反应器之间，所述细胞培养箱内设有用于放置所述营养液缓存瓶的放置台，以及用于安装所述气体溶解器的气体溶解器安装部。

进一步地，所述细胞反应器内通过滤膜分割为营养液腔和细胞生长腔，所述滤膜为中空纤维管，所述营养液腔为所述中空纤维管的内部空间，所述细胞生长腔为所述中空纤维管的外部空间。

进一步地，所述封闭型耗材包括压力扩展器，所述压力扩展器通过所述连接管与细胞生长腔连通，所述细胞培养箱内设有用于安装所述压力扩展器的压力扩展器安装部。

进一步地，所述检测装置包括酸碱度传感器、溶氧量传感器、压力传感器、温度传感器。

本发明实施例提供的模组单元化细胞扩增系统，包括冷藏模组、环境控制模组、营养液供给控制模组、以及封闭型耗材，其中，冷藏模组包括冷藏箱，可以用来储存营养液，环境控制模组包括细胞培养箱，可以控制细胞培养的环境，营养液供给控制模组包括营养液输送泵、控制阀门和检测装置，用于给细胞培养供给营养液以及控制营养液的指标参数，封闭型耗材将所述冷藏模组、所述环境控制模组和所述营养液供给控制模组连通，以组成细胞扩增系统。这样，在进行细胞培养时，先将冷藏模组、环境控制模组和营养液供给模组分别组装，再通过封闭型耗材将各个模组连接，即可完成细胞扩增系统的组装，相比现有技术，各个模组可以方便的区分，便于安装或更替，且提高了细胞扩增系统的组装效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例。对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例的模组单元化细胞扩增系统的结构示意图；

图2为本发明实施例的模组单元化细胞扩增系统的封闭型耗材将各个模组单元连接的结构示意图；

图3为本发明实施例的模组单元化细胞扩增系统的细胞反应器的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明的实施例提供一种模组单元化细胞扩增系统，如图1和图2所示，包括：冷藏模组1，冷藏模组1包括用于储藏营养液的冷藏箱11；环境控制模组2，环境控制模组2包括细胞培养箱21；营养液供给控制模组3，营养液供给控制模组3包括营养液输送泵31、控制阀门32、以及用于检测营养液和细胞的指标参数的检测装置33；封闭型耗材4，封闭型耗材4将冷藏模组1、环境控制模组2和营养液供给控制模组3连通，以组成细胞扩增系统。

本发明实施例提供的模组单元化细胞扩增系统，包括冷藏模组1、环境控制模组2、营养液供给控制模组3、以及封闭型耗材4，其中，冷藏模组1包括冷藏箱11，可以用来储存营养液，环境控制模组2包括细胞培养箱21，可以控制细胞培养的环境，营养液供给控制模组3包括营养液输送泵31、控制阀门32和检测装置33，用于给细胞培养供给营养液以及控制营养液的指标参数，封闭型耗材4将冷藏模组1、环境控制模组2和营养液供给控制模组3连通，以组成细胞扩增系统。这样，在进行细胞培养时，先将冷藏模组1、环境控制模组2和营养液供给模组3分别组装，再通过封闭型耗材4将各个模组连接，即可完成细胞扩增系统的组装，相比现有技术，各个模组可以方便的区分，便于安装或更替，且提高了细胞扩增系统的组装效率。

需要说明的是，在细胞培养中，封闭型耗材4是一个一次性使用的无菌封闭系统，在进行一次培养后，可根据需要拆除更换。

在细胞培养过程中，根据细胞培养的多种需求，营养液的指标参数以及细胞的生长环境需要通过检测装置33实时检测，在得到检测结果后需要作出相应的控制调整，以使细胞在实验或生产所需的环境下生长。一般的，可以通过人工对营养液输送泵31、控制阀门31、以及其他相关部件进行调整。但是，人工调整易出现误差，且对于复杂的系统调整效率较低。因此，为了快速且精确控制，如图1所示，还包括人机交互模组5，人机交互模组5用于用户对细胞扩增系统进行编程，控制。人机交互模组5即HMI(Human Machine Interface，人机界面)，是系统和用户之间进行交互和信息交换的媒介，可以实现信息的内部形式与用户可以接受形式之间的转换，进而快速精确控制营养液的指标参数以及细胞的生长环境。

需要说明的是，人机交互模组5也是整个细胞扩增系统的控制中心。用户可在培养细胞前对培养环境要求进行编辑，并存储在人机交互模组5的内存中。在开始细胞培养时，启动程序，整个细胞扩增系统会按照人机交互模组5编辑的步骤和要求，自动调整培养环境，控制时间，完成细胞的培养与扩增，进而大大减少人工操作的工作量，且系统稳定，不易产生操作误差。

冷藏模组1包括冷藏箱11，用来储存营养液，在培养细胞的过程中，细胞生长需要新鲜的营养液，同时，一些细胞还需要增加生长因子，以促进细胞生长。细胞生长过程中会产生新陈代谢废液。新鲜的营养液、废液和生长因子都需要低温保存，因此，参照图1，冷藏箱11内设有营养液储存袋12、废液收集袋13和生长因子储存袋14。将营养液储存袋12、废液收集袋13和生长因子储存袋14均设置在冷藏箱11内，可同时保存新鲜的营养液、废液和生长因子。

营养液储存袋12、废液收集袋13和生长因子储存袋14，需要不定时更换。一般的，用户需要将手伸入冷藏箱11内将需要更换的袋子取出。由于冷藏箱11内温度较低，用裸手直接去更换冷藏箱内的袋子，用户的手容易被冻伤。并且受冷藏箱11内的视线和空间限制，操作极为不便。因此，为了方便更换袋子，冷藏箱11内设有可单独取出的悬挂框架。这样，营养液储存袋12、废液收集袋13和生长因子储存袋14可以悬挂于悬挂框架上，在需要更换时，将悬挂框架从冷藏箱11内取出，然后更换营养液储存袋12、废液收集袋13和生长因子储存袋14，最后将悬挂框架放入冷藏箱11内，完成更换。用户在操作的时候可以不用将手伸入冷藏箱11内，比较方便。

需要说明的是，一般的，冷藏箱11内的温度为4-10摄氏度，空间尺寸的长宽高分别为790毫米、300毫米和620毫米。

参照图2，封闭型耗材4包括细胞反应器41、收集袋42和连接管43，细胞培养箱21内设有用于安装细胞反应器41的细胞反应器安装部22、以及用于安装检测装置33的检测装置安装部23(图中未示出，具体位置见检测装置33的位置)，连接管43将细胞反应器41、营养液输送泵31和控制阀门32连通。其中，细胞反应器41安装在细胞反应器安装部22上，用于细胞的培养，收集袋42用于放置接种细胞或收集扩增后的细胞，通过连接管43将细胞反应器41、营养液输送泵31和控制阀门32连通，可以组成细胞扩展系统。细胞反应器41、收集袋42和连接管43为一次性耗材，可以方便的更换。

需要说明的是，收集袋42在细胞培养前与细胞反应器41连通，将细胞接种于细胞反应器41内，在细胞生长完毕后将细胞反应器41内的细胞收集，其在细胞生长阶段可用于添加生长因子，为了方便操作，收集袋42可不固定在细胞培养箱内。因此，参照图1，细胞培养箱21内并未设置固定收集袋42的固定部，以方便操作收集袋42。

营养液在冷藏箱11内储存，细胞反应器41在细胞培养箱21内设置。为了将营养液供给至细胞反应器41，如图1所示，冷藏箱11的一侧壁与细胞培养箱21的一侧壁抵靠，且冷藏箱11与细胞培养箱21相抵靠的侧壁开设有多个通槽6，通槽6可使连接管43穿过，以将营养液储存袋13与细胞反应器41连通。

一般的，营养液常在低温状态下保存，而细胞培养需要的温度较高。例如，新鲜的营养液温度一般是在4摄氏度，而细胞培养器温度一般是37摄氏度，这样，就需要使营养液有一个缓冲的过程，以使其升温。因此，需要在营养液储存袋13和细胞反应器41之间增加营养液缓冲装置；另一方面，细胞生长不仅需要营养液的供给，还需要通入气体来对营养液进行调整，例如氧气气体和二氧化碳气体。氧气气体可以调整营养液内的溶氧量，二氧化碳气体可以调整营养液的酸碱度。一般的，可以采用直接将气体通入细胞反应器41内，但是，这样的营养液的调节过程比较缓慢，因此，为了节省营养液环境配比的时间，在营养液进入细胞反应器41之前，即营养液缓冲瓶44和细胞反应器41之间可以设置一个提前混合营养液和气体的装置。如图2所示，封闭型耗材4还包括营养液缓冲瓶44和气体溶解器45。营养液缓冲瓶44和气体溶解器45通过连接管43依次连接在营养液储存袋13和细胞反应器41之间。这样，营养液储存袋13内新鲜的低温营养液先进入营养液缓冲瓶44内，进行一段时间的缓冲，升温至细胞培养箱21内的环境温度，经过缓冲的营养液然后进入气体溶解器45内，气体溶解器45内通入需要的气体(二氧化碳气体和氧气气体)，以调整营养液的酸碱度和溶氧量。最后，再通入细胞反应器41内，供给细胞生长。在设置了营养液缓冲瓶44和气体溶解器45后，如图1所示，为方便安装和更换，细胞培养箱21内设有用于放置营养液缓存瓶44的放置台24，以及用于安装气体溶解器45的气体溶解器安装部25。

一般的，细胞反应器41内培养细胞的方式为，将营养液与细胞混合，但是，不同的细胞特性不同，可能悬浮在营养液内或漂浮在营养液的液面上，且细胞生长时易贴壁生长。这样，细胞接触营养液的面积较少，使营养液的利用率不高。因此，如图3所示，细胞反应器41内通过滤膜411分割为营养液腔412和细胞生长腔413，滤膜411为中空纤维管，营养液腔412为中空纤维管的内部空间，细胞生长腔413为中空纤维管的外部空间。将细胞反应器41内通过滤膜411分割为营养液腔412和细胞生长腔413，一方面细胞和大分子(如蛋白质)被滤膜411阻挡，限制在细胞生长腔413内，另一方面小分子(如营养液和细胞新陈代谢物)可以透过滤膜411自由出入营养液腔，这样，增大了营养液和细胞的接触面积，减小了营养液供给和清除新陈代谢物时对细胞的剪切力。

参照图3，当细胞生长腔413内的营养液和溶氧减少时，细胞生长腔内413的压力小于营养液腔412的压力，进而营养液腔412内的新鲜营养液透过滤膜411进入细胞生长腔413内；当细胞生长腔413内的细胞新陈代谢物堆积时，细胞生长腔413内的压力大于营养液腔412的压力，进而细胞生长腔413内的细胞新陈代谢物滤膜411进入营养液腔412内，并随着营养液通道被带走。因此，细胞生长腔413内和营养液腔412内的压力是决定细胞生长空间相对稳定的重要因素，参照图2，营养液输送泵31可以调整营养液腔412内的压力，为了可以调整细胞生长腔413内的压力，封闭型耗材4包括压力扩展器46，压力扩展器46通过连接管43与细胞生长腔413连通，细胞培养箱21内设有用于安装压力扩展器46的压力扩展器安装部26。

需要说明的是，中空纤维管可以是一个中空纤维管，也可以是多个中空纤维管。其中，多个中空纤维管的内外空间相比单个中空纤维管的内外空间，接触面的面积更大，进而营养液腔412内的营养液与细胞生长腔413内的细胞可以充分接触，营养的交换更加高效，因此，优选的设置为多个中空纤维管。同样的，气体溶解器13内部也可以设置为中空纤维管，以增大营养液与气体的接触面积，提高气体溶入营养液的速度。

细胞生长的环境要求有多种因素，为准确掌握营养液和细胞生长的指标参数，检测装置33包括酸碱度传感器、溶氧量传感器、压力传感器、温度传感器。

以上仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种模组单元化细胞扩增系统，其特征在于，包括：

冷藏模组，所述冷藏模组包括用于储藏营养液的冷藏箱；

环境控制模组，所述环境控制模组包括细胞培养箱；

营养液供给控制模组，所述营养液供给控制模组包括营养液输送泵、控制阀门、以及用于检测营养液和细胞的指标参数的检测装置；

封闭型耗材，所述封闭型耗材将所述冷藏模组、所述环境控制模组和所述营养液供给控制模组连通，以组成细胞扩增系统；

所述冷藏模组、所述环境控制模组、所述营养液供给控制模组以及所述封闭型耗材可根据需要更替置换；

所述冷藏箱内设有营养液储存袋、废液收集袋和生长因子储存袋；

所述冷藏箱内设有可单独取出的悬挂框架，所述营养液储存袋、所述废液收集袋和所述生长因子储存袋悬挂于所述悬挂框架上。

2.根据权利要求1所述的模组单元化细胞扩增系统，其特征在于，还包括人机交互模组，所述人机交互模组用于用户对所述细胞扩增系统进行编程，控制。

3.根据权利要求1或2所述的模组单元化细胞扩增系统，其特征在于，所述封闭型耗材包括细胞反应器、收集袋和连接管，所述细胞培养箱内设有用于安装所述细胞反应器的细胞反应器安装部、以及用于安装所述检测装置的检测装置安装部，所述连接管将所述细胞反应器、所述营养液输送泵和所述控制阀门连通。

4.根据权利要求3所述的模组单元化细胞扩增系统，其特征在于，所述冷藏箱的一侧壁与所述细胞培养箱的一侧壁抵靠，且所述冷藏箱与所述细胞培养箱相抵靠的侧壁开设有多个通槽，所述通槽可使所述连接管穿过，以将所述营养液储存袋与所述细胞反应器连通。

5.根据权利要求4所述的模组单元化细胞扩增系统，其特征在于，所述封闭型耗材还包括营养液缓冲瓶和气体溶解器，所述营养液缓冲瓶和气体溶解器通过所述连接管依次连接在所述营养液储存袋和所述细胞反应器之间，所述细胞培养箱内设有用于放置所述营养液缓存瓶的放置台，以及用于安装所述气体溶解器的气体溶解器安装部。

6.根据权利要求4所述的模组单元化细胞扩增系统，其特征在于，所述细胞反应器内通过滤膜分割为营养液腔和细胞生长腔，所述滤膜为中空纤维管，所述营养液腔为所述中空纤维管的内部空间，所述细胞生长腔为所述中空纤维管的外部空间。

7.根据权利要求6所述的模组单元化细胞扩增系统，其特征在于，所述封闭型耗材包括压力扩展器，所述压力扩展器通过所述连接管与细胞生长腔连通，所述细胞培养箱内设有用于安装所述压力扩展器的压力扩展器安装部。

8.根据权利要求1所述的模组单元化细胞扩增系统，其特征在于，所述检测装置包括酸碱度传感器、溶氧量传感器、压力传感器、温度传感器。