CN107739713A - 一种适用于空间细胞自动培养的换液系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于空间细胞自动培养的换液系统，包括：营养液袋，硅橡胶管、培养单元、蠕动泵、废液袋。营养液袋是软质营养液储液袋，用于低温存储新鲜营养液，储液袋上只有一个进出液口，其上可安装连接硅橡胶管的直通管接件。硅橡胶管连接主要功能单元，既可以用于细胞液体输运和预加热使营养液流入，也可以使营养液排出。细胞培养单元用于细胞自动培养和观察，新鲜营养液可以在培养单元内进行充分扩散。废液袋是软质储液袋，用于存储培养单元流出的废液。小型蠕动泵及泵的控制系统用于对液体输运产生动力。本发明安装方便、温度均衡、气密性好，便于观察，实现了空间细胞自动培养所需的营养液换排需求，经地面及空间飞行试验验证可行。

Description

一种适用于空间细胞自动培养的换液系统

技术领域

本发明涉及空间生物技术，特别是指一种适用于空间微重力环境下、应用于空间细胞体外自动培养的换液系统。

背景技术

体外细胞培养技术已经成为细胞相关的生物学研究的基础，随着空间生命科学研究的发展,人们将细胞、组织培养技术与微重力环境相结合产生了组织工程研究的一个新领域——微重力组织工程。模拟太空微重力条件下细胞培养和组织构建研究表明,微重力环境有利于细胞的三维生长,形成具有功能的组织样结构,培养后的三维组织无论从形态上还是基因表达上都更接近于正常的机体组织。这种微重力对细胞的作用效应,将可能为未来组织工程和再生医学研究提供一条新途径。体外细胞培养是一种在为细胞生长提供适宜的环境和营养供给的现代生物学试验技术。细胞是非常敏感的，对生长环境要求十分苛刻。一般情况下，细胞所需要的环境必须保持恒定，包括：适宜的温度、湿度、酸碱度(pH值)，特定的气体环境，一定的营养物质，以及要保持无菌、无毒的环境等。目前，细胞培养的实验室常规操作包括，由试验人员定期将培养皿在无菌操作台内为细胞更换新鲜营养液，然后将培养皿放在恒温培养箱里进行培养。细胞工厂内进行大规模细胞培养则需要复杂的保温及液体管理系统，不能满足空间细胞培养的设计条件。

空间细胞自动培养需要在微重力情况下，为细胞生长提供足够的营养，微重力情况下，液体不会沉在培养单元底部，因此需要将整个液体密封在换液系统内部；细胞培养需要在无菌环境下进行，因此设计需要方便系统组装；为了减少地面重力效益的影响，缩短细胞在重力情况下的培养时间，复苏细胞与火箭发射之间的间隔时间越短越好，因此需要操作过程需简单可靠。此外，航天仪器要求小型化、自动化，能长期在无人条件下运行。因此设计能够满足细胞空间自动培养所需的小型化、方便组装、可靠性高的换液系统就成了解决空间细胞培养技术的关键问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种适用于空间细胞自动培养的换液系统，包括营养液袋、硅橡胶管、培养单元、蠕动泵、废液袋。

一种适用于空间细胞自动培养的换液系统，包括营养液袋1，硅橡胶管2，培养单元3，硅橡胶管4，蠕动泵5，硅橡胶管6，废液袋7。

营养液袋1采用生物相容性好的聚偏氟乙烯PVDF材质的柔性软质储液袋。

培养单元3两端加工有一个进液口和一个出液口，如图2所示，包括：反应器盖8；密封圈9；反应器体10；管接头11。

所述的蠕动泵5为泵头易拆装的蠕动泵，方便无菌操作时的管路拆装。

所述废液袋7，采用聚偏氟乙烯PVDF材质的柔性软质储液袋。。

营养液袋1上只有一个进出液口，该进出液口通过直通管接件与硅橡胶管2相连接；营养液袋1放置于固定的低温盒内，盒子容积大于等于营养液袋装满液体后的体积。培养单元3的进液口通过硅橡胶管2与营养液袋1相连接，出液口通过硅橡胶管6经蠕动泵5与废液袋7相连接；培养单元上盖可打开，装入细胞后密封。

实现本发明的技术方案为：

(1)临射安装时，将灭菌后的营养液袋、硅橡胶管、培养单元、蠕动泵、废液袋在无菌操作台打开包装；

(2)将新鲜培养液灌入营养液袋，灌入所需液体量后，将袋中气体排净，然后用止血钳夹住硅橡胶管的远离液袋端；

(3)将细胞装入培养单元；

(4)连接硅橡胶管，确保营养液袋---硅橡胶管---培养单元内没有气泡；

(5)将培养单元至废液袋之间的硅橡胶管压入蠕动泵泵头；

(6)最后连接排净气体的空废液袋，完成组装。

在轨进行细胞自动培养时，控制系统根据实验流程打开蠕动泵，蠕动泵将培养单元内的液体抽入废液袋，由于压力的原因，营养液袋内的营养液流入培养单元，实现对细胞营养液的自动更换。蠕动泵流速在满足液体总更换量的情况下，流速要尽量缓慢，一方面为了保证营养液在流入培养单元前温度已被预热到培养温度，另一方面为了保证新鲜的营养液在培养单元内有充分的时间进行扩散。

本发明的优点：

1、该系统安装方便，通过硅橡胶管将营养液袋、培养单元和废液袋串接起来，蠕动泵采用易安装泵头的蠕动泵；

2、该系统的营养液温度均匀，换液时，缓慢进液，可确保流入培养单元内的营养液温度已经达到培养温度。

3、该系统的整个培养体系为气密设计，既满足了空间培养的需要，又减小了反应体系受污染的几率。

4、该系统的换液系统将蠕动泵放在培养单元和废液袋之间，在蠕动泵工作期间产生的气泡不会进入培养单元，保证了细胞培养和观察条件。

附图说明

图1为空间细胞自动培养换液系统结构示意图。

图中：1.营养液袋；2.硅橡胶管1；3.培养单元；4.硅橡胶管2；5.蠕动泵；6.硅橡胶管3；7.废液袋。

图2为培养单元结构示意图。

图中：8.反应器盖；9.密封圈；10.反应器；11.管接头。

具体实施方式

本专利所述装置在空间飞行试验及地面比对试验中进行了验证，具体操作步骤如下：

(1)在无菌操作台将灭菌后的各个组部件进行组装，包括向营养液袋内灌装无菌营养液，连接硅橡胶管，打开培养单元上盖，移入细胞，拧紧上盖，排掉培养单元和管路中的气体，连接蠕动泵，连接废液袋，完成组装。

(2)将组装好的管路系统装入细胞培养箱，包括将营养液袋放入低温保存盒，将培养单元固定到37℃培养板上，固定好蠕动泵和硅橡胶管。

(3)根据试验流程开始试验，包括对培养单元进行37℃温度控制，对营养液袋存储区进行制冷，使之低于10℃，每天开启一次蠕动泵，每次开启时间持续十分钟，更换营养液量约2.5ml。

(4)试验过程中，可通过显微镜自动观察培养单元内的细胞形态，试验结束后，将管路系统从培养箱取出，并在无菌操作台进行拆解。

经地面试验和空间试验表明，本套细胞自动培养换液系统，可以满足细胞生长期间的营养液自动更换的需求。

Claims (1)

1.一种适用于空间细胞自动培养的换液系统，包括营养液袋(1)，硅橡胶管(2)，培养单元(3)，硅橡胶管(4)，蠕动泵(5)，硅橡胶管(6)，废液袋(7)，其特征在于：

所述的营养液袋(1)采用生物相容性好的聚偏氟乙烯PVDF材质的柔性软质储液袋；

所述的培养单元(3)两端加工有一个进液口和一个出液口，包括反应器盖(8)；密封圈(9)；反应器体(10)；管接头(11)；

所述的蠕动泵(5)为泵头易拆装的蠕动泵，方便无菌操作时的管路拆装；

所述的废液袋(7)，采用聚偏氟乙烯PVDF材质的柔性软质储液袋；

所述的营养液袋(1)上只有一个进出液口，该进出液口通过直通管接件与硅橡胶管(2)相连接；营养液袋(1)放置于固定的低温盒内，盒子容积大于等于营养液袋装满液体后的体积。培养单元(3)的进液口通过硅橡胶管(2)与营养液袋(1)相连接，出液口通过硅橡胶管(6)经蠕动泵(5)与废液袋(7)相连接；培养单元上盖可打开，装入细胞后密封。