CN108277152B - 细胞复苏用无菌换液装置及利用该装置进行细胞复苏换液的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种细胞复苏用无菌换液装置及利用该装置进行细胞复苏换液的方法，装置包括底座、支架、换液机构、复苏瓶；复苏瓶包括上层瓶、下层瓶；上层瓶、下层瓶螺纹连接；所述上层瓶上端设有橡胶密封塞、下端设有细胞滤网；所述下层瓶上端开口、下端设有密封活塞。本发明创造性的提出上下瓶结构并结合细胞滤网的设计，可以在瓶中冻存、复苏、清洗、置换，利用该装置可以实现低温长时间远距离稳定运输，并且在医院实现无菌便捷换液，从而实现了自然环境下的干细胞复苏、换液，从而用于注射，解决了现有技术一直无法在医院复苏、需要苛刻的无菌环境操作等问题。

Description

细胞复苏用无菌换液装置及利用该装置进行细胞复苏换液的 方法

技术领域

本发明涉及医疗器械技术领域，尤其涉及一种开放环境中的医用干细胞无菌换液装置及利用该装置进行细胞复苏换液的方法。

背景技术

干细胞是人体内具有自我复制和多向分化潜能的原始细胞，在一定的条件下能够诱导分化成神经细胞、肝脏细胞、心肌细胞等构成人体的220多种功能细胞，是我们机体的起源细胞，是形成人体内各组织、器官的原始细胞。而机体的衰老、病变即是由于干细胞数量、质量下降引起。因此干细胞疗法目前已广泛应用于临床，是二十一世纪治疗多种疑难杂症最基础的原料和手段。

干细胞移植治疗目前是干细胞临床应用的主要手段。干细胞移植是把健康的干细胞移植到患者体内，以达到修复或替换受损细胞或组织，从而达到治愈的目的。

干细胞移植前通常需要将细胞培养液更换为注射用配液，而在此环节之前，细胞通常需要经历一段时间的培养，而为了防止因污染或技术原因使长期培养功亏一篑，培养阶段的细胞通常会经历一段或数段细胞低温冻存和复苏过程，细胞深低温保存的基本原理是：在-70℃以下时，细胞内的酶活性均己停止，即代谢处于完全停止状态，故可以长期保存。

目前的干细胞移植治疗方案，受到大部分医院的开放环境无法提供无菌换液条件这一因素的制约，所以通常的流程包括从生物医药公司（或有能力培养干细胞的政府机构和医学院所）取得培养完备的复苏的干细胞；由专业技术人员在全程保证低温稳定的条件下，运送至医院；医院医生完成最后的干细胞注射（移植）。

目前技术缺陷：一方面由于医院通常不具备细胞无菌操作间，所以若用常规冻存瓶运送，则会有干细胞治疗卫生安全性的风险；另一方面，若采用细胞复苏准备在公司完成，经过运输到达医院的方式，由于复苏状态的活细胞对配液温度，二氧化碳浓度以及震动稳定性等外界环境条件及有者极高的要求，因而在运输途中虽然常常耗费大量人力物力，仍然无法避免细胞损失。这两方面限制了复苏状态干细胞的运输的时间和运送有效区域，最终对干细胞临床应用产业的发展造成了制约。

发明内容

为了克服上述技术问题，本发明的目的在于提供一种针对医用干细胞在开放环境中无菌换液的装置，利用该装置可以实现低温长时间远距离稳定运输，并且在医院实现无菌便捷换液。

本发明所采用的技术方案是：

细胞复苏用无菌换液装置，包括底座、支架、换液机构、复苏瓶；所述复苏瓶包括上层瓶、下层瓶；上层瓶、下层瓶螺纹连接；所述上层瓶上端设有橡胶密封塞、下端设有细胞滤网；所述下层瓶上端开口、下端设有密封活塞；所述底座上设有固定杆；所述固定杆与底座旋转连接；所述底座设有通孔；所述通孔内设有隔板；下升降电机的升降杆穿过隔板与密封活塞可拆卸连接；所述换液机构包括上升降电机、固定板、生理盐水储存器、清洗液储存器、生理盐水针头、清洗液针头、抽液泵、吹气泵；所述固定板安装在上升将电机的升降杆上；所述生理盐水针头、清洗液针头分别安装在固定板上，生理盐水针头的长度小于清洗液针头的长度；所述生理盐水针头与生理盐水储存器连通；所述清洗液储存器与清洗液针头连通；所述抽液泵与清洗液储存器连接；所述吹气泵与生理盐水储存器连接。

本发明中，生理盐水针头的长度小于清洗液针头的长度，至于具体比例根据细胞复苏瓶大小设计，这个技术点很好也很重要，生理盐水针头、清洗液针头同时插入细胞复苏瓶中，生理盐水针头位于瓶口处、清洗液针头位于瓶底部上方，具体距离根据细胞数量设计，从而在清洗换液过程无需接触外界，生理盐水针头推入生理盐水、清洗液针头吸出清洗液，安全、卫生。

本发明中，支架主要装载相关部件，从而使得装置为一体，既整洁不散落有利于整体移动，根据需要可以将底座、电机、气泵、储存器等都安装在支架上，支架的形状没有特别限制，优选的，支架包括上边、下边以及连接上边、下边的中间边，下升降电机以及底座安装在下边上，上升降电机安装在上边上，其余部件根据实际需要安装；本发明的各部件都是市购的，具体的连接方式、安装方式都根据设备本身的常识进行；本发明的创造性在于首次公开了一种装置，可以实现自然环境下的干细胞复苏、换液，从而用于注射，解决了现有技术一直无法在医院复苏、需要苛刻的无菌环境操作等问题。

本发明中，固定杆用于固定复苏瓶，与隔板形成上下夹持的效果，从而下升降电机的升降杆推拉密封活塞时，瓶体不动，实现活塞位移带动瓶内细胞悬液变化的效果。优选的，固定杆与底座轴连接，从而实现固定杆的旋转活动，具体轴连接的方式则属于现有常规技术，比如将转动轴穿过固定杆后安装在底座上；进一步优选的，固定杆为L型结构，一边与底座旋转连接，另一边设有开口，该开口可以套在复苏瓶上用于固定复苏瓶，具体开口的位置、大小根据实际需要采用现有常规技术设计；进一步优选的，所述开口内侧壁设有橡胶层，可提供耐摩擦、保护瓶体的效果，进一步的，橡胶为乳胶制备，基本化学成分为顺-聚异戊二烯，弹性好、强度高、综合性能好，本发明的橡胶为现有产品。

上述技术方案中，所述密封活塞与升降杆的可拆卸连接为螺纹连接，具体为在下升降电机的升降杆端部设置外螺纹，在密封活塞底部设置凹槽，凹槽侧壁设置与升降杆端部外螺纹匹配的内螺纹，从而实现密封活塞与升降杆的可拆卸螺纹连接。相比于其他连接方式，此连接牢固、加工容易。

本发明的上下两层瓶可以实现螺纹固定和分离，优选的，上层瓶下端口外侧设置螺纹，下层瓶上端口内侧设置螺纹，从而与上层瓶设置的细胞滤网配合，也防止液体泄漏。

上述技术方案中，下层瓶上端口外侧设有周凹槽，即凹槽围绕下层瓶上端口一圈，可以利于医护人员握紧瓶体或者固定夹固定瓶体，更主要的是，在上下瓶结合处设置凹槽作为施力点可以保持结合处的稳定，避免液体泄露或者污染细胞。

上述技术方案中，细胞滤网可以阻挡细胞同时可以通过缓冲液、生理盐水等液体，有了该结构，可以在瓶中冻存、复苏、清洗、置换，而无需现有技术根据工艺步骤将干细胞分别经过多的装置，同一瓶中操作极大降低了细胞污染风险；细胞滤网安装在上层瓶下端口内壁，优选的，上层瓶下端口内壁设有一圈卡槽，用于卡住细胞滤网，这个结构比起其他结构在稳定的同时可以经受冻存复苏考验，避免低温冻存、高温复苏后，细胞滤网与上层瓶安装不牢、甚至脱落的风险，比如粘接的方式，除了存在污染风险外，经过低温冻存、高温复苏工艺后，胶粘界面可能开裂；进一步优选的，卡槽深度为0.5～0.8毫米，可以满足常规尺寸瓶，卡接安装属于物理结构，几乎不受外界环境的影响，同时由于清洗、置换工艺的特殊性，卡接可能存在的缝隙不会对干细胞产生影响，相反，还会削弱活塞上推对细胞滤网的压力，限定深度的卡槽一方面不会对细胞混悬液的上下运动产生影响，二方面可以稳定住细胞滤网；进一步的，细胞滤网边缘的厚度为其他部分厚度的1.8～2倍，一般而言，细胞滤网为现有产品，一般用来培养细胞后的过滤，为均一厚度，本发明的优选设计中，边缘为细胞滤网上卡在卡槽中的一圈结构，厚一些可以卡接稳定，减少细胞混悬液流动造成的位置变化，同时细胞滤网的厚薄对阻挡细胞影响小，对液体流动有影响，选择其他地方薄的结构利于液体穿透，提高置换效果与效率，还有就是可以对细胞滤网进行随时更换，可以在现有细胞滤网基础上经过常规工艺修改制备边缘厚的细胞滤网。

本发明中，细胞复苏用无菌换液装置为圆形结构，即上层瓶与下层瓶为圆瓶，利于操作与施力，还可以延长各部件的使用寿命。

本发明中，所述下层瓶外侧标有体积刻度，安全提示，可精确定量换液瓶中进出液体体积。

上述技术方案中，所述密封活塞为T型结构，所述下层瓶的底部设有凸起，当密封活塞往下移动时，凸起可以防止活塞脱离瓶体，凸起可以为一个，也可以为几个，凸起可以与T型结构的空隙匹配，也可以略小，不影响本发明效果的发挥。

本发明中，上层瓶、下层瓶的螺纹连接，上层瓶上端橡胶密封塞的设置，下层瓶密封活塞的安装都属于常识，根据发明内容结合附图可以理解清楚。

优选的，所述清洗液针头通过内径3.5～4毫米的软管与抽液泵连接；所述生理盐水针头通过内径6～7毫米的软管与生理盐水储存器连接。干细胞复苏后需要吹打混悬清洗换液从而得到可注射的制剂，通过大管径将吹气泵输出的气流施压下的生理盐水输送给生理盐水针头，从而可以从插入西林口的生理盐水针头输入细胞复苏瓶中，利于吹打混悬，然后通过抽液泵吸力用小口径的软管从插入西林口的清洗液针头吸出清洗液，放在清洗液储存器中，小口径利于保持细胞稳定，避免扰动；所述软管为聚酯软管，为现有产品，聚酯生物相容性好。

优选的，底座的通孔内侧壁设有柔性加热器，可通过螺丝安装，提供热量，保证复苏质量与效率。

优选的，底座的通孔内侧壁设有柔性加热器，可通过螺丝安装，提供热量，保证复苏质量与效率。

优选的，所述隔板设有气流孔，优选气流孔孔径为3mm，位于隔板上的气流孔可以防止潮湿环境中，由于加热导致空气水气凝结于冻存瓶壁形成液体蓄积，保证加热充分。

优选的，所述隔板上设有测温元件，可以实时感知温度变化，温度读数（摄氏度）通过电子屏呈现，提示操作者观察复苏效果，及时终止加热；测温元件以及电子显示屏属于现有产品，其安装连接也是常识，显示屏的位置不做限定，测温元件在隔板上的具体安装方式不做限定，只要不与复苏瓶互相影响即可。本发明中，测温元件为现有产品，其位置根据实际需要设计，一方面可以让医护人员实时看到瓶子所处温度环境是否合适，另一方面在复苏的时候可以对瓶内温度发出直观信息；这些对于提高细胞活力与存活率有利。

本发明首次公开了一种针对医用干细胞在开放环境中无菌换液的装置，创造性的提出上下瓶结构并结合细胞滤网的设计，可以在瓶中冻存、复苏、清洗、置换，尤其是通过底座、换液机构的配合可以实现干细胞换液的无菌操作，而且半自动操作既安全又卫生，还可控；利用该装置可以实现低温长时间远距离稳定运输，并且在医院实现无菌便捷换液。

附图说明

图1为实施例一细胞复苏用无菌换液装置结构示意图。

图2为实施例一上层瓶主视图示意图。

图3为实施例一下层瓶截面结构示意图。

图4为实施例一带有固定杆的底座结构示意图。

图5为实施例二细胞复苏用无菌换液装置结构示意图。

图6为实施例二上层瓶主视图示意图。

图7为实施例二下层瓶截面结构示意图。

图8为实施例二细胞滤网截面结构示意图。

图9为实施例二隔板结构示意图。

图10为实施例二固定杆结构示意图。

图11为实施例四下层瓶截面结构示意图。

其中，底座1、支架2、上层瓶4、下层瓶5、螺纹6、橡胶密封塞7、细胞滤网8、密封活塞9、固定杆10、通孔11、开口12、橡胶层121、隔板13、气流孔131、下升降电机14、上升降电机15、固定板16、生理盐水储存器17、清洗液储存器18、生理盐水针头19、清洗液针头20、抽液泵21、吹气泵22、周凹槽23、卡槽24、凸起25。

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。

实施例一

参见附图1-4：

细胞复苏用无菌换液装置，包括底座1、支架2、换液机构、复苏瓶；

复苏瓶为圆形结构，包括上层瓶4、下层瓶5；上层瓶下端口外侧设置螺纹6，下层瓶上端口内侧设置螺纹（图中未标示），上层瓶、下层瓶螺纹连接；上层瓶上端设有橡胶密封塞7、下端设有细胞滤网8；下层瓶上端开口、下端设有密封活塞9；

底座上设有固定杆10、通孔11，固定杆为L型结构，一边与底座旋转连接，另一边设有开口12，固定杆与底座轴连接（具体连接为现有方式），从而实现旋转连接；通孔内设有隔板13；

支架包括上边、下边以及连接上边、下边的中间边；下升降电机14的升降杆穿过隔板与密封活塞底部螺纹连接，具体为在下升降电机的升降杆端部设置外螺纹，在密封活塞底部设置凹槽，凹槽侧壁设置与升降杆端部外螺纹匹配的内螺纹，附图未标示，具体连接方式为常识；下升降电机以及底座安装在支架的下边上；

换液机构包括上升降电机15、固定板16、生理盐水储存器17、清洗液储存器18、生理盐水针头19、清洗液针头20、抽液泵21、吹气泵22；固定板安装在上升将电机的升降杆上；生理盐水针头、清洗液针头分别安装在固定板上，生理盐水针头的长度小于清洗液针头的长度；生理盐水针头、生理盐水储存器、吹气泵依次连通；清洗液储存器、抽液泵、清洗液针头依次连通；清洗液针头通过内径3.5毫米的软管与抽液泵连接，生理盐水针头通过内径7毫米的软管与生理盐水储存器连接，用足够长软管（现有聚酯软管）连通，从而针头可以上下位移。

实施例二

细胞复苏用无菌换液装置，包括底座、支架、换液机构、复苏瓶；

参见附图5-8，复苏瓶为圆形结构，包括上层瓶4、下层瓶5；上层瓶下端口外侧设置螺纹6，下层瓶上端口内侧设置螺纹（图中未标示），上层瓶、下层瓶螺纹连接；上层瓶上端设有橡胶密封塞7、下端设有细胞滤网8；下层瓶上端开口、下端设有密封活塞9，下层瓶上端口外侧设有周凹槽23，上层瓶下端口内壁设有一圈卡槽24，细胞滤网卡在所述卡槽中，卡槽深度为0.5毫米，细胞滤网边缘的厚度为其他部分厚度的2倍，细胞滤网的边缘卡在卡槽中，具体卡槽的设置以及细胞滤网的卡接、细胞滤网的制备都是根据常规技术进行。

与实施例一近似，底座上设有固定杆、通孔，固定杆为L型结构，一边与底座旋转连接，另一边设有开口，固定杆与底座轴连接，从而实现旋转连接，通孔内设有隔板；增加点在于，开口12内侧壁设有橡胶层121（现有乳胶制备），隔板13设有孔径为3mm的气流孔131；参见附图9、10；气流孔的具体开设方式以及橡胶层的具体制备方式属于常规技术；

与实施例一样，支架包括上边、下边以及连接上边、下边的中间边；下升降电机的升降杆穿过隔板与密封活塞底部螺纹连接，具体为实施例一的方式；下升降电机以及底座安装在支架的下边上；换液机构包括上升降电机、固定板、生理盐水储存器、清洗液储存器、生理盐水针头、清洗液针头、抽液泵、吹气泵；固定板安装在上升将电机的升降杆上；生理盐水针头、清洗液针头分别安装在固定板上，生理盐水针头的长度小于清洗液针头的长度；理盐水针头、生理盐水储存器、吹气泵依次连通；清洗液储存器、抽液泵、清洗液针头依次连通；清洗液针头通过内径4毫米的软管与抽液泵连接，生理盐水针头通过内径7毫米的软管与生理盐水储存器连接，用足够长软管连通，从而针头可以上下位移。

实施例三

细胞复苏用无菌换液装置，包括底座、支架、换液机构、复苏瓶；

复苏瓶为圆形结构，包括上层瓶、下层瓶；上层瓶下端口外侧设置螺纹，下层瓶上端口内侧设置螺纹，上层瓶、下层瓶螺纹连接；上层瓶上端设有橡胶密封塞、下端设有细胞滤网；下层瓶上端开口、下端设有密封活塞，在密封活塞底部根据现有方式安装在气缸活塞杆上，可通过气缸控制密封活塞移动，下层瓶上端口外侧设有周凹槽，上层瓶下端口内壁设有一圈卡槽，细胞滤网卡在所述卡槽中，卡槽深度为0.8毫米，细胞滤网边缘的厚度为其他部分厚度的1.8倍，细胞滤网的边缘卡在卡槽中；下层瓶外侧根据现有方式设有感温涂层并标有体积刻度。

与实施例一近似，底座上设有固定杆、通孔，固定杆为L型结构，一边与底座旋转连接，另一边设有开口，开口内侧壁设有橡胶层，固定杆与底座轴连接，从而实现旋转连接；通孔内设有隔板，隔板设有孔径为3mm的气流孔；气流孔的具体开设方式以及橡胶层的具体制备方式属于常规技术；底座的通孔内侧壁设有柔性加热器，隔板上设有测温元件，柔性加热器、测温元件属于现有产品，它们的具体安装方式属于常规技术，根据本发明的目的与教导，本领域技术人员可毫无疑义的确定，比如可通过螺丝安装，同时测温元件可根据现有方式与现有温显示器连接，给出实时温度；

支架包括上边、下边以及连接上边、下边的中间边；下升降电机的升降杆穿过隔板与密封活塞底部螺纹连接，具体为实施例一的方式；下升降电机以及底座安装在支架的下边上；

换液机构包括上升降电机、固定板、生理盐水储存器、清洗液储存器、生理盐水针头、清洗液针头、抽液泵、吹气泵；固定板安装在上升将电机的升降杆上；生理盐水针头、清洗液针头分别安装在固定板上，生理盐水针头的长度小于清洗液针头的长度；理盐水针头、生理盐水储存器、吹气泵依次连通；清洗液储存器、抽液泵、清洗液针头依次连通；清洗液针头通过内径3.5毫米的软管与抽液泵连接，生理盐水针头通过内径6毫米的软管与生理盐水储存器连接，用足够长软管连通，从而针头可以上下位移。

实施例四

参见附图11，在实施例二的基础上，增加以下特点：密封活塞9为T型结构，下层瓶5的底部设有两个凸起25，具体凸起的设置方式为现有技术，比如与下层瓶一体成型，密封活塞的安装可以采用组装等常规方式。

附图中重复部件只标注一处，附图中一些板的厚度没有体现，比如固定杆没有显示厚度，不影响本领域技术人员的理解。细胞，优选干细胞在公司（或科研机构）无菌培养间中培养一定时间后，加入下层瓶中，将上层瓶与下层瓶通过螺纹拧紧，低温冷冻保存；远距离运输到需要细胞的医院或社会医疗机构后，置于底座通孔中加热复苏（采用柔性加热器或者外界加热）；然后生理盐水针头、清洗液针头插入细胞复苏瓶中，吹气泵将生理盐水通过插入橡胶密封塞的生理盐水针头推入胞复苏瓶中，在将生理盐水推入的同时，从下方将密封活塞利用下升降电机向下牵拉，以平衡瓶中压力；待细胞培养液稀释后，将活塞向上推高，同时通过抽液泵将清洗液吸回清洗液储存器中，完成一次换液；上述过程可重复多次，或换成注射用液，完成换液；最后可以用注射针管穿破细胞过滤筛网将细胞吸出，实施应用。施用本医用复苏瓶，在运输过程中细胞悬液处于冷冻固体状态，能有效防止路途颠簸产生的剪切力导致的细胞聚团破损等问题，提高应用稳定性；在整个清洗和换液过程密封无菌，并且迅速而无需离心，避免过多的离心导致干细胞破裂、降低干细胞成活率以及复苏过程过久会降低细胞活性的问题，因而可以安全有效的提高细胞成活率和活性。经过检测，常规方法复苏细胞并运送，时间持续2小时后细胞存活降至80%，时间越久，存活率越低；而使用本装置，从复苏到注射可以在5分钟内完成，实施例一、二、三、四的细胞存活率为95%、96%、98%、97%。

Claims (9)

1.细胞复苏用无菌换液装置，包括底座、支架、换液机构、复苏瓶；所述复苏瓶包括上层瓶、下层瓶；上层瓶、下层瓶螺纹连接；所述上层瓶上端设有橡胶密封塞、下端设有细胞滤网；所述下层瓶上端开口、下端设有密封活塞；所述底座上设有固定杆；所述固定杆与底座旋转连接；所述底座设有通孔；所述通孔内设有隔板；下升降电机的升降杆穿过隔板与密封活塞可拆卸连接；所述换液机构包括上升降电机、固定板、生理盐水储存器、清洗液储存器、生理盐水针头、清洗液针头、抽液泵、吹气泵；所述固定板安装在上升将电机的升降杆上；所述生理盐水针头、清洗液针头分别安装在固定板上，生理盐水针头的长度小于清洗液针头的长度；所述生理盐水针头、生理盐水储存器、吹气泵依次连通；所述清洗液储存器、抽液泵、清洗液针头依次连通；所述隔板上设有测温元件；所述底座的通孔内侧壁设有柔性加热器；所述细胞滤网可以阻挡细胞同时可以通过缓冲液、生理盐水。

2.根据权利要求1所述细胞复苏用无菌换液装置，其特征在于，所述支架包括上边、下边以及连接上边、下边的中间边；所述隔板设有气流孔；下升降电机以及底座安装在下边上，上升降电机安装在上边上。

3.根据权利要求1所述细胞复苏用无菌换液装置，其特征在于，所述固定杆与底座轴连接；所述固定杆为L型结构，一边与底座旋转连接，另一边设有开口；所述开口内侧壁设有橡胶层；所述橡胶为乳胶制备。

4.根据权利要求1所述细胞复苏用无菌换液装置，其特征在于，所述上层瓶下端口外侧设置螺纹，下层瓶上端口内侧设置螺纹；所述密封活塞为T型结构；所述下层瓶的底部设有凸起。

5.根据权利要求1所述细胞复苏用无菌换液装置，其特征在于，下层瓶上端口外侧设有周凹槽；所述密封活塞与升降杆的可拆卸连接为螺纹连接。

6.根据权利要求1所述细胞复苏用无菌换液装置，其特征在于，所述上层瓶下端口内壁设有一圈卡槽，所述细胞滤网卡在所述卡槽中；所述卡槽深度为0.5～0.8毫米；所述细胞滤网边缘的厚度为其他部分厚度的1.8～2倍。

7.根据权利要求1所述细胞复苏用无菌换液装置，其特征在于，所述清洗液针头通过内径3.5～4毫米的软管与抽液泵连接；所述生理盐水针头通过内径6～7毫米的软管与生理盐水储存器连接；所述软管为聚酯软管。

8.利用权利要求1所述细胞复苏用无菌换液装置进行细胞复苏换液的方法，其特征在于，包括以下步骤，将带有冷冻细胞的复苏瓶置于底座通孔中加热复苏；然后将生理盐水针头、清洗液针头插入细胞复苏瓶中，吹气泵将生理盐水通过插入橡胶密封塞的生理盐水针头推入胞复苏瓶中，在将生理盐水推入的同时，将密封活塞利用下升降电机向下牵拉；待细胞培养液稀释后，将活塞向上推高，同时通过抽液泵将清洗液吸回清洗液储存器中，完成一次换液；重复上述过程多次，最后加入生理盐水，完成换液。

9.根据权利要求8所述方法，其特征在于，采用柔性加热器加热复苏；所述细胞为干细胞。