CN107118964A - 一种自动化细胞三维培养微囊发生装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种自动化细胞三维培养微囊发生及方法，属于生物医药技术领域。所述自动化细胞三维培养微囊发生装置包括：第二壳体与第一壳体连接；触摸屏系统设置在第一壳体上；开关门与第二壳体的开口处活动连接；培养皿底座设置在开关门上；绝缘底板设置在第二壳体内；升降系统设置在第二壳体内；推杆系统设置在第一壳体内；注射系统一端与升降系统连接,另一端与第一壳体连接；高压电源设置在第二壳体内；中央控制器设置在第二壳体内。本发明自动化细胞三维培养微囊发生装置及方法可以产生微米级的细胞培养微囊，利于细胞良性生长，保证细胞培养的均一性及实验的准确性。
Description
技术领域
本发明涉及生物医药技术领域，特别涉及一种自动化细胞三维培养微囊发生装置及方法。
背景技术
目前市场上三维细胞培养仪器大都采用细胞粘附于悬浮微球表面进行培养或者在培养皿中进行悬浮培养，尽管效果比传统的二维细胞培养要好一些，但实际上贴壁细胞或内层细胞与外层细胞所处环境有很大差异，各细胞培养均一度无法保证；同时，培养细胞的微球尺度一般也比较大(毫米级)，内层细胞物质交换困难，容易产生不良反应和死亡。
发明内容
本发明提供一种自动化细胞三维培养微囊发生装置，解决了或部分解决了现有技术中三维细胞培养仪器培养的贴壁细胞或内层细胞与外层细胞所处环境有很大差异，各细胞培养均一度无法保证，培养细胞的微球尺度一般也比较大(毫米级)，内层细胞物质交换困难，容易产生不良反应和死亡的技术问题。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种自动化细胞三维培养微囊发生装置包括：第一壳体；第二壳体,与所述第一壳体连接；触摸屏系统,设置在所述第一壳体上；开关门,与所述第二壳体的开口处活动连接；培养皿底座,设置在所述开关门上，所述培养皿底座上设置有培养皿；绝缘底板，设置在所述第二壳体内，所述绝缘底板上包裹有负极板；升降系统,设置在所述第二壳体内；推杆系统,设置在所述第一壳体内；注射系统,一端与所述升降系统连接,另一端与所述第一壳体连接,所述推杆系统推动所述注射系统另一端,当所述开关门关闭时，所述第二壳体封闭，所述培养皿底座设置在所述负极板上方，所述注射系统的一端置于所述培养皿上方；高压电源,设置在所述第二壳体内,所述高压电源的正极与所述升降系统连接,所述高压电源的负极与所述负极板连接；中央控制器,设置在所述第二壳体内,所述中央控制器与所述触摸屏系统、升降系统及推杆系统连接；其中，所述中央控制器接受所述触摸屏系统发送控制信号，根据控制信号向所述升降系统及推杆系统发送动作信号。
进一步地，所述第一壳体上设置有USB接口，所述USB接口与所述中央控制器连接，所述第一壳体上设置所述注射系统处活动设置有注射器盖板，所述注射器盖板上设置有注射器观察窗；所述第二壳体上开设有散热孔，所述第二壳体内设置有隔墙,所述隔墙将所述第二壳体分隔为第一容置空间及第二容置空间，所述升降系统设置在所述第一容置空间内，所述高压电源及中央控制器设置在所述第二容置空间内；所述开关门上开设有培养皿观察窗及内凹拉手。
进一步地，所述触摸屏系统包括：触摸屏安装支架、转轴安装板、触摸屏及触摸屏防护壳；所述触摸屏安装支架一端设置有扳手凸台；所述转轴安装板一端通过阻尼转轴与所述触摸屏安装支架另一端连接，另一端与所述第一壳体连接；所述触摸屏设置在所述触摸屏安装支架内，所述触摸屏与所述中央控制器连接，向所述中央控制器发送控制信号；所述触摸屏防护壳与所述触摸屏安装支架连接；所述升降系统包括：升降安装支架、升降驱动电机、针头驱动支架、滑动卡片、绝缘连接板、针头卡、输液管卡夹、门扣母端及微动开关；升降安装支架，设置在所述第二壳体内，所述升降安装支架上开设有槽口，所述升降安装支架上设置有标尺；升降驱动电机，设置在所述升降安装支架上，所述升降驱动电机与所述中央控制器连接，接受所述中央控制器发送的动作信号；针头驱动支架，穿过所述槽口与所述升降驱动电机连接；滑动卡片，与所述针头驱动支架连接，所述滑动卡片与所述槽口位置保持一致；绝缘连接板，一端与所述针头驱动支架连接；针头卡，与所述绝缘连接板另一端连接，所述针头卡与所述高压电源的正极连接，所述针头卡与所述注射系统连接；输液管卡夹，设置在所述绝缘连接板上；门扣母端，设置在所述升降安装支架上，所述开关门上设置有门扣子端，当所述开关门关闭时，所述门扣母端与所述门扣子端活动连接；微动开关，设置在所述升降安装支架上，所述开关门上设置有微动开关凸台，当所述开关门关闭时，所述述微动开关与所述微动开关凸台接触，所述微动开关闭合。
进一步地，所述推杆系统包括：推射固定支架、推射驱动电机、注射器推杆、推杆帽及接近传感器；所述推射固定支架设置在第一壳体内；所述推射驱动电机设置在所述推射固定支架上，所述推射驱动电机与所述中央控制器连接，接受所述中央控制器发送的动作信号；所述注射器推杆与所述推射驱动电机连接；所述推杆帽设置在所述注射器推杆上，所述推杆帽推动所述注射系统的一端；所述接近传感器设置在所述推杆帽上，所述接近传感器与所述中央控制器连接，向所述中央控制器发送位置反馈信号；所述注射系统包括：注射器安装块、注射器、输液管及钢针；所述注射器安装块与所述第一壳体连接，所述注射器安装块的位置与所述注射器盖板的位置在同一直线上；所述注射器设置在所述注射器安装块上；所述输液管一端与所述注射器连通；所述钢针与所述输液管另一端连通，所述钢针设置在所述升降系统上。
进一步地，本发明自动化细胞三维培养微囊发生装置还包括：杀菌系统，设置在所述第一容置空间内；所述杀菌系统包括：紫外灯；所述紫外灯设置在所述第一容置空间内。
基于相同的发明构思，本发明还提供一种自动化细胞三维培养微囊发生方法包括以下步骤：关闭开关门将第二壳体封闭，培养皿底座设置在绝缘底板包裹的负极板上方，注射系统的一端置于培养皿上方；中央控制器接受设置在第一壳体上的触摸屏系统发送的控制信号，根据控制信号向升降系统及推杆系统发送动作信号；将所述注射系统一端通过所述升降系统与高压电源正极相连，所述负极板与高压电源负极相连，在注射系统的一端和培养皿之间形成一高压静电场；将注射系统中装入细胞和生物活性材料的混悬液，所述推杆系统推动所述注射系统的一端向培养皿中注射混悬液；所述混悬液中有大量物质以离子态存在，同时混悬液中物质在高压电场中进一步离子化，而混悬液中离子在电场中定向集聚，从而高压静电场对注射系统的钢针的针头处混悬液小液滴产生拉力作用，当小液滴在重力和电场力作用下克服小液滴表面张力和粘滞阻力时，滴落在培养皿中；在培养皿中装有特定凝胶盐浴溶液，小液滴与盐浴溶液交联形成一个个细胞培养微囊，所述细胞培养微囊尺寸可达微米级。
进一步地，当所述细胞培养微囊尺寸需要调整时，所述中央控制器接受所述触摸屏系统发送的第一调节信号，根据第一调节信号向所述推杆系统发送速度信号，调整注射系统注射速度，通过所述推杆系统调节所述注射系统的注射速度控制调整所述细胞培养微囊尺寸；当所述细胞培养微囊尺寸需要调整时，所述中央控制器接受所述触摸屏系统发送的第二调节信号，根据第二调节信号向所述升降系统发送升降信号，通过调整注射系统一端与负极板距离来控制高压静电场的电场强度，通过所述电场强度控制调整所述细胞培养微囊尺寸；当所述细胞培养微囊尺寸需要调整时，通过调整所述高压电源的输出电压控制高压静电场的电场强度，通过所述电场强度控制调整所述细胞培养微囊尺寸。
进一步地，所述触摸屏系统包括：触摸屏安装支架、转轴安装板、触摸屏及触摸屏防护壳；所述触摸屏安装支架一端设置有扳手凸台；所述转轴安装板一端通过阻尼转轴与所述触摸屏安装支架另一端连接，另一端与所述第一壳体连接；所述触摸屏设置在所述触摸屏安装支架内，所述触摸屏与所述中央控制器连接，向所述中央控制器发送控制信号；所述触摸屏防护壳与所述触摸屏安装支架连接；所述升降系统包括：升降安装支架、升降驱动电机、针头驱动支架、滑动卡片、绝缘连接板、针头卡、输液管卡夹、门扣母端及微动开关；升降安装支架，设置在所述第二壳体内，所述升降安装支架上开设有槽口，所述升降安装支架上设置有标尺；升降驱动电机，设置在所述升降安装支架上，所述升降驱动电机与所述中央控制器连接，接受所述中央控制器发送的动作信号；针头驱动支架，穿过所述槽口与所述升降驱动电机连接；滑动卡片，与所述针头驱动支架连接，所述滑动卡片与所述槽口位置保持一致；绝缘连接板，一端与所述针头驱动支架连接；针头卡，与所述绝缘连接板另一端连接，所述针头卡与所述高压电源的正极连接，所述针头卡与所述注射系统连接；输液管卡夹，设置在所述绝缘连接板上；门扣母端，设置在所述升降安装支架上，所述开关门上设置有门扣子端，当所述开关门关闭时，所述门扣母端与所述门扣子端活动连接；微动开关，设置在所述升降安装支架上，所述开关门上设置有微动开关凸台，当所述开关门关闭时，所述述微动开关与所述微动开关凸台接触，所述微动开关闭合。
进一步地，所述推杆系统包括：推射固定支架、推射驱动电机、注射器推杆、推杆帽及接近传感器；所述推射固定支架设置在第一壳体内；所述推射驱动电机设置在所述推射固定支架上，所述推射驱动电机与所述中央控制器连接，接受所述中央控制器发送的动作信号；所述注射器推杆与所述推射驱动电机连接；所述推杆帽设置在所述注射器推杆上，所述推杆帽推动所述注射系统的一端；所述接近传感器设置在所述推杆帽上，所述接近传感器与所述中央控制器连接，向所述中央控制器发送位置反馈信号；所述注射系统包括：注射器安装块、注射器、输液管及钢针；所述注射器安装块与所述第一壳体连接，所述注射器安装块的位置与所述注射器盖板的位置在同一直线上；所述注射器设置在所述注射器安装块上；所述输液管一端与所述注射器连通；所述钢针与所述输液管另一端连通，所述钢针设置在所述升降系统上。
进一步地，本发明自动化细胞三维培养微囊发生方法还包括：杀菌系统，设置在所述第一容置空间内；所述杀菌系统包括：紫外灯；所述紫外灯设置在所述第一容置空间内。
本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
由于将开关门关闭，开关门将第二壳体封闭，培养皿底座设置在绝缘底板包裹的负极板上方，注射系统的一端置于所述培养皿上方，中央控制器接受设置在第一壳体上的触摸屏系统发送的控制信号，根据控制信号向升降系统及推杆系统发送动作信号，通过自动化控制，排除了人为操作误差，各微囊尺寸可以保持很好的一致性从而保证细胞培养的均一性及实验的准确性，进而将注射系统一端通过升降系统与高压电源正极相连，负极板与高压电源负极相连，在注射系统的一端和培养皿之间形成一高压静电场，将注射系统中装入细胞和生物活性材料的混悬液，推杆系统推动注射系统的一端向培养皿中注射混悬液，混悬液中有大量物质以离子态存在，同时混悬液中物质在高压电场中进一步离子化，而混悬液中离子在电场中定向集聚，从而高压静电场对注射系统的钢针的针头处混悬液小液滴产生拉力作用，当小液滴在重力和电场力作用下克服小液滴表面张力和粘滞阻力时，滴落在培养皿中，在培养皿中装有特定凝胶盐浴溶液，小液滴与盐浴溶液交联形成一个个细胞培养微囊，细胞培养微囊尺寸可达微米级，内层细胞物质交换容易，利于细胞良性生长。
附图说明
图1为本发明实施例提供的自动化细胞三维培养微囊发生装置的结构示意图；
图2为图1的自动化细胞三维培养微囊发生装置的内部构造示意图；
图3为图1的自动化细胞三维培养微囊发生装置的第二壳体的结构示意图；
图4为图3的第二壳体的侧视图；
图5为图1的自动化细胞三维培养微囊发生装置的触摸屏系统的结构示意图；
图6为图1的自动化细胞三维培养微囊发生装置的升降系统的结构示意图；
图7为图1的自动化细胞三维培养微囊发生装置的推杆系统的结构示意图；
图8为图1的自动化细胞三维培养微囊发生装置的注射系统的结构示意图
图9为图1的自动化细胞三维培养微囊发生装置的培养系统的另一实施例的结构示意图。
具体实施方式
参见图1-4，本发明实施例提供的一种自动化细胞三维培养微囊发生装置包括：第一壳体2、第二壳体3、触摸屏系统1、开关门4、培养皿底座10、绝缘底板11、负极板12、升降系统13、推杆系统14、注射器系统15、中央控制器17及高压电源18。
所述第二壳体3与所述第一壳体2连接。
所述触摸屏系统1设置在所述第一壳体2上。
所述开关门4与所述第二壳体3的开口处活动连接。
所述培养皿底座10设置在所述开关门4上，所述培养皿底座10上设置有培养皿9。
所述绝缘底板11设置在所述第二壳体3内，所述绝缘底板11上包裹有负极板12。
所述升降系统13设置在所述第二壳体3内。
所述推杆系统14设置在所述第一壳体2内。
所述注射系统15一端与所述升降系统13连接,另一端与所述第一壳体2连接,所述推杆系统14推动所述注射系统另一端,当所述开关门4关闭时，所述第二壳体3封闭，所述培养皿底座10设置在所述负极板12上方，所述注射系统15的一端置于所述培养皿9上方。
所述高压电源18设置在所述第二壳体3内,所述高压电源18的正极与所述升降系统连接,所述高压电源18的负极与所述负极板连接。
所述中央控制器17设置在所述第二壳体3内,所述中央控制器17与所述触摸屏系统1、升降系统13及推杆系统14连接。
其中，所述中央控制器17接受所述触摸屏系统1发送控制信号，根据控制信号向所述升降系统13及推杆系统14发送动作信号。
本申请技术方案由于将开关门4关闭，开关门4将第二壳体3封闭，培养皿底座10设置在绝缘底板11包裹的负极板12上方，注射系统15的一端对准培养皿9，中央控制器17接受设置在第一壳体2上的触摸屏系统1发送的控制信号，根据控制信号向升降系统13及推杆系统14发送动作信号，通过自动化控制，排除了人为操作误差，各微囊尺寸可以保持很好的一致性从而保证细胞培养的均一性及实验的准确性，进而将注射系统15一端通过升降系统13与高压电源18正极相连，负极板12与高压电源18负极相连，在注射系统15的一端和培养皿9之间形成一高压静电场，将注射系统15中装入细胞和生物活性材料的混悬液，推杆系统14推动注射系统15的一端向培养皿9中注射混悬液，混悬液中有大量物质以离子态存在，同时混悬液中物质在高压电场中进一步离子化，而混悬液中离子在电场中定向集聚，从而高压静电场对注射系统13的钢针的针头处混悬液小液滴产生拉力作用，当小液滴在重力和电场力作用下克服小液滴表面张力和粘滞阻力时，滴落在培养皿9中，在培养皿9中装有特定凝胶盐浴溶液，小液滴与盐浴溶液交联形成一个个细胞培养微囊，细胞培养微囊尺寸可达微米级，内层细胞物质交换容易，利于细胞良性生长。
详细介绍第一壳体2及第二壳体3的结构。
所述第一壳体2上设置有USB接口19，所述USB接口19与所述中央控制器17连接，用于接受所述中央控制器17的数据或是向所述中央控制器17发送数据。所述第一壳体2上设置所述注射系统15处活动设置有注射器盖板6。所述注射器盖板6设置在所述第一壳体2的前端，正对注射器15-2的安装位置，所述注射器盖板6用于避免实验过程中实验人员对所述注射器15-2的误触动或其他外界因素的干扰。由于实验过程中需频繁更换所述注射器15-2，故注射器盖板6设计为可旋转状态，具体地，在本实施方式中，所述注射器盖板2-1通过转轴结构与所述第一壳体2活动连接，并可实现开启状态自动保持，以方便实验操作人员对所述注射器15-2的安装和更换。同时，所述注射器盖板6上设置有注射器观察窗7，正对所述注射器15-2，可以让实验操作人员在实验过程中实时观察所述注射器15-2中混合液的注射状态。所述第二壳体2前端亦安装有电源开关8用于控制装置电源的通断；其安装在第二壳体2的前端，方便实验人员操作。
所述第二壳体3上开设有散热孔3-2，所述第二壳体3上开设有散热孔7-4，以保证高压电源18、中央控制器17及其他电器的工作散热需求。所述第二壳体3内设置有隔墙3-1,所述隔墙将所述第二壳体3分隔为第一容置空间及第二容置空间，所述升降系统13设置在所述第一容置空间内，所述高压电源18及中央控制器17设置在所述第二容置空间内，所述隔墙3-1的作用一是增加第二壳体3的强度，其作用二是把下壳体3内部空间分成两部分，第一容置空间作为各种零部件装配空间，用于安装中央处理器17、高压电源18等零部件，第二容置空间和所述开关门4组成一个封闭区域，作为实验操作区域。
详细介绍触摸屏系统1的结构。
参见图5，所述触摸屏系统包括触摸屏安装支架1-1、转轴安装板1-4、触摸屏1-2及触摸屏防护壳1-3。
所述触摸屏安装支架1-1一端固定设置有扳手凸台1-1-1，并在所述第一壳体1设置所述扳手凸台1-1-1处开设有切口，保证实验人员可以单手通过所述扳手凸台1-1-1把所述触摸屏安装支架1-1拉起，所述扳手凸台9-1-1也可保证实验人员方便把所述触摸屏安装支架1-1由初始位置旋转到其他位置。
所述转轴安装板1-4一端通过阻尼转轴1-5与所述触摸屏安装支架1-1另一端活动连接，另一端通过螺栓与所述第一壳体1固定连接。所述阻尼转轴1-5可以实现所述触摸屏安装支架1-1任意位置旋转停止。
所述触摸屏1-2固定设置在所述触摸屏安装支架1-1内，所述触摸屏1-2与所述中央控制器17连接，向所述中央控制器17发送控制信号。其中，所述触摸屏安装支架1-1为触摸屏1-2装配基体，同时也是触摸屏1-2的支撑板和防护支架，以保证触摸屏1-2系统在旋转过程中无损坏。
所述触摸屏防护壳1-3与所述触摸屏安装支架1-1固定连接，所述触摸屏防护壳1-3对所述触摸屏1-2进行防护，同时亦保证的美观。
详细介绍开关门4的结构。
所述开关门4上设置有内凹拉手4-1，方便操作者打开或关闭开关门4，同时保证开关门4前端平面无凸起物，方便装置的包装和转运，亦可保证外观美观。
所述开关门4上设置有培养皿观察窗5，所述培养皿观察窗5安装在开关门4中间位置，对应实验工作区域中培养皿9，用于实验操作者在实验过程中实时查看细胞三维培养微囊发生状态。
详细介绍培养皿底座10及培养皿9的结构。
所述培养皿底座10与所述开关门4固定连接。所述培养皿底座10可以随开关门4打开而脱离实验区域，方便实验操作人员取放所述培养皿9。需要说明的是，为保证装置中实验工作区域杀菌效果，培养皿底座10设计为透明状态。
所述培养皿9设置在所述培养皿底座10上。具体地，在本实施方式中，所述培养皿底座10上开设有对应的卡槽，可以保证所述培养皿9放置稳定。所述培养皿9中承装有特定凝胶盐浴溶液，用于承接注射系统15滴落的生物活性材料和待培养细胞的混悬液滴，该混悬液滴与凝胶盐浴溶液交联反应形成一个个细胞三维培养微囊。根据实验的需要，所述培养皿9可选用不同的规格，故培养皿底座10上亦开设有多种规格培养皿卡槽，以满足各种实验需求。
参见图9，基于相同的发明构思，本发明还提供一种所述培养皿9与所述培养皿底座10的设置方式。所述培养皿9设置在所述培养皿底座10上，所述培养皿底座10可设计为抽拉结构，通过导轨集成在绝缘底板11上。
详细介绍负极板12及绝缘底板11的结构。
所述负极板12与所述高压电源12的负极连接，在实验进行时和升降系统13中的形成高压静电场。
所述绝缘底板11固定设置在所述第二壳体3内，所述绝缘底板11包裹所述负极板12，所述绝缘底板11置于实验工作区域中间位置。所述绝缘底板11上开设有所述负极板12安装切口，两者配合后，所述绝缘底板11包裹住所述负极板12，用于防范高压电路可能造成的危害。
当所述开关门6关闭时,所述所述培养皿9设置在所述负极板12的上方。
详细介绍升降系统13的结构。
参见图6，所述升降系统包括：升降安装支架13-2、升降驱动电机13-1、滑动卡片13-3、针头驱动支架13-4、绝缘连接板13-5、针头卡13-7、输液管卡夹13-6、门扣母端13-10及微动开关13-9。
所述升降安装支架13-2固定设置在所述第二壳体3内，所述升降安装支架13-2上开设有槽口，所述升降安装支架13-2上设置有标尺，用于标识注射系统15与负极板12的距离，方便实验操作人员宏观了解实验状态及调整实验参数。所述槽口为保证针头驱动支架13-4穿过升降安装支架13-2与升降驱动电机13-1相连，并保证可以上下运动。
所述升降驱动电机13-1固定设置在所述升降安装支架13-2上，所述升降驱动电机13-1与所述中央控制器17连接，接受所述中央控制器17发送的动作信号。所述升降驱动电机13-1可以采用带位置检测功能的步进电机或伺服电机，安装在升降安装支架13-2上，并用于驱动针头驱动支架13-4上下运动。
所述针头驱动支架13-4穿过所述槽口与所述升降驱动电机13-1固定连接。
所述滑动卡片13-3与所述针头驱动支架13-4固定连接，所述滑动卡片13-3与所述槽口位置保持一致，保证在所述针头驱动支架13-4在上下运动过程中，所述升降安装支架13-2上的槽口都处于密封状态，保证了实验工作区域的杀菌效果。
所述绝缘连接板13-5一端与所述针头驱动支架13-4固定连接，由于针头卡13-7处于高压电路，所述绝缘连接板13-5可防止高压电路对其他零部件的影响。所述绝缘连接板13-5采用绝缘性能良好的材料制造。
所述针头卡13-7与所述绝缘连接板13-5另一端连接，所述针头卡13-7与所述高压电源18的正极连接。所述针头卡13-7与所述注射系统15连接。具体地，在本实施方式中，所述注射系统2通过手拧螺栓13-8紧固在所述针头卡3-7上，方便所述注射系统2的安装和更换。
所述输液管卡夹13-6设置在所述绝缘连接板13-5上，用于固定注射系统15的输液管15-3，所述输液管卡夹13-6采用开口设计，所述注射系统15的输液管15-3可以方便安装和拆卸。
所述门扣母端13-10固定设置在所述升降安装支架13-2上，所述开关门4上设置有门扣子端，当所述开关门4关闭时，所述门扣母端13-10与所述门扣子端活动连接，便于所述开关门4的开闭，并实现所述开关门4的关闭保持状态。
所述微动开关3-9固定设置在所述升降安装支架3-2上，所述开关门4上设置有微动开关凸台4-2，当所述开关门6关闭时，所述微动开关3-9与所述微动开关凸台4-2接触，当所述开关门6打开时，所述微动开关3-9与所述微动开关凸台4-2脱离，微动开关13-9断开，电路断开，微动开关13-9与开关门4上的微动开关凸台4-2配合，保护了实验操作人员，实现开门保护功能。
所述升降系统13安装在实验工作区域左侧，主要用于控制钢针15-4与负极板12的距离，从而调整高压静电场的强弱。
详细介绍推杆系统14的结构。
参见图7，所述推杆系统包括：推射固定支架14-2、推射驱动电机14-1、注射器推杆14-3、推杆帽14-4及接近传感器14-5。
所述推射固定支架14-2固定设置在第一壳体2内。所述推射固定支架13-2作为推杆系统14的装配基体，用于安装系统中其他零部件，并通过紧固螺栓把推杆系统14固定在第二壳体2前端。
所述推射驱动电机14-1固定设置在所述推射固定支架14-2上，所述推射驱动电机14-1与所述中央控制器17连接，接受所述中央控制器17发送的动作信号。所述推射驱动电机14-1作为推杆系统14的驱动动力源，可以采用带位置检测功能的步进电机或伺服电机，用于驱动注射器推杆14-3的直线运动。
所述注射器推杆14-3与所述推射驱动电机14-1固定连接，并推动注射系统15的注射器15-2的推杆运动，进行混合液的注射。
所述推杆帽14-4固定设置在所述注射器推杆14-3上，所述推杆帽14-4推动所述注射系统2的一端，通过所述推杆帽14-4保证注射器推杆8-3与注射系统2柔性接触。所述推杆帽14-4采用微弹性材料制成，如橡胶材料等。
所述接近传感器14-5固定设置在所述推杆帽14-4上，所述接近传感器14-5与所述中央控制器17连接，向所述中央控制器17发送位置反馈信号。所述接近传感器14-5用于检测所述推杆帽14-4与所述注射系统2的接触状态；当所述推杆帽14-5与注射系统15接触时，所述接近传感器14-5向所述中央控制器17反馈信号，所述中央控制器17根据反馈信号控制所述推射驱动电机14-1调整运行参数，采用更精确参数进行设定的实验。
所述推杆系统14安装于第一壳体2的前端，主要用于自动控制注射系统15的生物活性材料和待培养细胞的混悬液注射工作。
详细介绍注射系统15的结构。
参见图8，所述注射系统包括：注射器盖板15-1、注射器安装块15-3及注射器15-4、输液管15-5及钢针15-6。
所述注射器安装块15-3与所述第一壳体2固定连接，所述注射器安装块15-3的位置与所述注射器盖板6的位置在同一直线上。所述注射器安装块15-3设计为可拆卸模式，并设计为多种规格，实验操作人员可根据需要选配。所述注射器安装块15-3上有相应卡槽，用于安装所述注射器15-4。需要说明的是所述注射器安装块15-3上可以设置一个至三个不同的卡槽，用于安装不同规格的注射器15-4，拓宽实验操作的自由度。
所述注射器15-4设置在所述注射器安装块15-3上。
所述输液管15-5一端与所述注射器15-4连通。
所述钢针15-6与所述输液管15-5另一端连通，所述钢针15-6设置在所述升降系统13上，用于产生混悬液小液滴。所述钢针15-6为不锈钢针。
具体地，由于实验需要在密闭空间中进行，同时还要考虑注射系统15中实验耗材(注射器15-4、输液管15-5、钢针15-6)安装和更换的便利性，第一壳体2和第二壳体3相应位置开设有输液管15-5的通过卡槽，通过该卡槽，输液管15-5可以由实验工作区域之外延伸至实验工作区域之内，同时该卡槽可以保证输液管15-5的方便安装和更换，并在开关门4闭合后，实验工作区域可以保持为一个密闭空间。
所述注射器系统15亦安装于第一壳体2的前端，主要用于注射器的安装和混合液的分配。
本发明自动化细胞三维培养微囊发生装置还包括：杀菌系统。
所述杀菌系统固定设置在所述第二壳体3内。
所述杀菌系统包括：紫外灯16。
所述紫外灯16固定设置在所述第二壳体3内，用于在实验进行前对实验工作区域进行杀菌处理，以保证实验顺利进行。
其中，本发明中的所述中央控制器17作为装置自动控制中枢，安装于所述第二壳体3的第二容置空间，用于接收实验操作指令及各种反馈信息，并控制装置自动化完成实验操作。高压电源18亦安装于第二壳体3的第二容置空间，用于产生高压静电场。高压电源18需做电磁辐射防护措施，并与其他零部件保持足够距离。
基于相同的发明构思，本发明还提供一种自动化细胞三维培养微囊发生方法包括以下步骤：
步骤1，关闭开关门4将第二壳体2封闭，培养皿底座10设置在绝缘底板11包裹的负极板12上方，注射系统15的置于所述培养皿9上方。
步骤2，中央控制器17接受设置在第一壳体2上的触摸屏系统1发送的控制信号，根据控制信号向升降系统13及推杆系统14发送动作信号。
步骤3，将所述注射系统15一端通过所述升降系统13与高压电源18正极相连，所述负极板12与高压电源18负极相连，在注射系统15的一端和培养皿9之间形成一高压静电场。
步骤4，将注射系统15中装入细胞和生物活性材料的混悬液，所述推杆系统14推动所述注射系统15的一端向培养皿9中注射混悬液。
步骤5，所述混悬液中有大量物质以离子态存在，同时混悬液中物质在高压电场中进一步离子化，而混悬液中离子在电场中定向集聚，从而高压静电场对注射系统15的钢针15-4的针头处混悬液小液滴产生拉力作用，当小液滴在重力和电场力作用下克服小液滴表面张力和粘滞阻力时，滴落在培养皿中。
步骤6，在培养皿9中装有特定凝胶盐浴溶液，小液滴与盐浴溶液交联形成一个个细胞培养微囊，所述细胞培养微囊尺寸可达微米级。
其中，当所述细胞培养微囊尺寸需要调整时，所述中央控制器17接受所述触摸屏系统1发送的第一调节信号，根据第一调节信号向所述推杆系统14发送速度信号，调整注射系统15注射速度，通过所述推杆系统14调节所述注射系统15的注射速度控制调整所述细胞培养微囊尺寸。
当所述细胞培养微囊尺寸需要调整时，所述中央控制器17接受所述触摸屏系统1发送的第二调节信号，根据第二调节信号向所述升降系统13发送升降信号，通过调整注射系统15一端与负极板12距离来控制高压静电场的电场强度，通过所述电场强度控制调整所述细胞培养微囊尺寸。
当所述细胞培养微囊尺寸需要调整时，通过调整所述高压电源18的输出电压控制高压静电场的电场强度，通过所述电场强度控制调整所述细胞培养微囊尺寸。
详细介绍触摸屏系统1的结构。
参见图5，所述触摸屏系统包括触摸屏安装支架1-1、转轴安装板1-4、触摸屏1-2及触摸屏防护壳1-3。
所述触摸屏安装支架1-1一端固定设置有扳手凸台1-1-1，并在所述第一壳体1设置所述扳手凸台1-1-1处开设有切口，保证实验人员可以单手通过所述扳手凸台1-1-1把所述触摸屏安装支架1-1拉起，所述扳手凸台9-1-1也可保证实验人员方便把所述触摸屏安装支架1-1由初始位置旋转到其他位置。
所述转轴安装板1-4一端通过阻尼转轴1-5与所述触摸屏安装支架1-1另一端活动连接，另一端通过螺栓与所述第一壳体1固定连接。所述阻尼转轴1-5可以实现所述触摸屏安装支架1-1任意位置旋转停止。
所述触摸屏1-2固定设置在所述触摸屏安装支架1-1内，所述触摸屏1-2与所述中央控制器17连接，向所述中央控制器17发送控制信号。其中，所述触摸屏安装支架1-1为触摸屏1-2装配基体，同时也是触摸屏1-2的支撑板和防护支架，以保证触摸屏1-2系统在旋转过程中无损坏。
所述触摸屏防护壳1-3与所述触摸屏安装支架1-1固定连接，所述触摸屏防护壳1-3对所述触摸屏1-2进行防护，同时亦保证的美观。
详细介绍培养皿底座10及培养皿9的结构。
所述培养皿底座10与所述开关门4固定连接。所述培养皿底座10可以随开关门4打开而脱离实验区域，方便实验操作人员取放所述培养皿9。需要说明的是，为保证装置中实验工作区域杀菌效果，培养皿底座10设计为透明状态。
所述培养皿9设置在所述培养皿底座10上。具体地，在本实施方式中，所述培养皿底座10上开设有对应的卡槽，可以保证所述培养皿9放置稳定。所述培养皿9中承装有特定凝胶盐浴溶液，用于承接注射系统15滴落的生物活性材料和待培养细胞的混悬液滴，该混悬液滴与凝胶盐浴溶液交联反应形成一个个细胞三维培养微囊。根据实验的需要，所述培养皿9可选用不同的规格，故培养皿底座10上亦开设有多种规格培养皿卡槽，以满足各种实验需求。
参见图9，基于相同的发明构思，本发明还提供一种所述培养皿9与所述培养皿底座10的设置方式。所述培养皿9设置在所述培养皿底座10上，所述培养皿底座10可设计为抽拉结构，通过导轨集成在绝缘底板11上。
详细介绍负极板12及绝缘底板11的结构。
所述负极板12与所述高压电源12的负极连接，在实验进行时和升降系统13中的形成高压静电场。
所述绝缘底板11固定设置在所述第二壳体3内，所述绝缘底板11包裹所述负极板12，所述绝缘底板11置于实验工作区域中间位置。所述绝缘底板11上开设有所述负极板12安装切口，两者配合后，所述绝缘底板11包裹住所述负极板12，用于防范高压电路可能造成的危害。
当所述开关门6关闭时,所述所述培养皿9设置在所述负极板12的上方。
详细介绍升降系统13的结构。
参见图6，所述升降系统包括：升降安装支架13-2、升降驱动电机13-1、滑动卡片13-3、针头驱动支架13-4、绝缘连接板13-5、针头卡13-7、输液管卡夹13-6、门扣母端13-10及微动开关13-9。
所述升降安装支架13-2固定设置在所述第二壳体3内，所述升降安装支架13-2上开设有槽口，所述升降安装支架13-2上设置有标尺，用于标识注射系统15与负极板12的距离，方便实验操作人员宏观了解实验状态及调整实验参数。所述槽口为保证针头驱动支架13-4穿过升降安装支架13-2与升降驱动电机13-1相连，并保证可以上下运动。
所述升降驱动电机13-1固定设置在所述升降安装支架13-2上，所述升降驱动电机13-1与所述中央控制器17连接，接受所述中央控制器17发送的动作信号。所述升降驱动电机13-1可以采用带位置检测功能的步进电机或伺服电机，安装在升降安装支架13-2上，并用于驱动针头驱动支架13-4上下运动。
所述针头驱动支架13-4穿过所述槽口与所述升降驱动电机13-1固定连接。
所述滑动卡片13-3与所述针头驱动支架13-4固定连接，所述滑动卡片13-3与所述槽口位置保持一致，保证在所述针头驱动支架13-4在上下运动过程中，所述升降安装支架13-2上的槽口都处于密封状态，保证了实验工作区域的杀菌效果。
所述绝缘连接板13-5一端与所述针头驱动支架13-4固定连接，由于针头卡13-7处于高压电路，所述绝缘连接板13-5可防止高压电路对其他零部件的影响。所述绝缘连接板13-5采用绝缘性能良好的材料制造。
所述针头卡13-7与所述绝缘连接板13-5另一端连接，所述针头卡13-7与所述高压电源18的正极连接。所述针头卡13-7与所述注射系统15连接。具体地，在本实施方式中，所述注射系统2通过手拧螺栓13-8紧固在所述针头卡3-7上，方便所述注射系统2的安装和更换。
所述输液管卡夹13-6设置在所述绝缘连接板13-5上，用于固定注射系统15的输液管15-3，所述输液管卡夹输液管卡夹13-6采用开口设计，所述注射系统15的输液管15-3可以方便安装和拆卸。
所述门扣母端13-10固定设置在所述升降安装支架13-2上，所述开关门4上设置有门扣子端，当所述开关门4关闭时，所述门扣母端13-10与所述门扣子端活动连接，便于所述开关门4的开闭，并实现所述开关门4的关闭保持状态。
所述微动开关3-9固定设置在所述升降安装支架3-2上，所述开关门4上设置有微动开关凸台4-2，当所述开关门6关闭时，所述微动开关3-9与所述微动开关凸台4-2接触，当所述开关门6打开时，所述微动开关3-9与所述微动开关凸台4-2脱离，微动开关13-9断开，电路断开，微动开关13-9与开关门4上的微动开关凸台4-2配合，保护了实验操作人员，实现开门保护功能。
所述升降系统13安装在实验工作区域左侧，主要用于控制钢针15-4与负极板12的距离，从而调整高压静电场的强弱。
详细介绍推杆系统14的结构。
参见图7，所述推杆系统包括：推射固定支架14-2、推射驱动电机14-1、注射器推杆14-3、推杆帽14-4及接近传感器14-5。
所述推射固定支架14-2固定设置在第一壳体2内。所述推射固定支架13-2作为推杆系统14的装配基体，用于安装系统中其他零部件，并通过紧固螺栓把推杆系统14固定在第二壳体2前端。
所述推射驱动电机14-1固定设置在所述推射固定支架14-2上，所述推射驱动电机14-1与所述中央控制器17连接，接受所述中央控制器17发送的动作信号。所述推射驱动电机14-1作为推杆系统14的驱动动力源，可以采用带位置检测功能的步进电机或伺服电机，用于驱动注射器推杆14-3的直线运动。
所述注射器推杆14-3与所述推射驱动电机14-1固定连接，并推动注射系统15的注射器15-2的推杆运动，进行混合液的注射。
所述推杆帽14-4固定设置在所述注射器推杆14-3上，所述推杆帽14-4推动所述注射系统2的一端，通过所述推杆帽14-4保证注射器推杆8-3与注射系统2柔性接触。所述推杆帽14-4采用微弹性材料制成，如橡胶材料等。
所述接近传感器14-5固定设置在所述推杆帽14-4上，所述接近传感器14-5与所述中央控制器17连接，向所述中央控制器17发送位置反馈信号。所述接近传感器14-5用于检测所述推杆帽14-4与所述注射系统2的接触状态；当所述推杆帽14-5与注射系统15接触时，所述接近传感器14-5向所述中央控制器17反馈信号，所述中央控制器17根据反馈信号控制所述推射驱动电机14-1调整运行参数，采用更精确参数进行设定的实验。
所述推杆系统14安装于第一壳体2的前端，主要用于自动控制注射系统15的生物活性材料和待培养细胞的混悬液注射工作。
详细介绍注射系统15的结构。
参见图8，所述注射系统包括：注射器盖板15-1、注射器安装块15-3及注射器15-4、输液管15-5及钢针15-6。
所述注射器安装块15-3与所述第一壳体2固定连接，所述注射器安装块15-3的位置与所述注射器盖板6的位置在同一直线上。所述注射器安装块15-3设计为可拆卸模式，并设计为多种规格，实验操作人员可根据需要选配。所述注射器安装块15-3上有相应卡槽，用于安装所述注射器15-4。需要说明的是所述注射器安装块15-3上可以设置一个至三个不同的卡槽，用于安装不同规格的注射器15-4，拓宽实验操作的自由度。
所述注射器15-4设置在所述注射器安装块15-3上。
所述输液管15-5一端与所述注射器15-4连通。
所述钢针15-6与所述输液管15-5另一端连通，所述钢针15-6设置在所述升降系统13上，用于产生混悬液小液滴。所述钢针15-6为不锈钢针。
具体地，由于实验需要在密闭空间中进行，同时还要考虑注射系统15中实验耗材(注射器15-4、输液管15-5、钢针15-6)安装和更换的便利性，第一壳体2和第二壳体3相应位置开设有输液管15-5的通过卡槽，通过该卡槽，输液管15-5可以由实验工作区域之外延伸至实验工作区域之内，同时该卡槽可以保证输液管15-5的方便安装和更换，并在开关门4闭合后，实验工作区域可以保持为一个密闭空间。
所述注射器系统15亦安装于第一壳体2的前端，主要用于注射器的安装和混合液的分配。
本发明自动化细胞三维培养微囊发生装置还包括：杀菌系统。
所述杀菌系统固定设置在所述第二壳体3内。
所述杀菌系统包括：紫外灯16。
所述紫外灯16固定设置在所述第二壳体3内，用于在实验进行前对实验工作区域进行杀菌处理，以保证实验顺利进行。
其中，本发明中的所述中央控制器17作为装置自动控制中枢，安装于所述第二壳体3的第二容置空间，用于接收实验操作指令及各种反馈信息，并控制装置自动化完成实验操作。高压电源18亦安装于第二壳体3的第二容置空间，用于产生高压静电场。高压电源18需做电磁辐射防护措施，并与其他零部件保持足够距离。
为了更清楚本发明实施例，下面从本发明实施例的使用方法上予以介绍。
第一壳体2和第二壳体3通过隼槽结构和紧固螺栓结合在一起，为其他零部件安装提供装配基体，并形成内部实验空间。第二壳体3中部设计有中间隔墙3-1，其作用一是增加第二壳体3的强度，其作用二是把第二壳体3内部空间分成第一容置空间级第二容置空间，第二容置空间安装中央处理器17及高压电源18，高压电源18用于产生高压静电场。高压电源18需做电磁辐射防护措施。第一容置空间和开关门4组成一个封闭区域，作为实验操作区域。
触摸屏系统1通过转轴安装板1-4安装在第一壳体2的上端中部斜面上，作为与实验人员的沟通界面，实验人员可通过触摸屏1-2进行操作命令的输入，以及观察实验过程的实时状态。触摸屏系统1初始状态与第一壳体2斜面平行，以使实验操作人员更容易对触摸屏系统1进行实验操作和观察。一般生物化学实验需在洁净室或超净工作台中进行，当在超净工作台中进行实验时，由于超净工作台空间有限，且为封闭结构，虽然触摸屏系统1初始状态已呈一定角度布置，但实验人员仍不便于实验操作和观察。转轴安装板1-4一端通过阻尼转轴1-5与触摸屏安装支架1-1另一端活动连接，另一端与第一壳体1固定连接，阻尼转轴1-5可以实现触摸屏安装支架1-1任意位置旋转停止，实验人员可以根据实验实际情况把触摸屏系统1从初始位置旋转到竖直位置之间的任意角度，以便实验操作和状态观察，故触摸屏系统9为可旋转结构，并可保持在任意位置状态。根据实验空间需求，操作人员通过单手操作扳手凸台1-1-1把触摸屏安装支架1-1拉起，扳手凸台1-1-1也可保证实验人员方便把触摸屏安装支架1-1由初始位置旋转到其他位置，触摸屏1-2固定设置在触摸屏安装支架1-1内，触摸屏1-2与中央控制器17连接，向中央控制器11发送控制信号，触摸屏防护壳1-3与触摸屏安装支架1-1固定连接，对触摸屏1-2进行防护，同时亦保证的美观。
初始状态时，升降系统13处于初始零位，推杆系统14亦处于初始零位，开关门4闭合，注射器盖板6关闭。当需要进行实验时，实验操作人员打开注射器盖板6，打开开关门4，选定一种规格注射器15-4吸入一定量待培养细胞和生物活性材料的混悬液，安装于注射器安装块15-3上，并连接输液管15-5(也可以先连接输液管15-5，然后再安装到注射器安装块15-3上)。然后让输液管15-5通过第一壳体2和第二壳体3相应的通过卡槽延伸至工作区域，随后把不锈钢针15-6安装于针头卡15-7上，通过手拧螺栓15-8紧固。把承装一定量特定凝胶盐浴溶液的培养皿9放置于培养皿底座10上；然后关闭开关门4，关闭注射器盖板6。将绝缘底板11设置在第一容置空间内，将负极板12设置在绝缘底板11上，高压电源18的负极与负极板12连接，绝缘底板11包裹住负极板12，用于防范高压电路可能造成的危害，高压电源18的正极与针头卡13-7连接。开关门4绕转轴机构在第一容置空间开口处旋转，直至门扣子端与门扣母端13-10活动连接，微动开关凸台4-2与微动开关13-9接触。由于培养皿底座10与开关门4连接，培养皿9设置在培养皿底座10内，开关门4关闭后，培养皿9在负极板12正上方。
打开电源开关8，系统通电。中央控制器17控制紫外灯16对实验工作区域进行杀毒灭菌处理。通过触摸屏1-2中人机界面输入实验参数(如实验注射器规格、实验电压、实验距离、注射速度、注射体积等)，通过触摸屏1-2向中央控制器11发送控制信号，中央控制器向升降驱动电机13-1发送动作信号，升降驱动电机13-1带动针头驱动支架13-4动作。为保证实验工作区域的杀菌效果，针头驱动支架13-4上安装有滑动卡片13-3，正对升降安装支架13-2上的槽口，且与升降安装支架13-2紧密配合，保证在针头驱动支架13-4在上下运动过程中，升降安装支架13-2上的槽口都处于密封状态。针头驱动支架13-4通过绝缘连接板13-5带动针头卡13-7动作，针头15-6通过手拧螺栓13-8紧固在针头卡13-7上，在绝缘连接板13-5上安装有输液管卡夹13-6，用于固定输液管15-5。输液管15-5一端与针头15-6连通，另一端与注射器15-4连通。中央控制器17向推射驱动电机14-1发送动作信号，推射驱动电机14-1通过注射器推杆14-3带动推杆帽14-4动作，通过推杆帽14-3推动注射器15-4的推杆运动，进行混合液的注射，保证了注射器推杆14-3与注射器15-4柔性接触，推杆帽14-4采用微弹性材料制成，如橡胶材料等。推杆帽14-4上设计有接近传感器14-5，用于检测推杆帽14-4与注射器15-4的接触状态；当推杆帽14-4与注射器15-4接触时，接近传感器14-5向中央控制器17反馈信号，中央控制器17根据反馈信号控制推杆系统14调整运行参数，采用更精确参数进行设定的实验。针头15-6对准培养皿9。
推杆帽14-4推动注射器15-4向培养皿9中注射混悬液，由于培养皿9设置在负极板12上，高压电源18的负极与负极板12连接，正极与针头卡14-7连接，针头15-6设置在针头卡14-7上，在针头15-6和培养皿9之间形成一高压静电场，混悬液中有大量物质以离子态存在，同时混悬液中物质在高压电场中进一步离子化，而混悬液中离子在电场中定向集聚，从而高压静电场对不锈钢针头处混悬液小液滴产生拉力作用，当小液滴在重力和电场力作用下克服小液滴表面张力和粘滞阻力时，滴落在下方培养皿9中，培养皿9中装有特定凝胶盐浴溶液，小液滴与盐浴溶液交联形成一个个细胞培养微囊，可以使细胞培养微囊尺寸可达微米级，微囊中细胞与培养液可以进行充分的物质交换，利于细胞良性生长，由于尺度小，每个微囊中细胞个体排除了由于材料传质不同带来的差异；并可通过推进电机14-1带动推杆帽14-4调整注射器15-4的注射速度、电场强度来控制细胞培养微囊尺寸，而电场强度，可通过调整高压电源输出电压和针头2-6与负极板12距离来进行控制(可调整某一个参数，亦可同时调整两个参数)。
同时，由于中央控制器17接受触摸屏屏1-2发送控制信号，根据控制信号向升降系统13及推杆系统14发送动作信号，通过自动化控制，排除了人为操作误差，各微囊尺寸可以保持很好的一致性从而保证细胞培养的均一性及实验的准确性。
在实验过程中实验人员可通过培养皿观察窗5实时观察细胞三维培养微囊发生情况，通过注射器观察窗7实时观察注射器15-4注射情况，实验人员可根据需要实时调整实验参数，以期生成最佳细胞三维培养微囊。
当实验完成后，打开开关门4时，微动开关凸台4-2与微动开关13-9脱离，微动开关13-9断开，即电路断开，以保护实验操作人员，实现开门保护功能。控制器17控制推杆系统14和升降系统13自动回复初始位置，实验人员取出培养皿9及一次性耗材(注射器15-4、输液管15-5、不锈钢针15-6)。
最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (10)
1.一种自动化细胞三维培养微囊发生装置，其特征在于，包括：
第一壳体(2)；
第二壳体(3),与所述第一壳体(2)连接；
触摸屏系统(1),设置在所述第一壳体(2)上；
开关门(4),与所述第二壳体(3)的开口处活动连接；
培养皿底座(10),设置在所述开关门(4)上，所述培养皿底座(10)上设置有培养皿(9)；
绝缘底板(11)，设置在所述第二壳体(3)内，所述绝缘底板(11)上包裹有负极板(12)；
升降系统(13),设置在所述第二壳体(3)内；
推杆系统(14),设置在所述第一壳体(2)内；
注射系统(15),一端与所述升降系统(13)连接,另一端与所述第一壳体(2)连接,所述推杆系统(14)推动所述注射系统另一端,当所述开关门(4)关闭时，所述第二壳体(3)封闭，所述培养皿底座(10)设置在所述负极板(12)上方，所述注射系统(15)的一端置于所述培养皿(9)上方；
高压电源(18),设置在所述第二壳体(3)内,所述高压电源(18)的正极与所述升降系统连接,所述高压电源(18)的负极与所述负极板连接；
中央控制器(17),设置在所述第二壳体(3)内,所述中央控制器(17)与所述触摸屏系统(1)、升降系统(13)及推杆系统(14)连接；
其中，所述中央控制器(17)接受所述触摸屏系统(1)发送控制信号，根据控制信号向所述升降系统(13)及推杆系统(14)发送动作信号。
2.根据权利要求1所述的发生装置，其特征在于：
所述第一壳体(2)上设置有USB接口(19)，所述USB接口(19)与所述中央控制器(17)连接，所述第一壳体(2)上设置所述注射系统(15)处活动设置有注射器盖板(6)，所述注射器盖板(6)上设置有注射器观察窗(7)；
所述第二壳体(3)上开设有散热孔(3-2)，所述第二壳体(3)内设置有隔墙(3-1),所述隔墙将所述第二壳体(3)分隔为第一容置空间及第二容置空间，所述升降系统(13)设置在所述第一容置空间内，所述高压电源(18)及中央控制器(17)设置在所述第二容置空间内；
所述开关门(4)上开设有培养皿观察窗(5)及内凹拉手(4-1)。
3.根据权利要求1所述的发生装置，其特征在于：
所述触摸屏系统(1)包括：触摸屏安装支架(1-1)、转轴安装板(1-4)、触摸屏(1-2)及触摸屏防护壳(1-3)；
所述触摸屏安装支架(1-1)一端设置有扳手凸台(1-1-1)；
所述转轴安装板(1-4)一端通过阻尼转轴(1-5)与所述触摸屏安装支架(1-1)另一端连接，另一端与所述第一壳体(2)连接；
所述触摸屏(1-2)设置在所述触摸屏安装支架(1-1)内，所述触摸屏与所述中央控制器(17)连接，向所述中央控制器(17)发送控制信号；
所述触摸屏防护壳(1-3)与所述触摸屏安装支架(1-1)连接；
所述升降系统(13)包括：升降安装支架(13-2)、升降驱动电机(13-1)、针头驱动支架(13-4)、滑动卡片(13-3)、绝缘连接板(13-5)、针头卡(13-7)、输液管卡夹(13-6)、门扣母端(13-10)及微动开关(13-9)；
升降安装支架(13-2)，设置在所述第二壳体(3)内，所述升降安装支架上开设有槽口(13-2)，所述升降安装支架(13-2)上设置有标尺；
升降驱动电机(13-1)，设置在所述升降安装支架(13-2)上，所述升降驱动电机(13-1)与所述中央控制器(17)连接，接受所述中央控制器(17)发送的动作信号；
针头驱动支架(13-4)，穿过所述槽口与所述升降驱动电机(13-1)连接；
滑动卡片(13-3)，与所述针头驱动支架(13-4)连接，所述滑动卡片(13-3)与所述槽口位置保持一致；
绝缘连接板(13-5)，一端与所述针头驱动支架(13-4)连接；
针头卡(13-7)，与所述绝缘连接板(13-5)另一端连接，所述针头卡(13-7)与所述高压电源(18)的正极连接，所述针头卡(13-7)与所述注射系统(15)连接；
输液管卡夹(13-6)，设置在所述绝缘连接板(13-5)上；
门扣母端(13-10)，设置在所述升降安装支架(13-2)上，所述开关门(4)上设置有门扣子端，当所述开关门(4)关闭时，所述门扣母端(13-10)与所述门扣子端活动连接；
微动开关(13-9)，设置在所述升降安装支架(13-2)上，所述开关门(4)上设置有微动开关凸台(4-2)，当所述开关门(4)关闭时，所述述微动开关(13-9)与所述微动开关凸台(4-2)接触，所述微动开关(13-9)闭合。
4.根据权利要求1所述的发生装置，其特征在于：
所述推杆系统(14)包括：推射固定支架(14-2)、推射驱动电机(14-1)、注射器推杆(14-3)、推杆帽(14-4)及接近传感器(14-5)；
所述推射固定支架(14-2)设置在第一壳体(2)内；
所述推射驱动电机(14-1)设置在所述推射固定支架(14-2)上，所述推射驱动电机(14-1)与所述中央控制器(17)连接，接受所述中央控制器(17)发送的动作信号；
所述注射器推杆(14-3)与所述推射驱动电机(14-1)连接；
所述推杆帽(14-4)设置在所述注射器推杆(14-3)上，所述推杆帽(14-4)推动所述注射系统(15)的一端；
所述接近传感器(14-5)设置在所述推杆帽(14-4)上，所述接近传感器(14-5)与所述中央控制器(17)连接，向所述中央控制器(17)发送位置反馈信号；
所述注射系统包括：注射器安装块(15-1)、注射器(15-2)、输液管(15-3)及钢针(15-4)；
所述注射器安装块(15-1)与所述第一壳体(2)连接；
所述注射器(15-2)设置在所述注射器安装块(15-1)上；
所述输液管(15-3)一端与所述注射器(15-2)连通；
所述钢针(15-4)与所述输液管(15-3)另一端连通，所述钢针(15-4)设置在所述升降系统(13)上。
5.根据权利要求1所述的发生装置，其特征在于，所述自动化细胞三维培养微囊发生装置还包括：
杀菌系统，设置在所述第二壳体(3)内；
所述杀菌系统包括：紫外灯(16)；
所述紫外灯(16)设置在所述第二壳体(3)内。
6.一种自动化细胞三维培养微囊发生方法，基于权利要求1-5所述的发生装置，其特征在于，包括以下步骤：
关闭开关门(4)将第二壳体(2)封闭，培养皿底座(10)设置在绝缘底板(11)包裹的负极板(12)上方，注射系统(15)的置于所述培养皿(9)上方；
中央控制器(17)接受设置在第一壳体(2)上的触摸屏系统(1)发送的控制信号，根据控制信号向升降系统(13)及推杆系统(14)发送动作信号；
将所述注射系统(15)一端通过所述升降系统(13)与高压电源(18)正极相连，所述负极板(12)与高压电源(18)负极相连，在注射系统(15)的一端和培养皿(9)之间形成一高压静电场；
将注射系统(15)中装入细胞和生物活性材料的混悬液，所述推杆系统(14)推动所述注射系统(15)的一端向培养皿(9)中注射混悬液；
所述混悬液中有大量物质以离子态存在，同时混悬液中物质在高压电场中进一步离子化，而混悬液中离子在电场中定向集聚，从而高压静电场对注射系统(15)的钢针(15-4)的针头处混悬液小液滴产生拉力作用，当小液滴在重力和电场力作用下克服小液滴表面张力和粘滞阻力时，滴落在培养皿中；
在培养皿(9)中装有特定凝胶盐浴溶液，小液滴与盐浴溶液交联形成一个个细胞培养微囊，所述细胞培养微囊尺寸可达微米级。
7.根据权利要求6所述的发生方法，其特征在于：
当所述细胞培养微囊尺寸需要调整时，所述中央控制器(17)接受所述触摸屏系统(1)发送的第一调节信号，根据第一调节信号向所述推杆系统(14)发送速度信号，调整注射系统(15)注射速度，通过所述推杆系统(14)调节所述注射系统(15)的注射速度控制调整所述细胞培养微囊尺寸；
当所述细胞培养微囊尺寸需要调整时，所述中央控制器(17)接受所述触摸屏系统(1)发送的第二调节信号，根据第二调节信号向所述升降系统(13)发送升降信号，通过调整注射系统(15)一端与负极板(12)距离来控制高压静电场的电场强度，通过所述电场强度控制调整所述细胞培养微囊尺寸；
当所述细胞培养微囊尺寸需要调整时，通过调整所述高压电源(18)的输出电压控制高压静电场的电场强度，通过所述电场强度控制调整所述细胞培养微囊尺寸。
8.根据权利要求1所述的发生方法，其特征在于：
所述触摸屏系统(1)包括：触摸屏安装支架(1-1)、转轴安装板(1-4)、触摸屏(1-2)及触摸屏防护壳(1-3)；
所述触摸屏安装支架(1-1)一端设置有扳手凸台(1-1-1)；
所述转轴安装板(1-4)一端通过阻尼转轴(1-5)与所述触摸屏安装支架(1-1)另一端连接，另一端与所述第一壳体(2)连接；
所述触摸屏(1-2)设置在所述触摸屏安装支架(1-1)内，所述触摸屏与所述中央控制器(17)连接，向所述中央控制器(17)发送控制信号；
所述触摸屏防护壳(1-3)与所述触摸屏安装支架(1-1)连接；
所述升降系统(13)包括：升降安装支架(13-2)、升降驱动电机(13-1)、针头驱动支架(13-4)、滑动卡片(13-3)、绝缘连接板(13-5)、针头卡(13-7)、输液管卡夹(13-6)、门扣母端(13-10)及微动开关(13-9)；
升降安装支架(13-2)，设置在所述第二壳体(3)内，所述升降安装支架上开设有槽口(13-2)，所述升降安装支架(13-2)上设置有标尺；
升降驱动电机(13-1)，设置在所述升降安装支架(13-2)上，所述升降驱动电机(13-1)与所述中央控制器(17)连接，接受所述中央控制器(17)发送的动作信号；
针头驱动支架(13-4)，穿过所述槽口与所述升降驱动电机(13-1)连接；
滑动卡片(13-3)，与所述针头驱动支架(13-4)连接，所述滑动卡片(13-3)与所述槽口位置保持一致；
绝缘连接板(13-5)，一端与所述针头驱动支架(13-4)连接；
针头卡(13-7)，与所述绝缘连接板(13-5)另一端连接，所述针头卡(13-7)与所述高压电源(18)的正极连接，所述针头卡(13-7)与所述注射系统(15)连接；
输液管卡夹(13-6)，设置在所述绝缘连接板(13-5)上；
门扣母端(13-10)，设置在所述升降安装支架(13-2)上，所述开关门(4)上设置有门扣子端，当所述开关门(4)关闭时，所述门扣母端(13-10)与所述门扣子端活动连接；
微动开关(13-9)，设置在所述升降安装支架(13-2)上，所述开关门(4)上设置有微动开关凸台(4-2)，当所述开关门(4)关闭时，所述述微动开关(13-9)与所述微动开关凸台(4-2)接触，所述微动开关(13-9)闭合。
9.根据权利要求1所述的发生方法，其特征在于：
所述推杆系统(14)包括：推射固定支架(14-2)、推射驱动电机(14-1)、注射器推杆(14-3)、推杆帽(14-4)及接近传感器(14-5)；
所述推射固定支架(14-2)设置在第一壳体(2)内；
所述推射驱动电机(14-1)设置在所述推射固定支架(14-2)上，所述推射驱动电机(14-1)与所述中央控制器(17)连接，接受所述中央控制器(17)发送的动作信号；
所述注射器推杆(14-3)与所述推射驱动电机(14-1)连接；
所述推杆帽(14-4)设置在所述注射器推杆(14-3)上，所述推杆帽(14-4)推动所述注射系统(15)的一端；
所述接近传感器(14-5)设置在所述推杆帽(14-4)上，所述接近传感器与所述中央控制器(17)连接，向所述中央控制器(17)发送位置反馈信号；
所述注射系统包括：注射器安装块(15-1)、注射器(15-2)、输液管(15-3)及钢针(15-4)；
所述注射器安装块(15-1)与所述第一壳体(2)连接；
所述注射器(15-2)设置在所述注射器安装块(15-1)上；
所述输液管(15-3)一端与所述注射器(15-2)连通；
所述钢针(15-4)与所述输液管(15-3)另一端连通，所述钢针(15-4)设置在所述升降系统(13)上。
10.根据权利要求6所述的发生方法，其特征在于，所述自动化细胞三维培养微囊发生方法还包括：
杀菌系统，设置在所述第二壳体(3)内；
所述杀菌系统包括：紫外灯(16)；
所述紫外灯(16)设置在所述第二壳体(3)内。
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| CN201710326185.9A CN107118964A (zh) | 2017-05-10 | 2017-05-10 | 一种自动化细胞三维培养微囊发生装置及方法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20170901 |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |