CN108715809B - 一种空间站细胞培养瓶及辅助装置 - Google Patents

Abstract

一种空间站细胞培养瓶及辅助装置，它涉及一种培养瓶及辅助装置，本发明要解决目前没有在太空微重力特定环境下模拟一定重力环境培养细胞的方法的问题。本发明包括培养瓶体和与其配合的辅助运转装置，细胞培养瓶包括连接培养瓶各环的端盖，端盖上开有通气孔；两侧端盖上设置有螺纹接头，端盖内部含有灌流通道，可将细胞液用注射器通过螺纹接头注入灌流通道，沿瓶体灌流通道经支流通道输送至培养室；细胞培养瓶辅助装置包括机架、机架上的传动固定机构，传动固定结构包括限位支架，限位轮与机架共同限制太空微重力环境细胞培养瓶的位置，并通过计算机与中央控制器对微电机经皮带，驱动转轮进行转速控制驱动细胞培养瓶旋转。

Description

一种空间站细胞培养瓶及辅助装置

技术领域

本发明涉及一种空间站细胞培养瓶及辅助装置，属于空间生物细胞培养领域。

背景技术

航天技术的发展，使生命保障技术和生物学专家认识到，载人航天的目标不只是近地轨道上的短期飞行，还有月球基地、火星基地和更加遥远的深空探测和驻地，要实现伟大目标，必须依靠生物再生生命保障系统技术。在科学家基于空间环境特点，人工设计建造的密闭微生态循环系统中，生物技术，尤其是细胞学，承担了生命科学的主要任务。在太空中进行培养细胞，既可以了解在微重力环境中各类细胞的代谢活性改变，以便掌控物种的改变、太空人健康的改变，同时可以通过在太空中模拟地面重力环境进行各类细胞培养，以解决未来太空人长期在太空中需要进行机体健康提升、细胞抗衰老、细胞治疗等需求。

细胞培养瓶可广泛应用于各科研、临床和医疗机构，针对细胞、组织培养和某些特殊微生物的培养，细胞动力学研究、哺乳动物细胞分泌物的收集、各种物理、化学因素的致癌或毒理效应、抗原的研究和生产、培养杂交瘤细胞生产抗体、体外授精(IVF)、干细胞、组织工程、药物筛选等研究领域。

细胞培养瓶，不论是在太空中还是在地面上，一般由瓶体和瓶盖组成，由于培养细胞需要透气，因此需要在实现通气的同时，防止瓶体外部的灰尘以及细菌进入到瓶体内部，影响培养细胞试验结果的准确性。目前常规地面重力条件下细胞培养瓶培养测试中，瓶口的CO₂浓度和瓶底的差异很大，瓶口可以根据浓度设定保证5％，但瓶底部则明显偏低，造成细胞生长分布不均匀；常规的地面用培养瓶在收获扩增的贴壁细胞时，也发现贴壁细胞消化不彻底，要进行反复吹打才能尽可能消化收集细胞；地面培养由于空间足够，因此不考虑在狭窄的环境中进行多种类细胞的培养，常规的细胞培养瓶不适合在太空中使用。

发明内容

本发明要解决目前没有在太空微重力特定环境下模拟一定重力环境培养细胞的方法的问题，而开发出适合在航天在轨环境下使用，用于空间站细胞培养的装置。

本发明的一种空间站细胞培养瓶，所述细胞培养瓶包括培养瓶体和端盖；

培养瓶体是由多个不同直径大小的培养瓶组成的同心圆柱体；每个培养瓶为中空圆柱体；每个培养瓶之间通过肋板连接在一起；

每个培养瓶沿周向在侧壁内均开设有多个腔室作为培养室，且培养瓶由上至下设置多层培养室；培养室内侧面设有通气孔一，通气孔一上安装有疏水隔湿膜；

所述端盖盖于培养瓶体上；端盖上开有多个通气孔二，通气孔二与培养室连通；所述端盖中间处设置有螺纹接头；

每个培养瓶的侧壁内均设置有A路灌流主通道和B路灌流主通道；A路灌流主通道和B路灌流主通道分别通过A路支流通道和B路支流通道与相邻的培养室连通；且A路灌流主通道和B路灌流主通道分别与相邻培养瓶上的A路支流通道和B路支流通道连通；

每个培养瓶上的A路灌流主通道和B路灌流主通道均排布成U形结构；

B路灌流主通道的走向为：B路灌流主通道一端位于培养瓶底部的两个相邻培养室之间，沿培养瓶体长度方向向上，然后在培养室上方沿周向经过至少两个培养室后，沿培养瓶体长度方向向下直至培养瓶底部的两个相邻培养室之间；

B路灌流主通道与设置在盖上的B路螺纹接头连通；B路灌流主通道沿培养瓶体长度方向走向的通道与分布于其两侧培养室通过B路支流通道分别连通；

A路灌流主通道的走向为：A路灌流主通道一端位于培养瓶顶部的两个相邻培养室之间，沿培养瓶体长度方向向下，然后在培养室下方沿周向经过至少两个培养室后，沿培养瓶体长度方向向上直至培养瓶顶部的两个相邻培养室之间；

A路灌流主通道与设置在培养瓶底部的A路螺纹接头连通；A路灌流主通道沿培养瓶体长度方向走向的通道与分布于其两侧培养室通过A路支流通道分别连通；

A路灌流主通道与B路灌流主通道交错设置。

本发明的一种空间站细胞培养瓶，所述细胞培养瓶包括培养瓶体和端盖；

培养瓶体是由多个不同直径大小的培养瓶组成的同心圆柱体；每个培养瓶为中空圆柱体；每个培养瓶之间通过肋板连接在一起；

每个培养瓶沿周向在侧壁内均开设有多个腔室作为培养室，且培养瓶由上至下设置多层培养室；培养室内侧面设有通气孔一，通气孔一上安装有疏水隔湿膜；

所述端盖盖于培养瓶体上；端盖上开有多个通气孔二，通气孔二与培养室连通；所述端盖中间处设置有螺纹接头；

每个培养瓶的侧壁内均设置有A路灌流主通道和B路灌流主通道；A路灌流主通道和B路灌流主通道分别通过A路支流通道和B路支流通道与相邻的培养室连通；

每个培养瓶上的A路灌流主通道和B路灌流主通道均排布成U形结构；

B路灌流主通道的走向为：B路灌流主通道一端位于培养瓶底部的两个相邻培养室之间，沿培养瓶体长度方向向上，然后在培养室上方沿周向经过至少两个培养室后，沿培养瓶体长度方向向下直至培养瓶底部的两个相邻培养室之间；

B路灌流主通道与设置在盖上的B路螺纹接头连通；B路灌流主通道沿培养瓶体长度方向走向的通道与分布于其两侧培养室通过B路支流通道分别连通；

A路灌流主通道的走向为：A路灌流主通道一端位于培养瓶顶部的两个相邻培养室之间，沿培养瓶体长度方向向下，然后在培养室下方沿周向经过至少两个培养室后，沿培养瓶体长度方向向上直至培养瓶顶部的两个相邻培养室之间；

A路灌流主通道与设置在培养瓶底部的A路螺纹接头连通；A路灌流主通道沿培养瓶体长度方向走向的通道与分布于其两侧培养室通过A路支流通道分别连通；

A路灌流主通道与B路灌流主通道交错设置。

本发明的一种空间站细胞培养瓶的辅助装置，所述的细胞培养瓶辅助装置包括机架、空间站细胞培养瓶、固定装置、悬臂装置、限位装置和转轮装置；

所述的固定装置、悬臂装置、限位装置和转轮装置均设置于机架上；

所述的固定装置是由固定杆和转轮组成；固定杆上端与转轮连接，下端与机架上表面连接；

所述的悬臂装置是由悬臂固定杆、悬臂、悬臂转轮和扭力弹簧组成；

两个悬臂固定杆下端分别与机架的上表面连接，且对称设置于机架上的左右两侧；两个悬臂的一端分别与两个悬臂固定杆上端连接，且悬臂与悬臂固定杆之间的夹角为90度；另一端分别与悬臂转轮连接；扭力弹簧与悬臂连接；

两个悬臂固定杆之间的区域设置有固定装置、悬臂装置、限位装置和空间站细胞培养瓶；悬臂转轮与空间站细胞培养瓶上部接触；

所述的限位装置由限位轮、限位轮轴和限位支架组成；限位支架下端与机架上表面连接，限位支架上端与限位轮轴下端连接，限位轮轴上端与限位轮轴接；限位轮与空间站细胞培养瓶接触；

限位装置为四个，分别设置在机架上，且每两个相邻的限位装置对称设置，分别与两个空间站细胞培养瓶的上部和下部接触；

所述的转轮装置是由驱动转轮一、驱动转轮二、皮带和微电机组成；微电机设置在机架上的中间处；皮带分别与驱动转轮一、驱动转轮二和微电机连接；驱动转轮一与其中一个空间站细胞培养瓶侧壁上部接触；驱动转轮二与另一个空间站细胞培养瓶侧壁上部接触；且驱动转轮一与驱动转轮二对称设置；

两个空间站细胞培养瓶均横向对称置于机架上方，每个空间站细胞培养瓶靠近底部的左侧壁均与转轮接触；右侧壁分别与驱动转轮一和驱动转轮二接触支撑空间站细胞培养瓶；

两个空间站细胞培养瓶的上部与底部分别与设置在机架上的限位装置接触。

本发明利用空间宇宙射线、微重力独特的条件开展干细胞及生物细胞大规模扩增和组织工程构建，同时地面开展平行实验，通过天地比对实验，初步了解空间微重力环境影响干细胞及其他生物细胞增殖、分化情况和作用机理。

本发明包括培养瓶体和与其配合的辅助运转装置，所述细胞培养瓶包括连接培养瓶各环的端盖，所述端盖上开有通气孔，所述通气孔设置于端盖与两侧肋板之间；所述两侧端盖上设置有螺纹接头，端盖内部含有灌流通道，可将细胞液用注射器通过螺纹接头注入灌流通道。所述灌流通道沿瓶体灌流通道经支流通道输送至培养室，所述培养室为方形结构，沿圆周方向为四平面结构，培养室轴内侧面设有通气孔，通气孔安装有隔湿性空气滤膜，所述通气孔实现培养瓶体内外的气体交换；同时采用隔湿性空气滤膜对进入培养室内的空气进行滤过，防止培养室外部的尘埃以及太空细菌进入到培养室内部污染培养液。所述的细胞培养瓶辅助装置包括机架、机架上的传动固定机构，所述机架包括悬臂固定杆，悬臂，悬臂转轮和扭力弹簧，转轮并与机架上的固定杆，驱动转轮共同支撑细胞培养瓶，所述传动固定结构包括限位支架，限位轮与机架共同限制太空微重力环境细胞培养瓶的位置，并通过计算机与中央控制器对微电机经皮带，驱动转轮进行转速控制驱动细胞培养瓶旋转，本发明可以通过高速旋转的细胞培养瓶模拟一定的重力环境，并通过合理设置的培养瓶及细胞室，充分利用培养空间和面积，增加了细胞培养瓶内能够进行细胞贴壁培养的表面积，可多批次、多种类细胞的同时培养，减小实验空间、缩短实验时间，本发明可用于培养来源于哺乳动物的细胞或微生物和植物细胞。

所述细胞培养瓶包括培养瓶体和与其配合的辅助运转装置，所述细胞培养瓶包括连接培养瓶各环的端盖，所述端盖上开有通气孔，所述通气孔设置于端盖与两侧肋板之间；所述两侧端盖上设置有螺纹接头，端盖内部含有灌流通道，可将细胞液用注射器通过螺纹接头注入灌流通道。

所述灌流通道沿瓶体灌流通道经支流通道输送至培养室，所述培养室为方形结构，沿圆周方向为四平面结构，培养室轴内侧面设有通气孔，通气孔安装有隔湿性空气滤膜，所述通气孔实现培养瓶体内外的气体交换；同时采用隔湿性空气滤膜对进入培养室内的空气进行滤过，防止培养室外部的尘埃以及太空细菌进入到培养室内部污染培养液。

所述的细胞培养瓶辅助装置包括机架、机架上的传动固定机构，所述机架包括悬臂固定杆，悬臂，悬臂转轮和扭力弹簧，转轮并与机架上的固定杆，驱动转轮共同支撑细胞培养瓶，所述传动固定结构包括限位支架，限位轮与机架共同限制太空微重力环境细胞培养瓶的位置，并通过计算机与中央控制器对微电机经皮带，驱动转轮进行转速控制驱动细胞培养瓶旋转。

所述的细胞培养瓶辅助装置主要选用中空碳纤维结合超轻铝合金材质。

所述的细胞培养瓶采用单环多通道或多环双通道输入结构，主体材质选用聚苯乙烯，内表面多聚赖氨酸涂层。

所述的细胞培养瓶采用开有通气孔，所述通气孔设置于端盖与两侧肋板之间，通气孔均匀分布于各环之间空隙间，便于与培养环境的气体充分交换。

本发明与现有技术相比具有以下有益效果：

本发明一种空间站细胞培养瓶及辅助装置结构简单，本发明可以通过高速旋转的细胞培养瓶模拟一定的重力环境，并通过合理设置的培养瓶及细胞室，充分利用培养空间和面积，增加了细胞培养瓶内能够进行细胞贴壁培养的表面积，可同时多批次、多种类细胞的培养，减小实验空间、缩短实验时间。

针对常规培养瓶对贴壁细胞消化率低，细胞不易从培养板底部脱离的问题，采用单环多通道或多环双通道输入结构，可对贴壁细胞消化后利用A路、B路通路将液体喷入和吸出，既解决了贴壁细胞消化后需要反复吹打的问题，也保证了消化后细胞的活性，一举多得。

本发明培养瓶成圆筒结构，培养表面积大可以在有限的空间培养更多的细胞。

针对细胞培养瓶CO₂分布不均匀问题，本发明通过高速离心实现了气体快速均匀分布，解决了培养瓶不同位置气体分布不均问题。

本发明不论是对贴壁细胞、悬浮细胞均可实现良好的细胞培养状态，间充质干细胞呈现出良好的表型表达，没有因为微重力下的模拟重力环境的培养对其造成表型的改变。

本发明对NK细胞培养不仅可以维持良好的细胞结构，而且培养的NK细胞GranymeB及Perforin均显著提高。本发明模拟重力环境下，对脂肪干细胞成骨分化能力有促进作用。这些有益效果对未来宇航员在太空中实现生物治疗提高身体健康有几大的好处。

附图说明

图1为本发明的空间站细胞培养瓶结构示意图；

图2为本发明的空间站细胞培养瓶未连接端盖的俯视图；

图3为本发明的空间站细胞培养瓶剖视图；

图4为本发明的每个培养瓶相互不连通且未连接端盖的装置俯视图；

图5为本发明空间站细胞培养瓶辅助装置结构示意图；

图6为图5的俯视图；

图7为实施例2接种时期的成纤维的细胞数计算不同时间的消化率照片；其中，A为实施例2消化2min图；B为对照组消化5min图；

图8为实施例2接种时期的成纤维的细胞数计算不同时间的消化率柱状图；其中，A为实施例2消化图；B为对照组消化图；

图9为实施例5方法和常规方法培养PBMCs来源的NK细胞的荧光定量PCR结果图；其中，A为NK高表达Granyme B的柱状图，B为NK高表达Perforin的柱状图；

图10为实施例6方法和对照方法扩增后的细胞的成骨分化潜能照片；其中，A为实施例6方法的图片；B为对照方法的图片；

图11为实施例7对VERO细胞自微载体上增殖培养图；

图12为实施例7生产紫草宁的新疆紫草愈伤组织在太空培养瓶中的重量变化图；

图13为E.Coli在实施例7培养瓶中的浊度变化图。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1至图13说明本实施方式，本实施方式一种空间站细胞培养瓶，所述细胞培养瓶包括培养瓶体1和端盖3；

培养瓶体1是由多个不同直径大小的培养瓶4组成的同心圆柱体；每个培养瓶4为中空圆柱体；每个培养瓶4之间通过肋板12连接在一起；

每个培养瓶4沿周向在侧壁内均开设有多个腔室作为培养室2，且培养瓶4由上至下设置多层培养室2；培养室2内侧面设有通气孔一5，通气孔一5上安装有疏水隔湿膜；

所述端盖3盖于培养瓶体1上；端盖3上开有多个通气孔二32，通气孔二32与培养室2连通；所述端盖3中间处设置有螺纹接头7；

每个培养瓶4的侧壁内均设置有A路灌流主通道9和B路灌流主通道8；A路灌流主通道9和B路灌流主通道8分别通过A路支流通道11和B路支流通道10与相邻的培养室2连通；且A路灌流主通道9和B路灌流主通道8分别与相邻培养瓶4上的A路支流通道11和B路支流通道10连通；

每个培养瓶4上的A路灌流主通道9和B路灌流主通道8均排布成U形结构；

B路灌流主通道8的走向为：B路灌流主通道8一端位于培养瓶4底部的两个相邻培养室2之间，沿培养瓶体1长度方向向上，然后在培养室2上方沿周向经过至少两个培养室2后，沿培养瓶体1长度方向向下直至培养瓶4底部的两个相邻培养室2之间；

B路灌流主通道8与设置在盖1上的B路螺纹接头7连通；B路灌流主通道8沿培养瓶体1长度方向走向的通道与分布于其两侧培养室2通过B路支流通道10分别连通；

A路灌流主通道9的走向为：A路灌流主通道9一端位于培养瓶4顶部的两个相邻培养室2之间，沿培养瓶体1长度方向向下，然后在培养室2下方沿周向经过至少两个培养室2后，沿培养瓶体1长度方向向上直至培养瓶4顶部的两个相邻培养室2之间；

A路灌流主通道9与设置在培养瓶4底部的A路螺纹接头6连通；A路灌流主通道9沿培养瓶体1长度方向走向的通道与分布于其两侧培养室2通过A路支流通道11分别连通；

A路灌流主通道9与B路灌流主通道8交错设置。

所述的空间站细胞培养瓶采用单环多通道或多环双通道输入结构，主体材质选用聚苯乙烯，内表面为多聚赖氨酸涂层。

具体实施方式二：结合图1至图13说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一不同点在于：通气孔5安装有PVDF材质孔径0.2μm疏水隔湿膜。其它与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：结合图1至图13说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一不同点在于：A路灌流主通道3与B路灌流主通道8交错设置成S形。其它与具体实施方式一相同。

具体实施方式四：结合图1至图13说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一不同点在于：所述通气孔32设置于端盖1与两侧肋板12之间，通气孔32均匀分布于各环之间空隙间。其它与具体实施方式一相同。

具体实施方式五：结合图1至图13说明本实施方式，本实施方式一种空间站细胞培养瓶，所述细胞培养瓶包括培养瓶体1和端盖3；

培养瓶体1是由多个不同直径大小的培养瓶4组成的同心圆柱体；每个培养瓶4为中空圆柱体；每个培养瓶4之间通过肋板12连接在一起；

每个培养瓶4沿周向在侧壁内均开设有多个腔室作为培养室2，且培养瓶4由上至下设置多层培养室2；培养室2内侧面设有通气孔一5，通气孔一5上安装有疏水隔湿膜；

所述端盖3盖于培养瓶体1上；端盖3上开有多个通气孔二32，通气孔二32与培养室2连通；所述端盖3中间处设置有B螺纹接头7；

每个培养瓶4的侧壁内均设置有A路灌流主通道9和B路灌流主通道8；A路灌流主通道9和B路灌流主通道8分别通过A路支流通道11和B路支流通道10与相邻的培养室2连通；

每个培养瓶4上的A路灌流主通道9和B路灌流主通道8均排布成U形结构；

B路灌流主通道8的走向为：B路灌流主通道8一端位于培养瓶4底部的两个相邻培养室2之间，沿培养瓶体1长度方向向上，然后在培养室2上方沿周向经过至少两个培养室2后，沿培养瓶体1长度方向向下直至培养瓶4底部的两个相邻培养室2之间；

B路灌流主通道8与设置在盖1上的B路螺纹接头7连通；B路灌流主通道8沿培养瓶体1长度方向走向的通道与分布于其两侧培养室2通过B路支流通道10分别连通；

A路灌流主通道9的走向为：A路灌流主通道9一端位于培养瓶4顶部的两个相邻培养室2之间，沿培养瓶体1长度方向向下，然后在培养室2下方沿周向经过至少两个培养室2后，沿培养瓶体1长度方向向上直至培养瓶4顶部的两个相邻培养室2之间；

A路灌流主通道9与设置在培养瓶4底部的A路螺纹接头6连通；A路灌流主通道9沿培养瓶体1长度方向走向的通道与分布于其两侧培养室2通过A路支流通道11分别连通；

A路灌流主通道9与B路灌流主通道8交错设置。

具体实施方式六：结合图1至图13说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式五不同点在于：A路灌流主通道3与B路灌流主通道8交错设置成S形。其它与具体实施方式五相同。

具体实施方式七：结合图1至图13说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式五不同点在于：所述通气孔32设置于端盖1与两侧肋板12之间，通气孔32均匀分布于各环之间空隙间。其它与具体实施方式五相同。

具体实施方式八：结合图1至图13说明本实施方式，本实施方式的一种空间站细胞培养瓶的辅助装置，其特征在于所述的细胞培养瓶辅助装置包括机架21、空间站细胞培养瓶18、固定装置、悬臂装置、限位装置和转轮装置；

所述的固定装置、悬臂装置、限位装置和转轮装置均设置于机架21上；

所述的固定装置是由固定杆20和转轮19组成；固定杆20上端与转轮19连接，下端与机架21上表面连接；

所述的悬臂装置是由悬臂固定杆17、悬臂23、悬臂转轮22和扭力弹簧24组成；

两个悬臂固定杆17下端分别与机架21的上表面连接，且对称设置于机架21上的左右两侧；两个悬臂23的一端分别与两个悬臂固定杆17上端连接，且悬臂23与悬臂固定杆17之间的夹角为90度；另一端分别与悬臂转轮22连接；扭力弹簧24与悬臂23连接；

两个悬臂固定杆17之间的区域设置有固定装置、悬臂装置、限位装置和空间站细胞培养瓶18；悬臂转轮22与空间站细胞培养瓶18上部接触；

所述的限位装置由限位轮25、限位轮轴26和限位支架27组成；限位支架27下端与机架21上表面连接，限位支架27上端与限位轮轴26下端连接，限位轮轴26上端与限位轮25轴接；限位轮25与空间站细胞培养瓶18接触；

限位装置为四个，分别设置在机架21上，且每两个相邻的限位装置对称设置，分别与两个空间站细胞培养瓶18的上部和下部接触；

所述的转轮装置是由驱动转轮一28、驱动转轮二33、皮带29和微电机30组成；微电机30设置在机架21上的中间处；皮带29分别与驱动转轮一28、驱动转轮二33和微电机30连接；驱动转轮一28与其中一个空间站细胞培养瓶18侧壁上部接触；驱动转轮二33与另一个空间站细胞培养瓶18侧壁上部接触；且驱动转轮一28与驱动转轮二33对称设置；

两个空间站细胞培养瓶18均横向对称置于机架21上方，每个空间站细胞培养瓶18靠近底部的左侧壁均与转轮19接触；右侧壁分别与驱动转轮一28和驱动转轮二33接触支撑空间站细胞培养瓶18；

两个空间站细胞培养瓶18的上部与底部分别与设置在机架21上的限位装置接触。

具体实施方式九：结合图1至图13说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式八不同点在于：通过计算机与中央控制器对微电机30控制，经皮带29传动，带动驱动转轮28控制驱动空间站细胞培养瓶18转动。其它与具体实施方式八相同。

具体实施方式十：结合图1至图13说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式八不同点在于：所述的细胞培养瓶辅助装置选用中空碳纤维结合超轻铝合金材质。其它与具体实施方式八相同。

具体实施方式十一：结合图1至图13说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式八不同点在于：所述的空间站细胞培养瓶18采用单环多通道或多环双通道输入结构，主体材质选用聚苯乙烯，内表面为多聚赖氨酸涂层。其它与具体实施方式八相同。

具体实施方式十二：结合图1至图13说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式八不同点在于：所述通气孔32设置于端盖1与两侧肋板12之间，通气孔32均匀分布于各环之间空隙间。其它与具体实施方式八相同。

具体实施方式十三：结合图1至图13说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式八不同的是：所述的空间站细胞培养瓶18采用单环通道输入结构，每环两端盖分别带有A、B螺纹接口，灌注时由注射器在任意端注入细胞，达到注射量后封闭两端口进行细胞培养，培养完成后，螺纹接口的A、B两端接入注射器反复吹打收集细胞，每环可根据需要培养不同细胞。其它与具体实施方式八相同。

根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行适当的变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。

通过以下实施例验证本发明的有益效果：

实施例1

在微重力下可以模拟良好的重力状态的细胞贴壁细胞效果

配置V1体积的NIH3T3细胞在DMEM/F12+FBS 10％培养基的混合液，浓度为3～5×10⁵/mL，V1体积与本发明空间站培养瓶的体积相当。将混合液从太空培养瓶A路螺纹接头6以流速60mL/min接种进入培养瓶中，混合液经过A路灌流主通道9进入并充满相邻的培养室2，待V1体积的混合液全面进入培养瓶，且B路灌流主通道8充满混合液，从B路螺纹接口可见液体后，停止接种。启动培养瓶辅助装置进行高速离心模拟地面的重力情况，培养瓶在37度CO₂环境培养2hr使得NIH3T3细胞在瓶中进行贴壁。2hr后，将DMEM/F12+FBS10％培养基从A路螺纹接头6以流速60mL/min进入培养瓶中，培养液经过A路灌流主通道9进入相邻的培养室2，将悬浮未贴壁的细胞从各个培养室中冲出，经过B路灌流主通道8后从B路螺纹接口流出至培养瓶外，收集此培养液，待收集的培养液体积V2约是培养瓶体积2倍时，停止培养基灌流。采用1800rpm，4度离心收集流出的培养液中的细胞沉淀，并进行计数。对比组，配置V3体积NIH3T3细胞DMEM/F12+FBS10％培养基混合液，浓度为3～5×10⁵/cm²，将此V3体积液体接种到地面状态的普通培养瓶中接种在T175培养瓶中，培养瓶在37度CO₂环境培养2hr使得NIH3T3细胞再瓶中进行贴壁。2hr后，将DMEM/F12+FBS10％培养基从T175瓶口倒出，采用1800rpm，4度离心收集流出的培养液体积V4中的细胞沉淀，并进行计数(见表1)。

本实施例微重力状态模拟地面重力的贴壁效果＝(混合液细胞浓度*V1-流出培养液中细胞浓度*V2)/(混合液细胞浓度*V1)*100％；

对比组普通地面状态下贴壁效果＝(混合液细胞浓度*V3-倒出培养瓶中细胞浓度*V4)/(混合液细胞浓度*V3)*100％。

表1

由表1可以看出，本实施例细胞贴壁率与对比组没有显著差异，P>0.05。采用本实施例在微重力状态下模拟重力状态的细胞贴壁效果良好。

实施例2

本实施例方法在细胞消化率改善方面研究

对在本实施例培养瓶装置中培养的成纤维细胞进行消化率对比试验。将20mg/L丝裂霉素C处理胚胎成纤维细胞2～4h接种于本实施例培养瓶中过夜。第二天将原有细胞培养基从本发明培养瓶的B路灌流主通道8经过B路螺纹接口真空吸出，将无钙镁离子的PBS以流速60mL/min的速度从A路螺纹接头6注入培养瓶清洗贴壁的细胞，再如上从B路灌流主通道8经过B路螺纹接口将洗液真空吸出，如此清洗两次贴壁细胞。待第二次PBS洗液被吸出后，从将0.25％TrypLE Express加入培养瓶中，37度下培养瓶以高速转动2min、3min或5min使得消化酶均匀分布到培养皿的各处，2min、3min或5min后将原培养基从A路注入培养瓶中，终止消化。将一个培养瓶体积的a-DMEM从A路以高速注入培养瓶，并将消化下来的细胞和液体从B路灌流主通道8快速吸出，下一步将一个培养瓶体积的a-DMEM从B路灌流主通道8以高速注入培养瓶，并将消化下来的细胞和液体从冲A路灌流主通道9快速吸出，将两次吸出的液体收集并进行细胞计数，算出总的消化下来的细胞数。对比接种时期的成纤维的细胞数计算不同时间的消化率，同时拍照观察培养瓶底部残留细胞情况(图7)。

对照组，在地面状态的普通培养瓶中将经20mg/L丝裂霉素C处理过2～4h的胚胎成纤维细胞接种在T75培养瓶中过夜贴壁后，第二天加入10mL无钙镁离子的PBS洗涤细胞两次后，加入1mL 0.25％TrypLE Express于T75培养瓶中，在37度CO₂环境孵育2min、3min或者5min，轻拍培养瓶，使得圆形细胞脱离培养瓶，加入原的培养基终止消化，离心收集终止液并进行细胞技术，算出总的细胞数，对照接种细胞数，计算出消化率，同时拍照观察培养瓶底部残留细胞情况(图7)。

由图8可以看出，本实施例消化率明显比对比组提高，消化2分钟收获的细胞与3分钟、5分钟没有明显差距，2分钟的消化加上高速液体的冲、吸已经足够将98％的细胞消化收获且细胞活率没有影响(表2，P>0.05)。对照组虽然延长消化时间，消化率呈现从92.00±2.08％、到94.83±0.33％、到96.35±0.37％，但是都不如本实施例2min消化的充分(见表2)。

表2

实施例3

本实施例方法在获得均匀的CO₂分布情况

将本实施例装置放入CO₂培养箱中利用其高速离心模拟重力条件，利用CO2标准测定仪，在3分钟内，测定培养瓶扣和随机培养室中3个点的CO₂浓度。对照自为地面条件培养的T75培养瓶，将T75放入CO₂培养箱后，3分钟内，测定其瓶口和任意3个位置的CO₂浓度(表3)。表3可见，本实施例组因为高速离心，可以实现快速的CO₂均匀分布，其不同位置的方差仅为0.02，而对照组仅为简单的对流扩散，因此短时间无法实现CO₂的均匀分布，期方差为0.38，显著高于本实施例。

表3

实施例4

本实施例方法获得的干细胞表型稳定

将在本实施例培养方法和对照T75地面条件培养的脐带间充质干细胞采用0.25％TrypLE Express消化、PBS悬浮制成密度为1×10⁵/mL的单细胞悬液，分别用抗体CD73-PE、CD105-PE、CD34-PE、CD79a-PE，CD45-FITC、CD14-FITC、HLA-DR-FITC、CD90-FITC 4℃避光孵育30min，PBS洗去抗体后流式细胞仪检测，结果见表4。可见经过本实施例在微重力环境下模拟重力条件培养的间充质干细胞符合ISCT对间充质干细胞的定义，阳性表达CD105、CD90、CD73超过95％，阴性表达CD14、HLA-DR、CD45％、CD79a、CD34均低于2％，说明本实施例方法并未对细胞的纯度造成影响。

表4

实施例5

本实施例方法适合悬浮细胞的培养且培养的NK的肿瘤杀伤活性显著提高。

本实施例对比了本实施例方法与常规地面培养方式培养PBMCs来源的NK细胞的结果。将成人外周血2000rpm 10min分离血浆；血细胞用生理盐水稀释后加至装有Ficoll分离获得白膜层PBMCs。用GT-T551H3培养基将PBMCss重悬后，接入T75细胞培养瓶，然后加入的IL-2、NK扩增滋养细胞及占培养基体积5％的灭活的自体血浆37℃，5％CO₂条件下体外共培养7天时，将悬浮培养体系分成两份，一份由太空培养瓶A路螺纹接头6以流速60mL/min接种进入培养瓶中，在微重力情况下模拟重力环境进行高速离心培养；另一份为对照组在地面正常培养条件下继续培养，培养过程中每天对NK细胞观察计数，当NK细胞密度超过2.5×10⁶/mL补充含有240IU/mL IL-2的GT-T551H3培养基，补液后密度维持在1.0×10⁶个/mL，共培养15天。由于NK应该具有高表达Granyme B、Perforin的性质，因此对培养后的两种方式获得的细胞离心后进行RT-qPCR,进行该功能验证。荧光定量PCR结果(图9)表明，本实施例方法培养的NK细胞和对照组培养的NK与PBMCs相比，Granyme B mRNA表达水平分别升高120.21倍和90.72倍，Perforin mRNA表达水平分别升高80.33倍、50.89倍，差异均达极显著水平(P<0.01)。由此可见，采用本空间站可以获得非常理想的NK细胞，其表达Granyme B及Perforin均显著优于对照组(P<0.05)。

实施例6

本实施例方法获得的细胞分化成骨能力增强

将采用本实施例方法培养获得的脂肪间充质干细胞、以及对照采用地面普通方法获得的脂肪干细胞分别从太空培养瓶和T175培养瓶中消化收获后，分别以1×10⁴/孔的密度接种于预置盖玻片的24孔培养板中，24h后更换Gibco公司成骨分化培养基，每3天换一次液，第14天采用茜红素S染色，对比经过两种不同方法扩增后的细胞的成骨分化潜能。如图10表明，经过微重力环境中重力模拟状态的培养，脂肪间充质干细胞更易向成骨方向分化，经过14天培养后，本实施例组钙化结节明显多于对照组。此现象表明，通过微重力环境中的模仿重力方式的离心培养，对细胞的离心冲击力类似于人天然的运动冲击力，此方法更利于成骨细胞的形成和骨细胞分化的实现。

实施例7

本实施例装置可方便进行多种细胞、多种条件的培养。

将本实施例培养瓶4内套筒的A路螺纹接口注入含有生长状态旺盛的新疆紫草宁愈伤组织的LS培养基，培养基和愈伤组织经过A路主灌流通路9进入内套筒连接的各个培养室中，内套筒培养温度控制在25度。将本实施例培养瓶4的中间套筒的A路螺纹接口注入接种了VERO细胞的Cytodex微载体，将培养基GibcoDMEM+10％FBS经过A路主灌流通路9进入中间套筒连接的各个培养室中，中间套筒培养温度控制在37度。将本实施例培养瓶4的外套筒的A路螺纹接口注入大肠杆菌Escherichia Co1i(E.Coli)，将LB培养基经过A路主灌流通路9进入外套筒连接的各个培养室中，外套筒培养温度控制在30度。高速离心旋转本实施例培养瓶，对内、中、外三个套筒内细胞进行培养。内套筒培养10天，每天从内套筒B路主灌流通路将愈伤组织吸出5mL愈伤组织培养基，烘干以观察在太空培养瓶中的含紫草宁的愈伤组织重量变化。中间套筒培养5天，从中间套筒B路主灌流通路吸出5ml微载体培养基，消化微载体上的VERO进行VERO在微载体上生长曲线测定。外套筒培养三天，每隔12小时取样分析E.Coli在分光光度计550nm测定其OD值。如图11至图13所示，随着培养时间的延长，分泌紫草宁的愈伤组织重量逐渐增加(图11)，VERO在微载体上数量呈上升趋势(图12)，E.Coli在培养过程中数量增长，反映在培养体系中OD值的增加(图13)。

Claims (10)

1.一种空间站细胞培养瓶，其特征在于所述细胞培养瓶包括培养瓶体（1）和端盖（3）；

培养瓶体（1）是由多个不同直径大小的培养瓶（4）组成的同心圆柱体；每个培养瓶（4）为中空圆柱体；每个培养瓶（4）之间通过肋板（12）连接在一起；

每个培养瓶（4）沿周向在侧壁内均开设有多个腔室作为培养室（2），且培养瓶（4）由上至下设置多层培养室（2）；培养室（2）内侧面设有通气孔一（5），通气孔一（5）上安装有疏水隔湿膜；

所述端盖（3）盖于培养瓶体（1）上；端盖（3）上开有多个通气孔二（32），通气孔二（32）与培养室（2）连通；所述端盖（3）中间处设置有B路螺纹接头（7）；

每个培养瓶（4）的侧壁内均设置有A路灌流主通道（9）和B路灌流主通道（8）；A路灌流主通道（9）和B路灌流主通道（8）分别通过A路支流通道（11）和B路支流通道（10）与相邻的培养室（2）连通；且A路灌流主通道（9）和B路灌流主通道（8）分别与相邻培养瓶（4）上的A路支流通道（11）和B路支流通道（10）连通；

每个培养瓶（4）上的A路灌流主通道（9）和B路灌流主通道（8）均排布成U形结构；

B路灌流主通道（8）的走向为：B路灌流主通道（8）一端位于培养瓶（4）底部的两个相邻培养室（2）之间，沿培养瓶体（1）长度方向向上，然后在培养室（2）上方沿周向经过至少两个培养室（2）后，沿培养瓶体（1）长度方向向下直至培养瓶（4）底部的两个相邻培养室（2）之间；

B路灌流主通道（8）与设置在端盖（3）上的B路螺纹接头（7）连通；B路灌流主通道（8）沿培养瓶体（1）长度方向走向的通道与分布于其两侧培养室（2）通过B路支流通道（10）分别连通；

A路灌流主通道（9）的走向为：A路灌流主通道（9）一端位于培养瓶（4）顶部的两个相邻培养室（2）之间，沿培养瓶体（1）长度方向向下，然后在培养室（2）下方沿周向经过至少两个培养室（2）后，沿培养瓶体（1）长度方向向上直至培养瓶（4）顶部的两个相邻培养室（2）之间；

A路灌流主通道（9）与设置在培养瓶（4）底部的A路螺纹接头（6）连通；A路灌流主通道（9）沿培养瓶体（1）长度方向走向的通道与分布于其两侧培养室（2）通过A路支流通道（11）分别连通；

A路灌流主通道（9）与B路灌流主通道（8）交错设置；与空间站细胞培养瓶配合使用的细胞培养瓶辅助装置；

所述的细胞培养瓶辅助装置包括机架（21）、空间站细胞培养瓶（18）、固定装置、悬臂装置、限位装置和转轮装置；

所述的固定装置、悬臂装置、限位装置和转轮装置均设置于机架（21）上；

所述的固定装置是由固定杆（20）和转轮（19）组成；固定杆（20）上端与转轮（19）连接，下端与机架（21）上表面连接；

所述的悬臂装置是由悬臂固定杆（17）、悬臂（23）、悬臂转轮（22）和扭力弹簧（24）组成；

两个悬臂固定杆（17）下端分别与机架（21）的上表面连接，且对称设置于机架（21）上的左右两侧；两个悬臂（23）的一端分别与两个悬臂固定杆（17）上端连接，且悬臂（23）与悬臂固定杆（17）之间的夹角为90度；另一端分别与悬臂转轮（22）连接；扭力弹簧（24）与悬臂（23）连接；

两个悬臂固定杆（17）之间的区域设置有固定装置、悬臂装置、限位装置和空间站细胞培养瓶（18）；悬臂转轮（22）与空间站细胞培养瓶（18）上部接触；

所述的限位装置由限位轮（25）、限位轮轴（26）和限位支架（27）组成；限位支架（27）下端与机架（21）上表面连接，限位支架（27）上端与限位轮轴（26）下端连接，限位轮轴（26）上端与限位轮（25）轴接；限位轮（25）与空间站细胞培养瓶（18）接触；

限位装置为四个，分别设置在机架（21）上，且每两个相邻的限位装置对称设置，分别与两个空间站细胞培养瓶（18）的上部和下部接触；

所述的转轮装置是由驱动转轮一（28）、驱动转轮二（33）、皮带（29）和微电机（30）组成；微电机（30）设置在机架（21）上的中间处；皮带（29）分别与驱动转轮一（28）、驱动转轮二（33）和微电机（30）连接；驱动转轮一（28）与其中一个空间站细胞培养瓶（18）侧壁上部接触；驱动转轮二（33）与另一个空间站细胞培养瓶（18）侧壁上部接触；且驱动转轮一（28）与驱动转轮二（33）对称设置；

两个空间站细胞培养瓶（18）均横向对称置于机架（21）上方，每个空间站细胞培养瓶（18）靠近底部的左侧壁均与转轮（19）接触；右侧壁分别与驱动转轮一（28）和驱动转轮二（33）接触支撑空间站细胞培养瓶（18）；

两个空间站细胞培养瓶（18）的上部与底部分别与设置在机架（21）上的限位装置接触。

2.根据权利要求1所述的一种空间站细胞培养瓶，其特征在于通气孔一（5）安装有PVDF材质孔径0.2μm疏水隔湿膜。

3.根据权利要求1所述的一种空间站细胞培养瓶，其特征在于A路灌流主通道（9 ）与B路灌流主通道（8）交错设置成S形。

4.根据权利要求1所述的一种空间站细胞培养瓶，其特征在于所述通气孔二（32）设置于端盖（3）与两侧肋板（12）之间，通气孔二（32）均匀分布于各环之间空隙间。

5.根据权利要求1所述的一种空间站细胞培养瓶，其特征在于通过计算机与中央控制器对微电机（30）控制，经皮带（29）传动，带动驱动转轮一（28）控制驱动空间站细胞培养瓶（18）转动。

6.根据权利要求1所述的一种空间站细胞培养瓶，其特征在于所述的空间站细胞培养瓶（18）采用单环多通道或多环双通道输入结构，主体材质选用聚苯乙烯，内表面为多聚赖氨酸涂层。

7.一种空间站细胞培养瓶，其特征在于所述细胞培养瓶包括培养瓶体（1）和端盖（3）；

培养瓶体（1）是由多个不同直径大小的培养瓶（4）组成的同心圆柱体；每个培养瓶（4）为中空圆柱体；每个培养瓶（4）之间通过肋板（12）连接在一起；

每个培养瓶（4）沿周向在侧壁内均开设有多个腔室作为培养室（2），且培养瓶（4）由上至下设置多层培养室（2）；培养室（2）内侧面设有通气孔一（5），通气孔一（5）上安装有疏水隔湿膜；

所述端盖（3）盖于培养瓶体（1）上；端盖（3）上开有多个通气孔二（32），通气孔二（32）与培养室（2）连通；所述端盖（3）中间处设置有B路螺纹接头（7）；

每个培养瓶（4）的侧壁内均设置有A路灌流主通道（9）和B路灌流主通道（8）；A路灌流主通道（9）和B路灌流主通道（8）分别通过A路支流通道（11）和B路支流通道（10）与相邻的培养室（2）连通；

每个培养瓶（4）上的A路灌流主通道（9）和B路灌流主通道（8）均排布成U形结构；

B路灌流主通道（8）的走向为：B路灌流主通道（8）一端位于培养瓶（4）底部的两个相邻培养室（2）之间，沿培养瓶体（1）长度方向向上，然后在培养室（2）上方沿周向经过至少两个培养室（2）后，沿培养瓶体（1）长度方向向下直至培养瓶（4）底部的两个相邻培养室（2）之间；

B路灌流主通道（8）与设置在端盖（3）上的B路螺纹接头（7）连通；B路灌流主通道（8）沿培养瓶体（1）长度方向走向的通道与分布于其两侧培养室（2）通过B路支流通道（10）分别连通；

A路灌流主通道（9）的走向为：A路灌流主通道（9）一端位于培养瓶（4）顶部的两个相邻培养室（2）之间，沿培养瓶体（1）长度方向向下，然后在培养室（2）下方沿周向经过至少两个培养室（2）后，沿培养瓶体（1）长度方向向上直至培养瓶（4）顶部的两个相邻培养室（2）之间；

A路灌流主通道（9）与设置在培养瓶（4）底部的A路螺纹接头（6）连通；A路灌流主通道（9）沿培养瓶体（1）长度方向走向的通道与分布于其两侧培养室（2）通过A路支流通道（11）分别连通；

A路灌流主通道（9）与B路灌流主通道（8）交错设置；与空间站细胞培养瓶配合使用的细胞培养瓶辅助装置；

所述的细胞培养瓶辅助装置包括机架（21）、空间站细胞培养瓶（18）、固定装置、悬臂装置、限位装置和转轮装置；

所述的固定装置、悬臂装置、限位装置和转轮装置均设置于机架（21）上；

所述的固定装置是由固定杆（20）和转轮（19）组成；固定杆（20）上端与转轮（19）连接，下端与机架（21）上表面连接；

所述的悬臂装置是由悬臂固定杆（17）、悬臂（23）、悬臂转轮（22）和扭力弹簧（24）组成；

两个悬臂固定杆（17）下端分别与机架（21）的上表面连接，且对称设置于机架（21）上的左右两侧；两个悬臂（23）的一端分别与两个悬臂固定杆（17）上端连接，且悬臂（23）与悬臂固定杆（17）之间的夹角为90度；另一端分别与悬臂转轮（22）连接；扭力弹簧（24）与悬臂（23）连接；

两个悬臂固定杆（17）之间的区域设置有固定装置、悬臂装置、限位装置和空间站细胞培养瓶（18）；悬臂转轮（22）与空间站细胞培养瓶（18）上部接触；

所述的限位装置由限位轮（25）、限位轮轴（26）和限位支架（27）组成；限位支架（27）下端与机架（21）上表面连接，限位支架（27）上端与限位轮轴（26）下端连接，限位轮轴（26）上端与限位轮（25）轴接；限位轮（25）与空间站细胞培养瓶（18）接触；

限位装置为四个，分别设置在机架（21）上，且每两个相邻的限位装置对称设置，分别与两个空间站细胞培养瓶（18）的上部和下部接触；

所述的转轮装置是由驱动转轮一（28）、驱动转轮二（33）、皮带（29）和微电机（30）组成；微电机（30）设置在机架（21）上的中间处；皮带（29）分别与驱动转轮一（28）、驱动转轮二（33）和微电机（30）连接；驱动转轮一（28）与其中一个空间站细胞培养瓶（18）侧壁上部接触；驱动转轮二（33）与另一个空间站细胞培养瓶（18）侧壁上部接触；且驱动转轮一（28）与驱动转轮二（33）对称设置；

两个空间站细胞培养瓶（18）均横向对称置于机架（21）上方，每个空间站细胞培养瓶（18）靠近底部的左侧壁均与转轮（19）接触；右侧壁分别与驱动转轮一（28）和驱动转轮二（33）接触支撑空间站细胞培养瓶（18）；

两个空间站细胞培养瓶（18）的上部与底部分别与设置在机架（21）上的限位装置接触。

8.根据权利要求7所述的一种空间站细胞培养瓶，其特征在于A路灌流主通道（9）与B路灌流主通道（8）交错设置成S形。

9.根据权利要求7所述的一种空间站细胞培养瓶，其特征在于所述通气孔二（32）设置于端盖（3）与两侧肋板（12）之间，通气孔二（32）均匀分布于各环之间空隙间。

10.根据权利要求7所述的一种空间站细胞培养瓶，其特征在于通过计算机与中央控制器对微电机（30）控制，经皮带（29）传动，带动驱动转轮一（28）控制驱动空间站细胞培养瓶（18）转动。

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