CN108913602A - 一种细胞培养设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种细胞培养设备，属于生物医学细胞培养技术领域。其主要由进样室、培养室、电机室构成，具体还包括培养皿输送装置、培养皿盖分离以及闭合装置、换液装置、空气过滤系统、消毒加热装置、自动控制系统以及培养皿。优势在于：实现了培养室与外界的隔离；可以对培养皿内细胞培养情况进行实时观测或拍摄记录；实现了培养液的自动更换；培养皿内气体与培养室内气体可以自由畅通的交换但培养皿内水分不能经过蒸发离开培养皿。解决了现有技术普遍存在的弊端：取放培养皿时易造成培养箱内的污染；人工方式添加或更换培养液，操作繁琐，容易造成换液差错或污染培养液；观测培养皿内细胞生长情况不便利。

Description

一种细胞培养设备

技术领域

本发明涉及生物医学细胞培养技术领域，具体涉及一种细胞培养设备。

背景技术

在体外模拟体内的生理环境，培养从体内取出的细胞，并使之生存和生长的技术称为细胞培养。1885年，Roux W尝试使组织离体培养，被认为是组织细胞培养技术的萌芽。1907年Harrison和1912年Carrel开始把组织培养作为一种方法，用于研究离体动物细胞的培养，标志着细胞培养技术的诞生。此后，随着抗生素、培养基、培养装置以及工艺方法的不断改进，细胞培养的研究和应用逐步增多和深入，逐渐成为生物与医学领域研究人员的研究热点，发展至今已成为在生物、医学研究和应用中广泛采用的技术方法。 在体外模拟体内的生理环境，培养从体内取出的细胞，并使之生存和生长的技术称为细胞培养。1885年，WRoux尝试使组织离体培养，被认为是组织细胞培养技术的萌芽。1907年Harrison和1912年Carrel开始把组织培养作为一种方法，用于研究离体动物细胞的培养，标志着细胞培养技术的诞生。此后，随着抗生素、培养基、培养装置以及工艺方法的不断改进，细胞培养的研究和应用逐步增多和深入，逐渐成为生物与医学领域研究人员的研究热点，发展至今已成为在生物、医学研究和应用中广泛采用的技术方法。

细胞培养的研究与应用具有重要的意义，有助于阐释生命现象、发病机理和药物筛选，应用于干细胞的培养，则可以大力促进干细胞研究与应用的发展，干细胞被认为是治疗修复人体的最好材料，2000年干细胞研究被美国《科学》杂志列入年度世界十大科学进展。2001年美国《科学》又将其置于2002年值得关注的六大热门科技领域之首。2001年以来，美国、英国、中国等国家已纷纷立法允许应用干细胞进行治疗性克隆的研究。干细胞的研究与应用离不开细胞培养技术的发展。

细胞培养需要模拟体内的生理环境，要求无菌无毒、恒温，需要一定的气体环境、缓冲环境，还需要合适的培养基，要达到这些条件一般要用到细胞培养箱，因此细胞培养箱也是细胞培养技术发展的一个重要制约因素。目前常见的细胞培养箱多为“恒温二氧化碳培养箱”。该种培养箱能满足细胞培养的需求，但存在一些弊端，弊端一，取放培养皿时需要打开培养箱外界舱门与内层玻璃门，这时培养箱内部直接暴露于外界环境中，外部环境空气与培养箱内空气直接交流容易造成培养箱内的污染，而且取放培养皿的手（戴手套）直接伸入培养箱内容易带入污染物；弊端二，培养液的添加或更换需要通过人工方式从培养箱中取出培养皿来进行，同样存在造成培养箱内污染的隐患，同时也使得实验操作繁琐，容易造成换液差错或污染培养液；弊端三，市场上常见的细胞培养箱均存在观测培养皿内细胞生长情况不便利的弊端，培养皿放置在培养箱内，培养箱门关闭，不便于随时、实时观测培养皿内细胞情况。

发明内容

本发明提供了一种细胞培养设备，以实现培养箱放置培养皿的腔室与外界隔离最大程度的避免污染物的侵入、培养液添加或更换的自动化、对培养皿内的实时观测或摄像记录，以解决目前细胞培养箱技术的不足。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种细胞培养设备，主体部分在空间上由进样室、培养室、电机室构成，具体包括培养皿输送装置、培养皿盖分离以及闭合装置、换液装置、空气过滤系统、消毒加热装置、自动控制系统以及培养皿；

整个设备的外壳为长方体形，内部由两个竖直的壁将其在水平方向上分割成三个独立的空间，依次构成所述的进样室、培养室、电机室；进样室与培养室之间的壁下部居中部位设有一个培养室门，进样室与培养室之间的壁上部居中部位开有一竖直方向的长条形开口，培养室与电机室之间的壁上部居中部位相应位置也有一个竖直方向的长条形开口，进样室的前侧面设置有进样室门；

所述的培养皿输送装置包括培养皿架轨道、培养皿架、主动磁性滑块，培养皿架轨道铺设于进样室内底部且经过培养室门框通入培养室，培养皿架放置在培养皿架轨道上，培养皿架用于承载及固定培养皿，培养皿架的底部设置有一个被动磁性块，在进样室与培养室底部外侧面设置有一个可以沿着培养皿架轨道方向滑动的主动磁性滑块，主动磁性滑块与被动磁性块隔着底部壁相互吸引，手动推动主动磁性滑块沿着培养皿架轨道方向由进样室向培养室方向滑动时培养皿架也跟着从进样室进入培养室；

所述的培养皿盖分离以及闭合装置包括电机、升降齿条、宝塔形波纹管、升降横梁、进样室培养皿盖固定杆、培养室培养皿盖，升降横梁水平放置，升降横梁由进样室穿过进样室与培养室之间的壁上部的长条形开口进入培养室然后再由培养室穿过培养室与电机室之间的壁上部的长条形开口进入电机室，每个长条形开口部位设置一个宝塔形波纹管，升降横梁从宝塔形波纹管内部穿过，宝塔形波纹管开口大的一边密封贴合于长条形开口外侧边缘，其开口小的一边密封包裹粘贴于升降横梁经过宝塔形波纹管小开口处，宝塔形波纹管的作用为既将进样室、培养室分别密封隔离开又不影响升降横梁的升降动作，升降横梁进入电机室的端部与电机室竖直方向的升降齿条的上端相结合，升降齿条下端的条齿与电机轴上的齿相啮合，升降横梁位于进样室的部位下侧面连接有竖直向下的进样室培养皿盖固定杆，升降横梁位于培养室的部位下侧面连接有竖直向下的培养室培养皿盖连接杆，培养室培养皿盖连接杆下端面同轴连接有培养室培养皿盖，培养室培养皿盖上设置有一自带光源的摄像头；

所述的换液装置包括补液容器、抽液容器、导管、电磁阀、泵、补液容器盖、抽液容器盖，补液容器及抽液容器固定于培养室顶部外侧面，一个补液容器及一个抽液容器组成一对对应一个培养室培养皿盖，每个补液容器配备一个补液容器盖，每个抽液容器配备一个抽液容器盖，补液容器及抽液容器底部各开有一个孔，每个孔连接有一个导管且导管穿过培养室顶部的壁进入培养室内，每对补液容器与抽液容器的导管进入培养室内穿过其对应的培养室培养皿盖，培养室内靠近培养室顶部内壁的部位与补液容器相连接的导管上设置有电磁阀、与抽液容器相连接的导管上设置有泵且电磁阀及泵固定于培养室顶部内壁上，电磁阀及泵与培养室培养皿盖之间的导管为软管，且软管的长度大于等于升降横梁最大移动距离的二倍；

所述的空气过滤系统包括进样室后侧壁的出风口、培养室后侧壁的出风口、进样室底部的进风口、培养室底部的进风口，进样室底部及培养室底部的进风口内侧镶嵌安装有空气过滤装置，进样室后侧壁及培养室后侧壁的出风口外侧装有风机，在进样室底部及培养室底部进风口外侧、进样室后侧壁及培养室后侧壁出风口内侧分别安装有电磁阀，空气过滤装置为多孔过滤材料填充的过滤网；

所述的消毒加热装置为安装于培养室顶部内壁的灯管架及固定于灯管架上的紫外灯管及发热管；

所述的自动控制系统包括设置于整个设备顶部外侧面上的计算机及PLC控制器、与培养皿盖分离以及闭合装置相连接的线缆、与空气过滤系统的电磁阀及风机相连接的线缆、与消毒加热装置相连接的线缆、与换液装置的电磁阀及泵相连接线缆、与摄像头相连接的线缆以及驱动各部件工作的软件。

进一步的，所述的培养皿架主体为一个长方体形板，长方体形板的上表面设置有圆环形凸起围成的培养皿固定位，圆环形凸起的上端面直径方向两端分别设置有一个U形培养皿锁定凹槽，且在培养皿锁定凹槽上有水平方向贯穿两个凹槽凸起的贯穿孔，圆环形凸起的内壁直径大于等于培养皿的外壁直径，长方体形板的下表面设置有配合培养皿架轨道的底部凹形槽。

进一步的，所述的宝塔形波纹管为一边开口大、一边开口小的轴向为塔型且横截面为长方形的由可折叠皱纹片沿折叠伸缩方向连接成的空管，配合升降横梁使用，在升降横梁上升或下降时塔型波纹管随着发生摆动形变。

进一步的，所述的进样室培养皿盖固定杆靠近下端面的两侧对称位置各自向内部挖出一个竖直方向的狭缝，每个狭缝镶嵌一个弹性卡片，弹性卡片的形状为直角梯形，其上底向梯形内部挖去一部分形成一个U形缺口，梯形的下底为竖直方向且嵌入狭缝内，梯形的锐角朝下，狭缝内安装有弹簧且弹簧顶在弹性卡片嵌入狭缝内的边上。

进一步的，所述的培养室培养皿盖，导管穿过培养室培养皿盖后的长度小于等于培养皿的内部深度，培养室培养皿盖下表面设置有朝下的摄像头，培养室培养皿盖上表面设置有一个开口，该开口上设置有空气过滤网1。

进一步的，所述的培养皿配备有进样室培养皿盖，进样室培养皿盖上表面居中部位设置有进样室培养皿盖连接卡口，该进样室培养皿盖连接卡口为一个圆柱形凸起，该圆柱形凸起中空且其开口直径小于内部空腔直径，进样室培养皿盖固定杆随着升降横梁下降时，进样室培养皿盖固定杆下端的弹性卡片卡入进样室培养皿盖连接卡口，通过手动按压弹性卡片最上端U形缺口处形成的露置于进样室培养皿盖连接卡口外部的凸起可以使得弹性卡片缩回进样室培养皿盖固定杆下端的狭缝内，使得进样室培养皿盖可以从进样室培养皿盖固定杆上去除掉。

进一步的，所述的培养皿盖分离以及闭合装置整体形状为倒L形，其位于电机室的升降齿条被固定且只能在竖直方向上随着电机的转动发生向上或向下的移动，上下移动的范围通过电机转动圈数的设定决定，齿条向下移动到使得进样室培养皿盖固定杆的弹性卡片正好卡入放置好的进样室培养皿盖连接卡口为限，或齿条向下移动到使得培养室培养皿盖盖于放置好的培养皿口为限，齿条向上移动到使得培养室培养皿盖离开培养皿口且穿过培养室培养皿盖的导管全部从培养皿内出来为限。

进一步的，所述的培养皿为一圆柱形容器，其外侧面靠近底部直径方向对称位置分别设置有一个培养皿锁定凸耳，培养皿锁定凸耳上设置有贯穿孔，该贯穿孔与培养皿架上培养皿锁定凹槽的贯穿孔相配合，向贯穿孔内插入销子将培养皿锁定在培养皿架上。

进一步的，所述的补液容器盖与抽液容器盖结构相同，补液容器盖或抽液容器盖上表面居中部位设置有圆柱形凸起，该圆柱形凸起中间上下贯通且用密封胶塞封闭，补液容器盖或抽液容器盖上表面设置有一个开口，该开口上设置有空气过滤网2。

进一步的，所述的培养室门由培养室门框和培养室门构成，培养室门框位于进样室与培养室之间的壁下部居中部位，培养室门框上边框与下边框部位安装水平轨道，培养室门贴着培养室门框嵌装于轨道上，培养室门完全闭合时其在培养室后侧面露置一部分，手动抓住露置于培养室后侧面的培养室门的把手向外抽拉可将培养室门打开，培养皿架轨道经过培养室门下部边框的部位断开，使得培养室门推拉时可以从该断开处的缝隙通过将培养室门完全闭合或者打开。

进一步的，所述的进样室门由窄门框及镶嵌于窄门框上的透明窗构成，培养室前侧面也由透明窗构成。

进一步的，所述的培养皿可以是多个，相应的每个培养皿在培养皿架上对应设置一个培养皿固定位，相应的每个培养皿对应一个进样室培养皿盖固定杆，相应的每个培养皿对应一个培养室培养皿盖，进样室培养皿盖固定杆之间的轴心距离及培养室培养皿盖连接杆之间的轴心距离均与培养皿固定位中心点距离相等。

进一步的，所述的主动磁性滑块上设置有位置锁定装置，该位置锁定装置具体为，在主动磁性滑块移动手柄上开有一孔，孔内有一个可以自由旋转的螺杆，旋转螺杆可以使得螺杆向里的端部顶在设备壁上使得主动磁性滑块位置固定下来。

进一步的，除主动磁性滑块与被动磁性滑块外，构成该设备其它部分的金属材料为非磁性材料。

进一步的，所述的非磁性材料为奥氏体304不锈钢。

本发明，一种细胞培养设备，使用方法如下：

第一步，培养皿的置入。打开进样室门，手动移动主动磁性滑片使得培养皿架完全处于进样室内并且在培养皿与进样室培养皿盖固定杆同轴时通过位置锁定装置锁定主动磁性滑块的位置，由于主动磁性滑块与被动磁性块相互吸引将培养皿架的位置也锁定。通过计算机操控驱使电机转动使得升降横梁处于最高位。经过清洗及消毒的培养皿装好细胞培养所需物质后，盖好进样室培养皿盖，用戴手套的经消毒的手将培养皿放入进样室内培养皿固定位上，并且使得培养皿锁定凸耳嵌入培养皿固定位的培养皿锁定凹槽，并在贯穿孔内插入配套的销子将培养皿固定在培养皿架上，关闭进样室门。

第二步，空气过滤及消毒、进样室培养皿固定杆与进样室培养皿盖连接。手动关闭培养室门，通过计算机操控驱动电机转动使得升降横梁下降且进样室培养皿盖固定杆的弹性卡片正好卡入放置好的进样室培养皿盖连接卡口，通过计算机操控开启进样室后侧壁与培养室后侧壁处的风机且同步开启进样室底部、培养室底部、进样室后侧壁、培养室后侧壁处的电磁阀，使得设备内的空气从出风口被风机强制抽向设备外，设备外的空气从设备底部的进风口流入设备内部，设备内的空气被持续抽出，设备外的空气经过空气过滤装置过滤后持续流入设备内部，使得设备内的空气全部被净化。在进行空气过滤的同时，培养室的紫外灯也开启进行消毒。

第三步，进样室培养皿盖分离。待空气过滤及消毒完成后，通过计算机操控停止风机工作、关闭空气过滤系统相关的各电磁阀、关闭紫外灯，通过计算机操控驱动电机转动使得升降横梁上升到最高位置，带动进样室培养皿盖固定杆上升，由于进样室培养皿盖固定杆与进样室培养皿盖通过弹性卡片连接在一起，进样室培养皿盖固定杆的上升带动进样培养皿盖上升并与培养皿分离。

第四步，培养皿进入培养室。手动开启培养室门，手动松开主动磁性滑块的位置锁定装置，手动向右移动主动磁性滑块带动培养皿架进入培养室，且在培养皿与培养室培养皿盖同轴时，手动紧固主动磁性滑块的位置锁定装置锁定培养皿架的位置。手动关闭培养室门。打开进样室门，通过手动按压进样室培养皿盖固定杆下端的弹性卡片最上端U形缺口处形成的露置于进样室培养皿盖连接卡口外部的凸起，将进样室培养皿盖从进样室培养皿盖固定杆上去除掉并取出进样室外，关闭进样室门。

第五步，培养室培养皿盖盖于培养皿口。通过计算机操控驱动电机转动使得升降横梁下降到培养室培养皿盖盖于下方的培养皿口，此时换液装置的导管进入培养皿中，细胞培养开始。在细胞培养过程中，可以通过培养室培养皿盖上的摄像头采集培养皿内的图象输送到计算机，根据需要对培养皿内的变化进行拍摄并储存在计算机里，或者通过计算机实时查看培养皿内情况。

第六步，更换培养液。当位于培养室内的培养皿中的培养液需要更换时，通过计算机操控相应培养皿对应的抽液容器的泵启动，培养皿中的培养液被抽取到对应的抽液容器中，通过摄像头实时观测抽液情况当培养液抽取完毕后通过计算机操控停止泵。随后通过计算机操控相应培养皿对应的补液容器的电磁阀打开，补液容器中的新鲜培养液流入培养皿中，通过摄像头实时观测补液情况当培养液补充到所需后通过计算机操控关闭电磁阀。补液容器中培养液的添加是通过注射器抽取新鲜培养液后将注射器的针头刺穿补液容器盖中间的密封胶塞，将新鲜培养液通过注射器注入到补液容器中。抽液容器中回收的培养液可以通过注射器针头刺穿抽液容器盖中间的密封胶塞抽取而出。

第七步，培养皿的取出。当细胞培养完成后，培养皿的取出以与其置入相反的流程实现，即，打开进样室门，用戴手套的经消毒的手将消毒后的进样室培养皿盖置入进样室，并通过进样室培养皿盖连接卡口与进样室培养皿盖固定杆的弹性卡片将其连接在进样室培养皿盖固定杆上，关闭进样室门，通过计算机操控开启进样室后侧壁处的风机且同步打开进样室底部、进样室后侧壁处的电磁阀，使得由于开启进样室被污染的空气得到过滤净化，随后，通过计算机操控停止进样室后侧壁处的风机且同步关闭进样室底部、进样室后侧壁处的电磁阀，通过计算机操控电机转动使得升降横梁上升到最高位置，培养室培养皿盖与培养皿分离且其导管全部从培养皿内出来，手动打开培养室门，手动松开主动磁性滑块的位置锁定装置，手动向左移动主动磁性滑块带动培养皿架进入进样室，并且使得培养皿与进样室培养皿盖固定杆同轴，随后通过位置锁定装置锁定主动磁性滑块的位置，通过计算机操控驱动电机转动使得升降横梁下降且进样室培养皿盖盖合于培养皿口上，打开进样室门，通过手动按压进样室培养皿盖固定杆下端的弹性卡片最上端U形缺口处形成的露置于进样室培养皿盖连接卡口外部的凸起，并通过其它夹持工具将该凸起夹持保持被按压状态，通过计算机操控驱动电机转动使得升降横梁上升，使得进样室培养皿盖与进样室培养皿盖固定杆分离，手动拔出培养皿锁定凹槽及培养皿锁定凸耳贯穿孔内的销子，将培养皿从培养皿架上取下并从进样室内取出，关闭进样室门。

本细胞培养设备，可以根据需要，加装温度控制装置、湿度传感器、加湿及除湿装置、二氧化碳气体输送及浓度传感器等装置，对培养室内的温度、湿度、二氧化碳浓度进行控制。本细胞培养设备的消毒可以通过消毒加热装置中的紫外灯管发射紫外线实现，也可以通过该消毒加热装置的发热管加热培养室内的空气进行干热灭菌。

另外，本细胞培养设备涉及的培养室培养皿盖、补液容器盖、抽液容器盖均设置有空气过滤网，使得培养皿、补液容器及抽液容器的内部与外部空气相通，在进行补液、抽液时能保持各容器内外气压平衡使得液体能顺利进入各容器或被抽出，且空气过滤网仅允许空气流通，而空气中的杂质则被过滤，最大程度减少培养皿、补液容器、抽液容器内空气的污染。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

（1）实现了培养室与外界的隔离。培养皿进出培养室要通过进样室过渡，避免了培养室与外界直接连通，经过进样室的过渡，每次开启培养室门前都要对进样室空气进行过滤净化并且密闭进样室门，最大程度保证了培养室的无菌、洁净环境；

（2）可以对培养皿内细胞培养情况进行实时观测或拍摄记录。培养室培养皿盖上设置自带光源的摄像头，可以实现对培养皿内细胞培养情况进行实时观测或拍摄记录，是目前普通细胞培养箱所不具备的功能；

（3）实现了培养液的自动更换。换液装置的设置，使得培养液可以自动更换，避免手工换液带来的频繁开启培养箱门造成的培养箱内空气污染的弊端；

（4）最大程度减少了细胞培养液与外界空气接触的时间。进样室培养皿盖、培养室培养皿盖、补液容器盖、抽液容器盖的设置，以及整个细胞培养设备的操作流程的设计及应用，最大程度的减少了细胞培养液与外界空气接触的时间；

（5）培养皿内气体与培养室内气体可以自由畅通的交换但培养皿内水分不能经过蒸发离开培养皿。培养室培养皿盖上设置有空气过滤网，通过控制空气过滤网的网孔直径大小，可以达到气体分子可以通过空气过滤网进行交换而水分子则不能通过的目的。这样的设计，既保证了培养皿内气体交换的需要又保证了培养皿内培养液水分不减少的目的。

附图说明

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细的说明。

图1为本发明实施例剖切掉前侧面壁的正视示意图。

图2为本发明实施例培养皿架立体示意图。

图3为本发明实施例培养皿架底部示意图。

图4为本发明实施例升降装置示意图。

图5为本发明实施例图4中A处放大示意图。

图6为本发明实施例图4中B处放大示意图。

图7为本发明实施例图4中C处放大示意图。

图8为本发明实施例培养皿示意图。

图9为本发明实施例进样室培养皿盖示意图。

图10为本发明实施例进样室培养皿盖固定杆与进样室培养皿盖连接纵剖面示意图。

图11为本发明实施例塔型波纹管示意图。

图12为本发明实施例补液容器盖示意图。

图13为本发明实施例培养皿架轨道示意图。

图14为本发明实施例细胞培养设备未放入培养皿以及进样室门打开的正面侧视示意图。

图15为本发明实施例细胞培养设备进样室门打开的背面侧视示意图。

图16为本发明实施例细胞培养设备进样室门打开的底部侧视示意图。

图17为本发明实施例细胞培养设备使用方法第一步培养皿的置入的示意图。

图18为本发明实施例细胞培养设备使用方法第二步空气过滤及消毒、进样室培养皿固定杆与进样室培养皿盖连接的示意图。

图19为本发明实施例细胞培养设备使用方法第三步进样室培养皿盖分离的示意图。

图20为本发明实施例细胞培养设备使用方法第四步培养皿进入培养室的示意图。

图21为本发明实施例细胞培养设备使用方法第五步培养室培养皿盖盖于培养皿口的示意图。

图中：1、进样室；2、培养室；3、电机室；4、培养皿架；4-1、底部凹形槽；4-2、培养皿锁定凹槽；4-3、培养皿固定位；4-4、被动磁性块；5、培养皿架轨道；6、计算机及PLC控制器；7、升降横梁；8、进样室培养皿盖固定杆；8-1、弹性卡片；9、补液容器；10、抽液容器；11、导管；12、电磁阀；13、补液容器盖；13-1、密封胶塞；13-2、空气过滤网2；14、培养室培养皿盖；14-1、培养室培养皿盖连接杆；14-2、空气过滤网1；14-3、摄像头；15、宝塔形波纹管；16、出风口；17、进风口；18、升降齿条；19、电机；20、消毒加热装置；21、培养皿；21-1、培养皿锁定凸耳；22、进样室培养皿盖；22-1、进样室培养皿盖连接卡口；23、主动磁性滑块移动手柄；24、培养室门框；25、进样室门；26、培养室门；27、主动磁性滑块；28、泵；29、抽液容器盖。

具体实施方式

结合附图，一种细胞培养设备，主体部分在空间上由进样室、培养室、电机室构成，具体包括培养皿输送装置、培养皿盖分离以及闭合装置、换液装置、空气过滤系统、消毒加热装置、自动控制系统以及培养皿；

整个设备的外壳为长方体形，内部由两个竖直的壁将其在水平方向上分割成三个独立的空间，依次构成所述的进样室、培养室、电机室；进样室与培养室之间的壁下部居中部位设有一个培养室门，进样室与培养室之间的壁上部居中部位开有一竖直方向的长条形开口，培养室与电机室之间的壁上部居中部位相应位置也有一个竖直方向的长条形开口，进样室的前侧面设置有进样室门；

所述的培养皿输送装置包括培养皿架轨道、培养皿架、主动磁性滑块，培养皿架轨道铺设于进样室内底部且经过培养室门框通入培养室，培养皿架放置在培养皿架轨道上，培养皿架用于承载及固定培养皿，培养皿架的底部设置有一个被动磁性块，在进样室与培养室底部外侧面设置有一个可以沿着培养皿架轨道方向滑动的主动磁性滑块，主动磁性滑块与被动磁性块隔着底部壁相互吸引，手动推动主动磁性滑块沿着培养皿架轨道方向由进样室向培养室方向滑动时培养皿架也跟着从进样室进入培养室；

所述的培养皿盖分离以及闭合装置包括电机、升降齿条、宝塔形波纹管、升降横梁、进样室培养皿盖固定杆、培养室培养皿盖，升降横梁水平放置，升降横梁由进样室穿过进样室与培养室之间的壁上部的长条形开口进入培养室然后再由培养室穿过培养室与电机室之间的壁上部的长条形开口进入电机室，每个长条形开口部位设置一个宝塔形波纹管，升降横梁从宝塔形波纹管内部穿过，宝塔形波纹管开口大的一边密封贴合于长条形开口外侧边缘，其开口小的一边密封包裹粘贴于升降横梁经过宝塔形波纹管小开口处，两个宝塔形波纹管分别处于进样室内与电机室内，宝塔形波纹管的作用为既将进样室、培养室分别密封隔离开又不影响升降横梁的升降动作，升降横梁进入电机室的端部与电机室竖直方向的升降齿条的上端相结合，升降齿条下端的条齿与电机轴上的齿相啮合，升降横梁位于进样室的部位下侧面连接有4根竖直向下的进样室培养皿盖固定杆，升降横梁位于培养室的部位下侧面连接有4根竖直向下的培养室培养皿盖连接杆，每个培养室培养皿盖连接杆下端面同轴连接有一个培养室培养皿盖，4根进样室培养皿盖固定杆及4根培养室培养皿盖连接杆沿升降横梁轴向排列成一条直线，培养室培养皿盖上设置有一自带光源的摄像头；

所述的换液装置包括补液容器、抽液容器、导管、电磁阀、泵、补液容器盖、抽液容器盖，补液容器及抽液容器固定于培养室顶部外侧面，一个补液容器及一个抽液容器组成一对对应一个培养室培养皿盖，一共有4对，即，一共设置有4个补液容器、4个抽液容器，每个补液容器配备一个补液容器盖，每个抽液容器配备一个抽液容器盖，补液容器及抽液容器底部各开有一个孔，每个孔连接有一个导管且导管穿过培养室顶部的壁进入培养室内，每对补液容器与抽液容器的导管进入培养室内穿过其对应的培养室培养皿盖，培养室内靠近培养室顶部内壁的部位与补液容器相连接的导管上设置有电磁阀、与抽液容器相连接的导管上设置有泵且电磁阀及泵固定于培养室顶部内壁上，电磁阀及泵与培养室培养皿盖之间的导管为软管，且软管的长度为升降横梁最大移动距离的2.5倍；

所述的空气过滤系统包括进样室后侧壁的出风口、培养室后侧壁的出风口、进样室底部的进风口、培养室底部的进风口，进样室底部及培养室底部的进风口内侧镶嵌安装有空气过滤装置，进样室后侧壁及培养室后侧壁的出风口外侧装有风机，在进样室底部及培养室底部进风口外侧、进样室后侧壁及培养室后侧壁出风口内侧分别安装有电磁阀，空气过滤装置为多孔过滤材料填充的过滤网；

所述的消毒加热装置为安装于培养室顶部内壁的灯管架及固定于灯管架上的紫外灯管及发热管；

所述的自动控制系统包括设置于整个设备顶部外侧面上的计算机及PLC控制器、与培养皿盖分离以及闭合装置相连接的线缆、与空气过滤系统的电磁阀及风机相连接的线缆、与消毒加热装置相连接的线缆、与换液装置的电磁阀及泵相连接线缆、与摄像头相连接的线缆以及驱动各部件工作的软件。

其中，所述的培养皿架主体为一个长方体形板，长方体形板的上表面设置有圆环形凸起围成的培养皿固定位，培养皿固定位一共设置4个且其中心点成一直线排列，圆环形凸起的上端面直径方向两端分别设置有一个U形培养皿锁定凹槽，且在培养皿锁定凹槽上有水平方向贯穿两个凹槽凸起的贯穿孔，圆环形凸起的内壁直径等于培养皿的外壁直径，长方体形板的下表面设置有配合培养皿架轨道的底部凹形槽。

其中，所述的宝塔形波纹管为一边开口大、一边开口小的轴向为塔型且横截面为长方形的由可折叠皱纹片沿折叠伸缩方向连接成的空管，配合升降横梁使用，在升降横梁上升或下降时塔型波纹管随着发生摆动形变。

其中，所述的进样室培养皿盖固定杆靠近下端面的两侧对称位置各自向内部挖出一个竖直方向的狭缝，每个狭缝镶嵌一个弹性卡片，弹性卡片的形状为直角梯形，其上底向梯形内部挖去一部分形成一个U形缺口，梯形的下底为竖直方向且嵌入狭缝内，梯形的锐角朝下，狭缝内安装有弹簧且弹簧顶在弹性卡片嵌入狭缝内的边上。

其中，所述的每个培养室培养皿盖，导管穿过培养室培养皿盖后的长度为培养皿的内部深度的0.8倍，培养室培养皿盖下表面设置有朝下的摄像头，培养室培养皿盖上表面设置有一个开口，该开口上设置有空气过滤网1。

其中，所述的培养皿配备有进样室培养皿盖，进样室培养皿盖上表面居中部位设置有进样室培养皿盖连接卡口，该进样室培养皿盖连接卡口为一个圆柱形凸起，该圆柱形凸起中空且其开口直径小于内部空腔直径，进样室培养皿盖固定杆随着升降横梁下降时，进样室培养皿盖固定杆下端的弹性卡片卡入进样室培养皿盖连接卡口，通过手动按压弹性卡片最上端U形缺口处形成的露置于进样室培养皿盖连接卡口外部的凸起可以使得弹性卡片缩回进样室培养皿盖固定杆下端的狭缝内，使得进样室培养皿盖可以从进样室培养皿盖固定杆上去除掉。

其中，所述的培养皿盖分离以及闭合装置整体形状为倒L形，其位于电机室的升降齿条被固定且只能在竖直方向上随着电机的转动发生向上或向下的移动，上下移动的范围通过电机转动圈数的设定决定，齿条向下移动到使得进样室培养皿盖固定杆的弹性卡片正好卡入放置好的进样室培养皿盖连接卡口为限，或齿条向下移动到使得培养室培养皿盖盖于放置好的培养皿口为限，齿条向上移动到使得培养室培养皿盖离开培养皿口且穿过培养室培养皿盖的导管全部从培养皿内出来为限。

其中，所述的培养皿为一圆柱形容器，其外侧面靠近底部直径方向对称位置分别设置有一个培养皿锁定凸耳，培养皿锁定凸耳上设置有贯穿孔，该贯穿孔与培养皿架上培养皿锁定凹槽的贯穿孔相配合，向贯穿孔内插入销子将培养皿锁定在培养皿架上。

其中，所述的补液容器盖与抽液容器盖结构相同，补液容器盖或抽液容器盖上表面居中部位设置有圆柱形凸起，该圆柱形凸起中间上下贯通且用密封胶塞封闭，补液容器盖或抽液容器盖上表面设置有一个开口，该开口上设置有空气过滤网2。

其中，所述的培养室门由培养室门框和培养室门构成，培养室门框位于进样室与培养室之间的壁下部居中部位，培养室门框上边框与下边框部位安装水平轨道，培养室门贴着培养室门框嵌装于轨道上，培养室门完全闭合时其在培养室后侧面露置一部分，手动抓住露置于培养室后侧面的培养室门的把手向外抽拉可将培养室门打开，培养皿架轨道经过培养室门下部边框的部位断开，使得培养室门推拉时可以从该断开处的缝隙通过将培养室门完全闭合或者打开。

其中，所述的进样室门由窄门框及镶嵌于窄门框上的透明窗构成，培养室前侧面也由透明窗构成。

其中，所述的培养皿为4个，进样室培养皿盖固定杆之间的轴心距离及培养室培养皿盖连接杆之间的轴心距离均与培养皿固定位中心点距离相等，每个培养室培养皿盖对应设置一个补液容器、一个抽液容器，每个培养室培养皿盖上穿有两个导管分别连接其对应设置的一个补液容器及抽液容器。

其中，所述的主动磁性滑块上设置有位置锁定装置，该位置锁定装置具体为，在主动磁性滑块移动手柄上开有一孔，孔内有一个可以自由旋转的螺杆，旋转螺杆可以使得螺杆向里的端部顶在设备壁上使得主动磁性滑块位置固定下来。

其中，除主动磁性滑块与被动磁性滑块外，构成该设备其它部分的金属材料为奥氏体304不锈钢

其使用方法如下：

第一步，培养皿的置入。打开进样室门，手动移动主动磁性滑片使得培养皿架完全处于进样室内并且在培养皿与进样室培养皿盖固定杆同轴时通过位置锁定装置锁定主动磁性滑块的位置，由于主动磁性滑块与被动磁性块相互吸引将培养皿架的位置也锁定。通过计算机操控驱使电机转动使得升降横梁处于最高位。经过清洗及消毒的培养皿装好细胞培养所需物质后，盖好进样室培养皿盖，用戴手套的经消毒的手将培养皿放入进样室内培养皿固定位上，并且使得培养皿锁定凸耳嵌入培养皿固定位的培养皿锁定凹槽，并在贯穿孔内插入配套的销子将培养皿固定在培养皿架上，关闭进样室门。

第二步，空气过滤及消毒、进样室培养皿固定杆与进样室培养皿盖连接。手动关闭培养室门，通过计算机操控驱动电机转动使得升降横梁下降且进样室培养皿盖固定杆的弹性卡片正好卡入放置好的进样室培养皿盖连接卡口，通过计算机操控开启进样室后侧壁与培养室后侧壁处的风机且同步开启进样室底部、培养室底部、进样室后侧壁、培养室后侧壁处的电磁阀，使得设备内的空气从出风口被风机强制抽向设备外，设备外的空气从设备底部的进风口流入设备内部，设备内的空气被持续抽出，设备外的空气经过空气过滤装置过滤后持续流入设备内部，使得设备内的空气全部被净化。在进行空气过滤的同时，培养室的紫外灯也开启进行消毒。

第三步，进样室培养皿盖分离。待空气过滤及消毒完成后，通过计算机操控停止风机工作、关闭空气过滤系统相关的各电磁阀、关闭紫外灯，通过计算机操控驱动电机转动使得升降横梁上升到最高位置，带动进样室培养皿盖固定杆上升，由于进样室培养皿盖固定杆与进样室培养皿盖通过弹性卡片连接在一起，进样室培养皿盖固定杆的上升带动进样培养皿盖上升并与培养皿分离。

第四步，培养皿进入培养室。手动开启培养室门，手动松开主动磁性滑块的位置锁定装置，手动向右移动主动磁性滑块带动培养皿架进入培养室，且在培养皿与培养室培养皿盖同轴时，手动紧固主动磁性滑块的位置锁定装置锁定培养皿架的位置。手动关闭培养室门。打开进样室门，通过手动按压进样室培养皿盖固定杆下端的弹性卡片最上端U形缺口处形成的露置于进样室培养皿盖连接卡口外部的凸起，将进样室培养皿盖从进样室培养皿盖固定杆上去除掉并取出进样室外，关闭进样室门。

第五步，培养室培养皿盖盖于培养皿口。通过计算机操控驱动电机转动使得升降横梁下降到培养室培养皿盖盖于下方的培养皿口，此时换液装置的导管进入培养皿中，细胞培养开始。在细胞培养过程中，可以通过培养室培养皿盖上的摄像头采集培养皿内的图象输送到计算机，根据需要对培养皿内的变化进行拍摄并储存在计算机里，或者通过计算机实时查看培养皿内情况。

第六步，更换培养液。当位于培养室内的培养皿中的培养液需要更换时，通过计算机操控相应培养皿对应的抽液容器的泵启动，培养皿中的培养液被抽取到对应的抽液容器中，通过摄像头实时观测抽液情况当培养液抽取完毕后通过计算机操控停止泵。随后通过计算机操控相应培养皿对应的补液容器的电磁阀打开，补液容器中的新鲜培养液流入培养皿中，通过摄像头实时观测补液情况当培养液补充到所需后通过计算机操控关闭电磁阀。补液容器中培养液的添加是通过注射器抽取新鲜培养液后将注射器的针头刺穿补液容器盖中间的密封胶塞，将新鲜培养液通过注射器注入到补液容器中。抽液容器中回收的培养液可以通过注射器针头刺穿抽液容器盖中间的密封胶塞抽取而出。

第七步，培养皿的取出。当细胞培养完成后，培养皿的取出以与其置入相反的流程实现，即，打开进样室门，用戴手套的经消毒的手将消毒后的进样室培养皿盖置入进样室，并通过进样室培养皿盖连接卡口与进样室培养皿盖固定杆的弹性卡片将其连接在进样室培养皿盖固定杆上，关闭进样室门，通过计算机操控开启进样室后侧壁处的风机且同步打开进样室底部、进样室后侧壁处的电磁阀，使得由于开启进样室被污染的空气得到过滤净化，随后，通过计算机操控停止进样室后侧壁处的风机且同步关闭进样室底部、进样室后侧壁处的电磁阀，通过计算机操控电机转动使得升降横梁上升到最高位置，培养室培养皿盖与培养皿分离且其导管全部从培养皿内出来，手动打开培养室门，手动松开主动磁性滑块的位置锁定装置，手动向左移动主动磁性滑块带动培养皿架进入进样室，并且使得培养皿与进样室培养皿盖固定杆同轴，随后通过位置锁定装置锁定主动磁性滑块的位置，通过计算机操控驱动电机转动使得升降横梁下降且进样室培养皿盖盖合于培养皿口上，打开进样室门，通过手动按压进样室培养皿盖固定杆下端的弹性卡片最上端U形缺口处形成的露置于进样室培养皿盖连接卡口外部的凸起，并通过其它夹持工具将该凸起夹持保持被按压状态，通过计算机操控驱动电机转动使得升降横梁上升，使得进样室培养皿盖与进样室培养皿盖固定杆分离，手动拔出培养皿锁定凹槽及培养皿锁定凸耳贯穿孔内的销子，将培养皿从培养皿架上取下并从进样室内取出，关闭进样室门。

Claims (15)

1.一种细胞培养设备，其特征在于，主体部分在空间上由进样室、培养室、电机室构成，具体包括培养皿输送装置、培养皿盖分离以及闭合装置、换液装置、空气过滤系统、消毒加热装置、自动控制系统以及培养皿；

整个设备的外壳为长方体形，内部由两个竖直的壁将其在水平方向上分割成三个独立的空间，从左到右依次构成所述的进样室、培养室、电机室；进样室与培养室之间的壁下部居中部位设有一个培养室门，进样室与培养室之间的壁上部居中部位开有一竖直方向的长条形开口，培养室与电机室之间的壁上部居中部位相应位置也有一个竖直方向的长条形开口，进样室的前侧面设置有进样室门；

所述的培养皿输送装置包括培养皿架轨道、培养皿架、主动磁性滑块，培养皿架轨道铺设于进样室内底部且经过培养室门框通入培养室，培养皿架放置在培养皿架轨道上，培养皿架用于承载及固定培养皿，培养皿架的底部设置有一个被动磁性块，在进样室与培养室底部外侧面设置有一个可以沿着培养皿架轨道方向滑动的主动磁性滑块，主动磁性滑块与被动磁性块隔着底部壁相互吸引，手动推动主动磁性滑块沿着培养皿架轨道方向由进样室向培养室方向滑动时培养皿架也跟着从进样室进入培养室；

所述的培养皿盖分离以及闭合装置包括电机、升降齿条、宝塔形波纹管、升降横梁、进样室培养皿盖固定杆、培养室培养皿盖，升降横梁水平放置，升降横梁由进样室穿过进样室与培养室之间的壁上部的长条形开口进入培养室然后再由培养室穿过培养室与电机室之间的壁上部的长条形开口进入电机室，每个长条形开口部位设置一个宝塔形波纹管，升降横梁从宝塔形波纹管内部穿过，宝塔形波纹管开口大的一边密封贴合于长条形开口外侧边缘，其开口小的一边密封包裹粘贴于升降横梁经过宝塔形波纹管小开口处，宝塔形波纹管的作用为既将进样室、培养室分别密封隔离开又不影响升降横梁的升降动作，升降横梁进入电机室的端部与电机室竖直方向的升降齿条的上端相结合，升降齿条下端的条齿与电机轴上的齿相啮合，升降横梁位于进样室的部位下侧面连接有竖直向下的进样室培养皿盖固定杆，升降横梁位于培养室的部位下侧面连接有竖直向下的培养室培养皿盖连接杆，培养室培养皿盖连接杆下端面同轴连接有培养室培养皿盖，培养室培养皿盖上设置有一自带光源的摄像头；

所述的换液装置包括补液容器、抽液容器、导管、电磁阀、泵、补液容器盖、抽液容器盖，补液容器及抽液容器固定于培养室顶部外侧面，一个补液容器及一个抽液容器组成一对对应一个培养室培养皿盖，每个补液容器配备一个补液容器盖，每个抽液容器配备一个抽液容器盖，补液容器及抽液容器底部各开有一个孔，每个孔连接有一个导管且导管穿过培养室顶部的壁进入培养室内，每对补液容器与抽液容器的导管进入培养室内穿过其对应的培养室培养皿盖，培养室内靠近培养室顶部内壁的部位与补液容器相连接的导管上设置有电磁阀、与抽液容器相连接的导管上设置有泵且电磁阀及泵固定于培养室顶部内壁上，电磁阀及泵与培养室培养皿盖之间的导管为软管，且软管的长度大于等于升降横梁最大移动距离的二倍；

所述的空气过滤系统包括进样室后侧壁的出风口、培养室后侧壁的出风口、进样室底部的进风口、培养室底部的进风口，进样室底部及培养室底部的进风口内侧镶嵌安装有空气过滤装置，进样室后侧壁及培养室后侧壁的出风口外侧装有风机，在进样室底部及培养室底部进风口外侧、进样室后侧壁及培养室后侧壁出风口内侧分别安装有电磁阀，空气过滤装置为多孔过滤材料填充的过滤网；

所述的消毒加热装置为安装于培养室顶部内壁的灯管架及固定于灯管架上的紫外灯管及发热管；

所述的自动控制系统包括设置于整个设备顶部外侧面上的计算机及PLC控制器、与培养皿盖分离以及闭合装置相连接的线缆、与空气过滤系统的电磁阀及风机相连接的线缆、与消毒加热装置相连接的线缆、与换液装置的电磁阀及泵相连接线缆、与摄像头相连接的线缆以及驱动各部件工作的软件。

2.如权利要求1所述的一种细胞培养设备，其特征在于，所述的培养皿架主体为一个长方体形板，长方体形板的上表面设置有圆环形凸起围成的培养皿固定位，圆环形凸起的上端面直径方向两端分别设置有一个U形培养皿锁定凹槽，且在培养皿锁定凹槽上有水平方向贯穿两个凹槽凸起的贯穿孔，圆环形凸起的内壁直径大于等于培养皿的外壁直径，长方体形板的下表面设置有配合培养皿架轨道的底部凹形槽。

3.如权利要求1所述的一种细胞培养设备，其特征在于，所述的宝塔形波纹管为一边开口大、一边开口小的轴向为塔型且横截面为长方形的由可折叠皱纹片沿折叠伸缩方向连接成的空管，配合升降横梁使用，在升降横梁上升或下降时塔型波纹管随着发生摆动形变。

4.如权利要求1所述的一种细胞培养设备，其特征在于，所述的进样室培养皿盖固定杆靠近下端面的两侧对称位置各自向内部挖出一个竖直方向的狭缝，每个狭缝镶嵌一个弹性卡片，弹性卡片的形状为直角梯形，其上底向梯形内部挖去一部分形成一个U形缺口，梯形的下底为竖直方向且嵌入狭缝内，梯形的锐角朝下，狭缝内安装有弹簧且弹簧顶在弹性卡片嵌入狭缝内的边上。

5.如权利要求1所述的一种细胞培养设备，其特征在于，所述的培养室培养皿盖，导管穿过培养室培养皿盖后的长度小于等于培养皿的内部深度，培养室培养皿盖下表面设置有朝下的摄像头，培养室培养皿盖上表面设置有一个开口，该开口上设置有空气过滤网1。

6.如权利要求1所述的一种细胞培养设备，其特征在于，所述的培养皿配备有进样室培养皿盖，进样室培养皿盖上表面居中部位设置有进样室培养皿盖连接卡口，该进样室培养皿盖连接卡口为一个圆柱形凸起，该圆柱形凸起中空且其开口直径小于内部空腔直径，进样室培养皿盖固定杆随着升降横梁下降时，进样室培养皿盖固定杆下端的弹性卡片卡入进样室培养皿盖连接卡口，通过手动按压弹性卡片最上端U形缺口处形成的露置于进样室培养皿盖连接卡口外部的凸起可以使得弹性卡片缩回进样室培养皿盖固定杆下端的狭缝内，使得进样室培养皿盖可以从进样室培养皿盖固定杆上去除掉。

7.如权利要求1所述的一种细胞培养设备，其特征在于，所述的培养皿盖分离以及闭合装置整体形状为倒L形，其位于电机室的升降齿条被固定且只能在竖直方向上随着电机的转动发生向上或向下的移动，上下移动的范围通过电机转动圈数的设定决定，齿条向下移动到使得进样室培养皿盖固定杆的弹性卡片正好卡入放置好的进样室培养皿盖连接卡口为限，或齿条向下移动到使得培养室培养皿盖盖于放置好的培养皿口为限，齿条向上移动到使得培养室培养皿盖离开培养皿口且穿过培养室培养皿盖的导管全部从培养皿内出来为限。

8.如权利要求1所述的一种细胞培养设备，其特征在于，所述的培养皿为一圆柱形容器，其外侧面靠近底部直径方向对称位置分别设置有一个培养皿锁定凸耳，培养皿锁定凸耳上设置有贯穿孔，该贯穿孔与培养皿架上培养皿锁定凹槽的贯穿孔相配合，向贯穿孔内插入销子将培养皿锁定在培养皿架上。

9.如权利要求1所述的一种细胞培养设备，其特征在于，所述的补液容器盖与抽液容器盖结构相同，补液容器盖或抽液容器盖上表面居中部位设置有圆柱形凸起，该圆柱形凸起中间上下贯通且用密封胶塞封闭，补液容器盖或抽液容器盖上表面设置有一个开口，该开口上设置有空气过滤网2。

10.如权利要求1所述的一种细胞培养设备，其特征在于，所述的培养室门由培养室门框和培养室门构成，培养室门框位于进样室与培养室之间的壁下部居中部位，培养室门框上边框与下边框部位安装水平轨道，培养室门贴着培养室门框嵌装于轨道上，培养室门完全闭合时其在培养室后侧面露置一部分，手动抓住露置于培养室后侧面的培养室门的把手向外抽拉可将培养室门打开，培养皿架轨道经过培养室门下部边框的部位断开，使得培养室门推拉时可以从该断开处的缝隙通过将培养室门完全闭合或者打开。

11.如权利要求1所述的一种细胞培养设备，其特征在于，所述的进样室门由窄门框及镶嵌于窄门框上的透明窗构成，培养室前侧面也由透明窗构成。

12.如权利要求1所述的一种细胞培养设备，其特征在于，所述的培养皿可以是多个，相应的每个培养皿在培养皿架上对应设置一个培养皿固定位，相应的每个培养皿对应一个进样室培养皿盖固定杆，相应的每个培养皿对应一个培养室培养皿盖，进样室培养皿盖固定杆之间的轴心距离及培养室培养皿盖连接杆之间的轴心距离均与培养皿固定位中心点距离相等。

13.如权利要求1所述的一种细胞培养设备，其特征在于，所述的主动磁性滑块上设置有位置锁定装置，该位置锁定装置具体为，在主动磁性滑块移动手柄上开有一孔，孔内有一个可以自由旋转的螺杆，旋转螺杆可以使得螺杆向里的端部顶在设备壁上使得主动磁性滑块位置固定下来。

14.如权利要求1所述的一种细胞培养设备，其特征在于，除主动磁性滑块与被动磁性滑块外，构成该设备其它部分的金属材料为非磁性材料。

15.如权利要求14所述的一种细胞培养设备，其特征在于，所述的非磁性材料为奥氏体304不锈钢。