CN108102914A - 干细胞自动培养系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种干细胞自动培养系统，包括：抓取机构、导轨机构、入料仓、离心机、培养箱、配液中心、出料仓及空气净化系统；入料仓用于传入用于单次培养干细胞的耗材；抓取机构用于对培养瓶进行抓取及放置；导轨机构用于带动抓取机构运动；离心机用于对培养瓶中的干细胞进行离心处理；培养箱用于对干细胞进行培养得到成品干细胞；配液中心用于在入料仓中将培养瓶中的种子干细胞接种到空的培养瓶，以及将单批次结束后待收集的全部成品干细胞进行浓缩并分装到冻存管；出料仓用于将装有成品干细胞的冻存管传出；空气净化系统用于对干细胞培养所处内部环境的空气进行净化处理。本发明能够实现干细胞培养的自动化，提高培养效率。

Description

干细胞自动培养系统

技术领域

本发明涉及细胞制备技术领域，尤其涉及一种干细胞自动培养系统。

背景技术

21世纪是细胞治疗的时代，无论是以CAR-T为代表的“肿瘤细胞免疫治疗”，还是诺奖级万能细胞“干细胞治疗”，都拥有数千亿美金的市场空间，引领未来医学革命。细胞疗法成为继蛋白药物、化学药物、医药器械之后的第四大类医疗方法，而干细胞治疗是细胞治疗的一个方向，干细胞培养工艺则是支撑干细胞疗法的根基。传统手工培养干细胞的方式存在着效率低、感染几率高、出错率高、质量监控难等弊端，由于操作人员的经验、手法和习惯不同，往往会导致所培养的干细胞状态不一致，从而影响干细胞的质量。目前最可靠的途径就是使用自动化系统来替代人工，这已经成为当前行业的趋势，在细胞应用需求迎来爆发性增长的同时，对提高细胞生产制备效率，有效降低生产制备成本，统一生产制备质量标准等方面提出了更严苛的要求，以满足巨大的市场容量及精准医疗中多样性的需求。

现有的自动化细胞培养系统难以规模化，无法实现全流程自动化、智能化，依然需要大量人工参与；人工记录生产数据，难以实现生产大数据综合利用；多为专用细胞设备，不同细胞工艺间移植适应性较差；环境要求依然较高，人工污染风险依然存在以及制备应用较难注册认证形成规模复制推广。

有鉴于此，有必要提出对目前的细胞系统培养系统进行进一步的改进。

发明内容

为解决上述至少一技术问题，本发明的主要目的是提供一种干细胞自动培养系统。

为实现上述目的，本发明采用的一个技术方案为：提供一种干细胞自动培养系统，包括：

入料仓，所述入料仓用于传入用于单次培养干细胞的耗材，所述耗材至少包括培养瓶、冻存管；

抓取机构，所述抓取机构用于对培养瓶进行抓取及放置；

导轨机构，所述导轨机构上安装有抓取机构，用于带动抓取机构运动；

离心机，所述离心机用于对培养瓶中的干细胞进行离心处理；

培养箱，所述培养箱用于对培养瓶中的干细胞进行培养得到成品干细胞；

配液中心，所述配液中心用于在入料仓中将培养瓶中的种子干细胞接种到空的培养瓶，以及将单批次结束后待收集的全部成品干细胞进行浓缩并分装到冻存管；

出料仓，所述出料仓用于将装有成品干细胞的冻存管以及中间检测试剂传出；

空气净化系统，用于对干细胞培养所处内部环境的空气进行净化及检测处理。

其中，所述抓取机构包括机械臂及安装于机械臂端部的固定夹具，所述固定夹具用于夹固培养瓶，所述机械臂安装于导轨机构上且可带动培养瓶运动。

其中，所述机械臂及固定夹具之间连接有电线及气管，所述电线及气管均内置于机械臂及固定夹具中。

其中，所述机械臂上还设置有CCD模块，所述CCD模块用于扫描培养瓶的编码以及视觉定位；

所述干细胞自动培养系统还包括中转工作站，所述中转工作站用于扫描及中转八角瓶。

其中，所述入料仓还包括消毒装置，所述消毒装置通过雾化过氧化氢或紫外灯对传入的培养瓶进行消毒。

其中，还包括用于收集废弃培养瓶的废瓶收集箱及收集单批次干细胞生产废液的废液收集箱，所述废瓶收集箱设有用于提示废瓶存量及告警的第一传感器；所述废液收集箱设有用于提示废液也为及告警的第二传感器。

其中，还包括视觉检测组件，所述视觉检测组件用以对培养瓶中的干细胞进行贴壁观察。

其中，还包括开瓶组件，所述开瓶组件用于打开培养瓶的瓶盖。

其中，还包括冻存管开盖组件，所述冻存管开盖组件用于对冻存管瓶盖的开/关。

其中，所述培养瓶为八角瓶。

本发明的技术方案主要包括抓取机构、导轨机构、入料仓、离心机、培养箱、配液中心、出料仓及空气净化系统，工作时，先通过抓取机构抓取培养瓶，该抓取机构随着导轨机构运动而运动时，可将培养瓶拖出入料仓，由入料仓对培养瓶进行处理，由配液中心将培养瓶中的种子干细胞接种到其他空的培养瓶中，放入培养箱培养后得到二代干细胞，二代干细胞经离心机的离心后放入置入培养箱中进行扩展培养，在多次扩展培养后得到成品干细胞，对成品干细胞进行分装，最后通过出料仓实现成品干细胞的传出，实现培养干细胞培养的自动化，大大提高了生产效率，减少人为差错率；整个内部环境通过空气净化系统净化，以提供无菌环境，进而提高成品干细胞的质量。

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示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明一实施例干细胞自动培养系统的模块示意图。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

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的一部分实施例，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作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。

需要说明，本发明中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

请参照图1，在本发明实施例中，该干细胞自动培养系统100，包括：

入料仓30，所述入料仓30用于传入并暂存用于单次培养干细胞的耗材，所述耗材至少包括培养瓶、冻存管、托盘、夹具等等；

抓取机构10，所述抓取机构10用于对培养瓶进行抓取及放置；

导轨机构20，所述导轨机构20上安装有抓取机构10，用于带动抓取机构10运动；

离心机40，所述离心机40用于对培养瓶中的干细胞进行离心处理；

培养箱50，所述培养箱50用于对培养瓶中的干细胞进行培养得到成品干细胞；

配液中心70，所述配液中心70用于在入料仓30中将培养瓶中的种子干细胞接种到空的培养瓶，以及将单批次结束后待收集的全部成品干细胞进行浓缩并分装到冻存管；

出料仓60，所述出料仓60用于将装有成品干细胞的冻存管、托盘、夹具以及中间检测试剂的传出；

空气净化系统80，用于对干细胞培养所处内部环境的空气进行净化及检测处理，该检测处理具体包括湿度，温度，尘埃粒子，压差检测等。

上述实施例中，抓取机构10为机械臂及固定夹具，机械臂及固定夹具组合形成机械手，以对培养瓶进行固定、提取、拖拽、放置等动作。本实施例中，抓取机构10的数量有多个，实现对干细胞培养的各个阶段进行操作，其具体的数量可以根据的实际的要求来设计。导轨组件主要用于传送抓取机构10。运动导轨满足GMP制药设备要求；全封闭式导轨结构，无润滑油脂挥发污染，不产生潜在影响细胞生产的金属碎屑、无机物碎屑。入料仓30可以对培养瓶进行消毒，配液中心70上设置有分液枪，通过分液枪实现对种子干细胞的接种，进一步通过离心机40的离心处理及培养箱50的培养及扩展培养，得到成品干细胞，该培养箱50内部安装有旋转机构及支架机构，以实现对培养瓶的支撑及旋转。配液中心70还包括有单轴机械手，在单批次的成品干细胞进行收集及浓缩后，通过单轴机械手分装至冻存管中。出料仓60可以将冻存管传出。空气净化系统80包括风机及初滤、高效过滤器，可实现将C级环境净化成A级环境，并且保证20-80Pa的正压，以提高成品干细胞质量。上述的培养瓶具体采用八角瓶。

工作时，干细胞系统通过抓取机构10先抓取培养瓶，该培养瓶中装有种子干细胞P0，该抓取机构10随着导轨机构20运动而运动时，可将培养瓶拖出入料仓30中，由入料仓30对培养瓶进行处理，由配液中心70将培养瓶中的种子干细胞接种到其他空的培养瓶中，放入培养箱培养后得到二代干细胞，经离心机40的离心后放入置入培养箱50中进行扩展培养，在多次扩展培养后得到成品干细胞P4，本方案中为三次扩展培养，对成品干细胞进行分装，最后通过出料仓60实现成品干细胞的传出，实现培养干细胞培养的自动化。

在一具体的实施例方式，所述抓取机构10包括机械臂及安装于机械臂端部的固定夹具，所述固定夹具用于夹固培养瓶，所述机械臂安装于导轨机构20上且可带动培养瓶运动。本实施例中，抓取机构10用以对八角瓶进行有效的稳定抓取与放置；稳定可靠执行离心机、培养箱50门体的开关动作、稳定可靠执行培养箱50内部八角瓶放置滑槽拖出与放回动作。具体的，该抓取机构10还可以用于稳定可靠执行搬运物料存储箱/盒；在入料口、出料口、开关盖平台、配液中心70、检测平台、培养箱50、离心机、废液\废瓶入口，辅料试剂暂存架等位置执行物料抓取及放置动作等等。当然，可以理解的，机械臂的数量有多个。

在一具体的实施例方式，所述机械臂及固定夹具之间连接有电线及气管，所述电线及气管均内置于机械臂及固定夹具中。通过上述的内置或内嵌结构，在使用过程中，不会产生潜在影响细胞生产的金属碎屑、无机物碎屑、润滑油脂等的挥发性污染。

进一步的，所述机械臂上还设置有CCD模块，所述CCD模块用于扫描培养瓶的编码以及视觉定位；扫描后的数据流向工作后台，便于在后续操作出现问题时对培养瓶进行识别。

所述干细胞自动培养系统100还包括中转工作站13，所述中转工作站13用于扫描及中转八角瓶，以调整八角瓶的抓取姿态，对八角瓶进行扫码，完成细胞的震荡悬浮。

在一具体的实施方式中，所述入料仓30还包括消毒装置，所述消毒装置通过雾化过氧化氢或紫外灯对传入的培养瓶进行消毒。该消毒装置可以为入料仓30的一段空间，在每次与外部空间进行连通后，需要经过雾化过氧化氢或紫外灯消毒。

在一具体的实施方式中，还包括用于收集废弃培养瓶的废瓶收集箱15及收集单批次干细胞生产废液的废液收集箱14，所述废瓶收集箱15设有用于提示废瓶存量及告警的第一传感器；所述废液收集箱14设有用于提示废液也为及告警的第二传感器。上述实施例中，该废液收集箱14，只对单批次的废液进行收集，进行统一处理排放。考虑到废液收集箱14的容量有限可能存在的废液溢出问题，在废液收集箱14内还设置有双功能的第二传感器，以检测废液在废液收集箱14的液位，以及在废液即将到达液位时，发出告警消息。同理，考虑到废瓶收集箱15的容量有限可能存在的废瓶装满问题，在废瓶收集箱15内还设置有双功能的第一传感器，以检测废瓶的数量，以及在废瓶达到设定数量时，发出告警消息。

在一具体的实施方式中，还包括视觉检测组件16，所述视觉检测组件16用以对培养瓶中的干细胞进行贴壁观察。上述的视觉检测组件16具体可以为倒置显微镜，可识别目标干细胞、干扰细胞、细菌等干扰物，并输出图片和视频，便于细胞的观察。

在一具体的实施方式中，还包括开瓶组件12，所述开瓶组件12用于打开培养瓶的瓶盖。在用八角瓶培养和扩增细胞时，通过开瓶组件12可以非常方便地开关八角瓶的瓶盖，无需人工操作。

在一具体的实施方式中，还包括冻存管开盖组件11，所述冻存管开盖组件11用于对冻存管瓶盖的开/关。上述的冻存管开盖组件11打开冻存管瓶盖后可由配液中心进行分装处理；关闭冻存管瓶盖后，可由出料仓将冻存管传出。冻存管开盖组件11可完成的一整板的冻存管的开盖及关盖，实现干细胞的自动化生产。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种干细胞自动培养系统，其特征在于，所述干细胞自动培养系统包括：

入料仓，所述入料仓用于传入用于单次培养干细胞的耗材，所述耗材至少包括培养瓶、冻存管；

抓取机构，所述抓取机构用于对培养瓶进行抓取及放置；

导轨机构，所述导轨机构上安装有抓取机构，用于带动抓取机构运动；

离心机，所述离心机用于对培养瓶中的干细胞进行离心处理；

培养箱，所述培养箱用于对培养瓶中的干细胞进行培养得到成品干细胞；

配液中心，所述配液中心用于在入料仓中将培养瓶中的种子干细胞接种到空的培养瓶，以及将单批次结束后待收集的全部成品干细胞进行浓缩并分装到冻存管；

出料仓，所述出料仓用于将装有成品干细胞的冻存管及中间检测试剂的传出；

空气净化系统，用于对干细胞培养所处内部环境的空气进行净化及检测处理。

2.如权利要求1所述的干细胞自动培养系统，其特征在于，所述抓取机构包括机械臂及安装于机械臂端部的固定夹具，所述固定夹具用于夹固培养瓶，所述机械臂安装于导轨机构上且可带动培养瓶运动。

3.如权利要求2所述的干细胞自动培养系统，其特征在于，所述机械臂及固定夹具之间连接有电线及气管，所述电线及气管均内置于机械臂及固定夹具中。

4.如权利要求3所述的干细胞自动培养系统，其特征在于，所述机械臂上还设置有CCD模块，所述CCD模块用于扫描培养瓶的编码以及视觉定位；

所述干细胞自动培养系统还包括中转工作站，所述中转工作站用于扫描并中转八角瓶。

5.如权利要求1所述的干细胞自动培养系统，其特征在于，所述入料仓还包括消毒装置，所述消毒装置通过雾化过氧化氢或紫外灯对传入的培养瓶进行消毒。

6.如权利要求1所述的干细胞自动培养系统，其特征在于，还包括用于收集废弃培养瓶的废瓶收集箱及收集单批次干细胞生产废液的废液收集箱，所述废瓶收集箱设有用于提示废瓶存量及告警的第一传感器；所述废液收集箱设有用于提示废液也为及告警的第二传感器。

7.如权利要求1所述的干细胞自动培养系统，其特征在于，还包括视觉检测组件，所述视觉检测组件用以对培养瓶中的干细胞进行贴壁观察。

8.如权利要求1所述的干细胞自动培养系统，其特征在于，还包括开瓶组件，所述开瓶组件用于打开培养瓶的瓶盖。

9.如权利要求1所述的干细胞自动培养系统，其特征在于，还包括冻存管开盖组件，所述冻存管开盖组件用于对冻存管瓶盖的开/关。

10.如权利要求1-9任一项所述的干细胞自动培养系统，其特征在于，所述培养瓶为八角瓶。