CN107365692B - 一种生物摇床 - Google Patents

Abstract

一种生物摇床，包括：壳体、驱动装置、托盘、保温箱和具有倾斜角度和偏心轴的旋转机构；驱动装置安装于所述壳体内，驱动装置的输出端连接至旋转机构，托盘安装于旋转机构，保温箱设置于托盘上；细胞培养袋放置于托盘内，驱动装置驱动旋转机构进行360°旋转，旋转机构带动托盘在3D空间范围内进行旋转，托盘带动保温箱内的细胞培养袋做相应的3D旋转运动。由于通过驱动装置带动旋转机构进行360°旋转时，旋转机构带动托盘在3D空间范围内进行旋转，托盘带动保温箱内的细胞培养袋做相应的3D旋转运动，可以使细胞和培养基的混合更加均匀，更有利于细胞的增殖生长，较传统发酵缺罐有更小的剪切力，细胞培养过程中无泡沫产生，提高细胞活性。

Description

一种生物摇床

技术领域

本发明涉及生物医疗技术领域，具体涉及一种生物摇床。

背景技术

一次性生物反应器的种类很多，包括膜生物反应器，波浪式生物反应器，摇动式生物反应器，搅拌式生物反应器，气体驱动式反应器等，其细胞混匀方式各不相同。以传统摇瓶和搅拌式生物反应器为例，其水平往复摇动或水平圆周摇动的摇瓶混合培养液的效果不是很好，培养液中的溶解氧含量不是很高。

发明内容

本申请提供一种生物摇床，包括壳体、驱动装置、托盘、保温箱和具有倾斜角度和偏心轴的旋转机构；

驱动装置安装于壳体内，驱动装置的输出端连接至旋转机构，托盘安装于旋转机构，保温箱设置于托盘上；

细胞培养袋放置于托盘内，驱动装置驱动旋转机构进行360°旋转，进而，旋转机构带动托盘在3D空间范围内进行旋转，托盘带动保温箱内的细胞培养袋做相应的3D旋转运动。

一种实施例中，旋转机构包括：斜盘、弹性件和轴承机构；

斜盘下部设有中心槽，斜盘上部设有相对中心槽偏心的偏心轴；

驱动装置的输出端置于中心槽内，轴承机构套接于偏心轴上，托盘与轴承机构连接；

弹性件呈圆筒状，套设于斜盘，弹性件的下端部承接于壳体上表面，弹性件的上端部承接于托盘下方。

一种实施例中，斜盘与轴承机构的接触面为倾斜面。

一种实施例中，弹性件的下端部固定连接于壳体上表面。

一种实施例中，驱动装置为电机。

一种实施例中，弹性件为橡胶圈。

一种实施例中，温度控制装置，温度控制装置包括加热板、温度探头和处理器；

托盘的中心位置设有向上开口的容纳槽，托盘的上表面于容纳槽两侧分别设有长条形卡槽，加热板分别设置于长条形卡槽内；

温度探头设置于容纳槽内，且温度探头的顶部与加热板顶部齐平；

温度探头将采集细胞培养袋的温度实时传送至处理器，处理器根据获取的温度控制加热板的启停。

一种实施例中，温度控制装置还包括弹性支撑部，弹性支撑部安装于容纳槽内，弹性支撑部的底部与容纳槽的底部连接，弹性支撑部的顶部抵至温度探头。

一种实施例中，温度控制装置还包括人机界面，人机界面与处理器交换数据。

依据上述实施例的生物摇床，由于通过驱动装置带动旋转机构进行360°旋转时，旋转机构带动托盘在3D空间范围下进行旋转，进而，托盘带动保温箱内的细胞培养袋做相应的3D旋转运动，可以提供更温和的混匀模式，使细胞和培养基的混合更加均匀，更有利于细胞的增殖生长，较传统发酵缺罐有更小的剪切力，细胞培养过程中无泡沫产生，提高细胞活性；另外，细胞培养袋做3D旋转运动的过程中通过温度控制装置对其进行加热和保温，利于细胞批量化培养。

附图说明

图1为生物摇床结构示意图；

图2为旋转机构结构示意图；

图3为斜盘结构示意图；

图4为温度控制装置安装示意图；

图5为温度控制装置安装局部放大示意图；

图6为温度控制装置原理图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。

在生物反应器混匀方式方面，依据机械结构的不同，一般可分为“跷跷板”式和平面回旋式。“跷跷板”式一般由电机提供动力，通过电机的在一定角度内的往复旋转带动轴的往复转动，轴就会带动支架上的托盘做跷跷板式运动；平面回旋式也是由电机提供动力，通过电机的旋转带动支架上的托盘在平面内做旋转运动。这两种混匀方式不能使细胞和培养基混合更加均匀，不利于细胞对营养物质和氧气的吸收；因此，本例提供一种具有3D旋转混匀模式的生物摇床，其结构图如图1所示。

本例的生物摇床包括壳体1、驱动装置2、托盘3、保温箱4和旋转机构5，本例的驱动装置2优选为电机，驱动装置2安装于壳体1内，驱动装置2的输出端连接至旋转机构5，托盘3安装于旋转机构5，保温箱4设置于托盘3上；细胞培养袋6放置于托盘3内，驱动装置2驱动旋转机构5进行360度旋转，进而，旋转机构5带动托盘3在3D空间范围内进行旋转，托盘3带动保温箱4内的细胞培养6袋做相应的3D旋转运动。

本例采用3D旋转混匀的模式，一方面细胞和培养基混合更加均匀，可进一步扩大细胞同培养基的接触面积，提高培养液中溶解氧的量，同时降低细胞剪切力，为细胞的增殖生长提供更好的外部环境。另一方面避免了搅拌式发酵罐中搅拌浆叶端和鼓泡对细胞的伤害，提供温和、低剪切力、高溶氧的细胞培养微环境，有利于改善细胞状态、提高细胞密度和产量。另外，相对于“跷跷板”式和平面旋转式，3D旋转混匀的模式优势在于：可以提供更温和的混匀模式，使细胞和培养基混合的更加均匀，更有利于细胞的增殖生长。

实现摇床3D旋转混匀的技术方案中，重点在于旋转机构5的设计，本例的旋转机构5具有一定倾斜角度和偏心，具体的，如图2和图3所示，本例的旋转机构5包括斜盘51、弹性件52和轴承机构53，斜盘51下部设有中心槽511，斜盘51上部设有相对中心槽511偏心的偏心轴512；驱动装置2的输出端置于中心槽511内，轴承机构53套接于偏心轴512上，其中，斜盘51与轴承机构53的接触面为倾斜面，托盘3与轴承机构53连接；弹性件52呈圆筒状，套设于斜盘51，弹性件52的下端部承接于壳体1上表面，弹性件52的上端部承接于托盘3下方。

驱动装置2与旋转机构5相配合实现摇床3D旋转混匀的方式是：驱动装置2驱动带有一定倾斜角度和偏心轴的斜盘51进行360°旋转运动，斜盘51和轴承机构53相对旋转运动，轴承机构53和托盘3通过螺丝连接，在弹性件52的限位下，托盘3在一定3D空间范围内进行旋转运动，托盘3的运动则带动保温箱1内细胞培养袋6做相应的3D旋转运动(速度范围2～40rpm)，最终达到细胞培养袋6的细胞培养液充分混合的目的。

本例的弹性件52的功能是：托盘3在一定3D空间范围内进行旋转运动时，弹性件52对其倾斜旋转进行限位；优选的，本例的弹性件52为橡胶圈，且，弹性件52的下端部固定连接于壳体1上表面。

进一步，为了实现细胞培养袋2在3D空间范围内进行旋转的过程中对其进行加热、保温，本例还包括温度控制装置7，温度控制装置7包括加热板71、温度探头72、处理器73、加热板控制器74、人机界面75和弹性支撑部76。

温度控制装置7的安装示意图如图4所示，局部放大图如图5所示，原理图如图6所示，温度控制装置7的具体安装方式及工作原理是：托盘3的的中心位置设有向上开口的容纳槽，托盘3的上表面于容纳槽两侧分别设有长条形卡槽，加热板71分别设置于长条形卡槽内，温度探头72设置于容纳槽内，且温度探头72的顶部与加热板71顶部齐平；细胞培养袋6放入托盘3内，完全覆盖住加热板71，使加热板71的热量传导给细胞培养袋6，此时，温度探头72的顶部抵至细胞培养袋6，盖上保温箱4，保证保温箱4内温度不损失，处理器73设定好加热温度后，处理器73向加热板控制器74发送指令信号，加热板控制器74根据该指令信号控制加热板71开始加热，加热的过程中，温度探头72实时采集细胞培养袋6的温度，并将采集的温度传送至处理器73，处理器73将接收的温度值与预设的温度值进行比较判断，若判断到接收的温度值超过预设的温度值，则处理器73向加热板控制器74发送停止指令信号，加热板控制器74根据该停止指令信号控制加热板71停止加热。

进一步，通过人机界面75输入需求的温度参数，人机界面75与处理器73进行数据交换。

进一步，本例的弹性支撑部76安装于容纳槽内，弹性支撑部76的底部与容纳槽的底部连接，弹性支撑部76的顶部抵至温度探头72，其中，弹性支撑部76包括具有弹性量的弹簧，设置弹簧目的是使其上部的温度探头72的高度随细胞培养袋6压力大小而上下浮动，以保证温度探头72和细胞培养袋6接触紧密，如果温度探头72高度太高会使细胞培养袋6顶起，这样会造成细胞培养袋6内细胞剪切力过大而死亡，如果温度探头72高度过低，这样会造成温度探头72和细胞培养袋6接触不紧密，影响热传导效率和温度探头72的反应时间。

本的生物摇床不但可以满足3D旋转功能，而且具有加热和保温功能，可以提供更温和的混匀模式，使细胞和培养基混合的更加均匀，更有利于细胞的增殖生长。

以上应用了具体个例对本发明进行阐述，只是用于帮助理解本发明，并不用以限制本发明。对于本发明所属技术领域的技术人员，依据本发明的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。

Claims (5)

1.一种生物摇床，其特征在于，包括：壳体、驱动装置、托盘、保温箱和具有倾斜角度和偏心轴的旋转机构；

所述驱动装置安装于所述壳体内，所述驱动装置的输出端连接至所述旋转机构，所述托盘安装于所述旋转机构，所述保温箱设置于所述托盘上；

细胞培养袋放置于所述托盘内，所述驱动装置驱动所述旋转机构进行360°旋转，所述旋转机构带动所述托盘在3D空间范围内进行旋转，所述托盘带动所述保温箱内的细胞培养袋做相应的3D旋转运动；

所述旋转机构包括：斜盘、弹性件和轴承机构；

所述斜盘下部设有中心槽，所述斜盘上部设有相对所述中心槽偏心的偏心轴；

所述驱动装置的输出端置于所述中心槽内，所述轴承机构套接于所述偏心轴上，所述托盘与所述轴承机构连接；

所述弹性件呈圆筒状，套设于所述斜盘，所述弹性件的下端部承接于所述壳体上表面，所述弹性件的上端部承接于所述托盘下方；

所述斜盘与所述轴承机构的接触面为倾斜面；

所述生物摇床还包括温度控制装置，

所述温度控制装置包括加热板、温度探头和处理器；

所述托盘的中心位置设有向上开口的容纳槽，所述托盘的上表面于所述容纳槽两侧分别设有长条形卡槽，所述加热板分别设置于所述长条形卡槽内；

所述温度探头设置于所述容纳槽内，且所述温度探头的顶部与加热板顶部齐平；

所述温度探头将采集细胞培养袋的温度实时传送至所述处理器，所述处理器根据获取的温度控制所述加热板的启停；

所述温度控制装置还包括弹性支撑部，所述弹性支撑部安装于所述容纳槽内，所述弹性支撑部的底部与所述容纳槽的底部连接，所述弹性支撑部的顶部抵至所述温度探头。

2.如权利要求1所述的生物摇床，其特征在于，所述弹性件的下端部固定连接于所述壳体上表面。

3.如权利要求1所述的生物摇床，其特征在于，所述驱动装置为电机。

4.如权利要求1所述的生物摇床，其特征在于，所述弹性件为橡胶圈。

5.如权利要求1所述的生物摇床，其特征在于，所述温度控制装置还包括人机界面，所述人机界面与所述处理器交换数据。