CN109097275A - 高纯度干细胞培养设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种高纯度干细胞培养设备，包括灌流瓶，灌流瓶通过输入管与反应器连接，反应器通过第一连通管与蠕动泵连接，蠕动泵通过第二连通管与灌流槽连接，灌流槽通过输出管与废液瓶连接，反应器、灌流槽内均设有过滤膜，输入管、第一连通管、第二连通管、输出管上均设有减震器，废液瓶包括瓶体，瓶体内设有多层滤网，瓶体外侧设有灭菌灯。本发明的设备可实现干细胞独立培养，干细胞培养纯度高，保留有其细胞特性，培养过程可监控。

Description

高纯度干细胞培养设备
技术领域
本发明属于细胞培养技术领域，具体涉及一种高纯度干细胞培养设备。
背景技术
干细胞因具有自我更新、多向分化潜能而被视为细胞治疗、组织工程的理想种子细胞。无论是细胞治疗还是组织工程都需要相当数量的干细胞，然而干细胞来源有限，当前普通多孔板、方瓶等平面培养操作复杂，生长微环境间断性改变巨大，对细胞生长影响大，收获的细胞数目又远远达不到临床需要。同时，在培养体系中直接添加细胞因子组合也会使培养成本大大增加，难以将干细胞治疗推向临床应用。因此，急需要有一种可以在体外大量迅速培养干细胞，且不会大幅增加培养成本的装置问世。
发明内容
本发明的目的在于提供一种实现干细胞独立培养，干细胞培养纯度高，保留有其细胞特性，培养过程可监控的高纯度干细胞培养设备。
本发明为实现上述目的所采取的技术方案为：高纯度干细胞培养设备，包括灌流瓶，灌流瓶通过输入管与反应器连接，反应器通过第一连通管与蠕动泵连接，蠕动泵通过第二连通管与灌流槽连接，灌流槽通过输出管与废液瓶连接，反应器、灌流槽内均设有过滤膜，输入管、第一连通管、第二连通管、输出管上均设有减震器，废液瓶包括瓶体，瓶体内设有多层滤网，瓶体外侧设有灭菌灯。废液瓶内设置滤网用于将废液中的固体物与液体分离，同时灭菌灯对废液进行灭菌操作，本发明将饲养层细胞和待培养细胞分别在反应器和灌流槽内进行培养，设有的过滤膜具体孔径大小能控制在阻止反应器内的细胞穿过但能实现液体流通，并且能阻止灌流槽内的干细胞穿过液体流通。这样反应器内饲养的细胞分泌的细胞因子等随同培养液一起进入待培养细胞的灌流槽内，培养的干细胞可留在灌流槽过滤膜下方不会随培养液一起流入废液瓶中。通过上述设计实现了干细胞独立培养，并且不会造成干细胞受污染或参杂保证干细胞纯度，同时上述设计达到提高了干细胞培养的操作便捷性，减少了传统模式的较多操作环节，缩短干细胞培养时间，降低干细胞培养成本。
优选的，灌流瓶上分别安置有气体过滤头、温度计、pH计，废液瓶上安置有气体过滤头。设有的气体过滤头用于灌流瓶和废液瓶与外界空气相通，并对流进灌流瓶和废液瓶内的空气进行过滤，而灌流瓶内的温度计和pH计可对灌流瓶内的培养基的pH值和温度进行实时监控并将监控数据反馈计算机进行分析计算，优化培养参数，提高细胞培养效率和效果。
优选的，反应器、灌流槽两侧壁上间隔设置有隔板。隔板的设置可延缓液体在反应器或灌流槽内的流动速度使液体与反应器内的饲养细胞和灌流槽内的干细胞充分接触，提高细胞培养产量。
优选的，反应器、灌流槽的底部均为锥筒状，由下至上直径依次增大，反应器、灌流槽两侧壁上安置有磁场发生器。磁场发生器采用较通畅的工频磁场发生器、或者是一些磁铁等永磁性物体，并且调整其强度能使磁球体在反应器或灌流槽内悬浮，设置反应器、灌流槽的底部为锥筒状，在细胞培养初期控制磁场发生器的磁场强度相对较小，使磁球体悬浮于反应器或灌流槽下部，这样磁球体之间的密集度较高有益于早期少数量的细胞快速扩增，当细胞扩增到一定数量时增大磁场发生器的磁场强度，使磁球悬浮高度升高，降低磁球体之间的密集度，带动细胞从反应器或灌流槽底部向上移动，扩大细胞培养空间，同时避免细胞粘附到反应器或灌流槽底部 ，该方式可由下提高细胞培养效率，使细胞不断扩增，缩短细胞的生长配置周期，降低细胞培养过程中产生的损伤一致细胞向下分化，保持细胞特性。磁场发生器优选采用平行班电容器实现，本领域技术人员因知晓该技术。平行板电容器的两个平板分别接通在直流电的正负极之后，两块平板之间会产生匀强电场、及与电场垂直的匀强磁场。所以，本发明的磁场发生器竖直设置可产生竖直方向的磁场，通过改变直流电的正负极和大小可实现变换磁场的大小和方向。
优选的，反应器、灌流槽内的过滤膜下方放置有若干磁球体，磁球体包括磁珠，磁珠表面环绕设置有连接杆，连接杆上连接有至少两块弧板。所选用的磁珠采用葡萄糖、合成聚合物、亲和树脂等包覆层包覆的复合磁珠，内部被包覆的磁芯提供磁性。磁球体在受磁场发生器作用在反应器、灌流槽内产生旋转及聚集或分散作用，细胞在培养过程中对剪切力较敏感，容易死亡，采用磁球体搅拌的方式有效解决细胞因搅拌剪切力而死亡的问题，并且磁珠表面的弧板可增强细胞之间的接触率、为细胞提供贴壁生长同时对细胞产生磁化作用使细胞不断扩增，缩短细胞的生长配置周期，降低细胞培养过程中产生的损伤一致细胞向下分化，保持细胞特性。
优选的，反应器、灌流槽上部分别设有温度监测仪。设有的温度监测仪可对反应器和灌流槽附近的温度进行监测，对细胞培养环境参数进行监控，并实时将监测温度数据传送至计算机进行分析计算，优化培养参数，提高细胞培养效率和效果。
优选的，第二连通管的出液口设置于灌流槽内的过滤膜下方。可直接将反应器内饲养细胞分泌的细胞因子直接输送至灌流槽的过滤膜下方与干细胞接触共干细胞生长。
优选的，减震器环槽状，内侧为均布气孔的橡胶层，外侧为金属层。减震环的设计可对液体在输入管、第一连通管、第二连通管、输出管起到减小管道震动的作用，避免液体在管道中流动速度不稳定产生较大的冲击力对饲养细胞或干细胞造成冲击伤害。
优选的，温度监测仪I、温度监测仪II、温度计、pH计分别与计算机相连接。将细胞培养环境监控数据反馈计算机进行分析计算，优化培养参数，提高细胞培养效率和效果。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：本发明实现了干细胞独立培养，并且不会造成干细胞受污染或参杂保证干细胞纯度，同时上述设计达到提高了干细胞培养的操作便捷性，减少了传统模式的较多操作环节，缩短干细胞培养时间，降低干细胞培养成本；利用磁场发生器驱动磁球体的方式可由下提高细胞培养效率，使细胞不断扩增，缩短细胞的生长配置周期，降低细胞培养过程中产生的损伤一致细胞向下分化，保持细胞特性；培养过程中将细胞培养环境监控数据反馈计算机进行分析计算，优化培养参数，提高细胞培养效率和效果。
本发明采用了上述技术方案提供的一种高纯度干细胞培养设备，弥补了现有技术的不足，设计合理，操作方便。
附图说明
图1为本发明高纯度干细胞培养设备结构示意图；
图2为反应器示意图；
图3为反应器俯视图；
图4为磁球体结构示意图；
图5为灌流槽结构示意图；
图6为废液瓶示意图；
图7为减震器剖视图；
图8为计算机与温度监测仪I、温度监测仪II、温度计、pH计的连接示意图。
附图标记说明：1.灌流瓶；2.气体过滤头；3.温度计；4.pH计；5.减震器；501.橡胶层；502.金属层；6.输入管；7.第一连通管；8.蠕动泵；9.第二连通管；10.输出管；11.废液瓶；11a.灭菌灯；11b.滤网；11c.瓶体；12.反应器；12a.温度监测仪I；13.过滤膜；14.灌流槽；14a.温度监测仪II；15.磁球体；15a磁珠；15b.弧板；15c.连接杆；16.磁场发生器；17.隔板。
具体实施方式
以下结合实施例和附图对本发明作进一步详细描述：
实施例1：
如图1-8所示，高纯度干细胞培养设备，包括灌流瓶1，灌流瓶1通过输入管6与反应器12连接，反应器12通过第一连通管7与蠕动泵8连接，蠕动泵8通过第二连通管9与灌流槽14连接，灌流槽14通过输出管10与废液瓶11连接，反应器12、灌流槽14内均设有过滤膜13，输入管6、第一连通管7、第二连通管9、输出管10上均设有减震器5，废液瓶11包括瓶体11c，瓶体11c内设有多层滤网11b，瓶体11c外侧设有灭菌灯11a。废液瓶11内设置滤网11b用于将废液中的固体物与液体分离，同时灭菌灯11a对废液进行灭菌操作，本发明将饲养层细胞和待培养细胞分别在反应器12和灌流槽14内进行培养，设有的过滤膜13具体孔径大小能控制在阻止反应器12内的细胞穿过但能实现液体流通，并且能阻止灌流槽14内的干细胞穿过液体流通。这样反应器12内饲养的细胞分泌的细胞因子等随同培养液一起进入待培养细胞的灌流槽14内，培养的干细胞可留在灌流槽14过滤膜13下方不会随培养液一起流入废液瓶11中。通过上述设计实现了干细胞独立培养，并且不会造成干细胞受污染或参杂保证干细胞纯度，同时上述设计达到提高了干细胞培养的操作便捷性，减少了传统模式的较多操作环节，缩短干细胞培养时间，降低干细胞培养成本。
灌流瓶1上分别安置有气体过滤头2、温度计3、pH计4，废液瓶11上安置有气体过滤头2。设有的气体过滤头2用于灌流瓶1和废液瓶11与外界空气相通，并对流进灌流瓶1和废液瓶11内的空气进行过滤，而灌流瓶1内的温度计3和pH计4可对灌流瓶1内的培养基的pH值和温度进行实时监控并将监控数据反馈计算机进行分析计算，优化培养参数，提高细胞培养效率和效果。
反应器12、灌流槽14两侧壁上间隔设置有隔板17。隔板17的设置可延缓液体在反应器12或灌流槽14内的流动速度使液体与反应器12内的饲养细胞和灌流槽14内的干细胞充分接触，提高细胞培养产量。
反应器12、灌流槽14的底部均为锥筒状，由下至上直径依次增大，反应器12、灌流槽14两侧壁上安置有磁场发生器16。磁场发生器16采用较通畅的工频磁场发生器、或者是一些磁铁等永磁性物体，并且调整其强度能使磁球体15在反应器12或灌流槽14内悬浮，设置反应器12、灌流槽14的底部为锥筒状，在细胞培养初期控制磁场发生器16的磁场强度相对较小，使磁球体15悬浮于反应器12或灌流槽14下部，这样磁球体15之间的密集度较高有益于早期少数量的细胞快速扩增，当细胞扩增到一定数量时增大磁场发生器16的磁场强度，使磁球悬浮高度升高，降低磁球体15之间的密集度，带动细胞从反应器12或灌流槽14底部向上移动，扩大细胞培养空间，同时避免细胞粘附到反应器12或灌流槽14底部 ，该方式可由下提高细胞培养效率，使细胞不断扩增，缩短细胞的生长配置周期，降低细胞培养过程中产生的损伤一致细胞向下分化，保持细胞特性。磁场发生器16优选采用平行班电容器实现，本领域技术人员因知晓该技术。平行板电容器的两个平板分别接通在直流电的正负极之后，两块平板之间会产生匀强电场、及与电场垂直的匀强磁场。所以，本发明的磁场发生器16竖直设置可产生竖直方向的磁场，通过改变直流电的正负极和大小可实现变换磁场的大小和方向。
反应器12、灌流槽14内的过滤膜13下方放置有若干磁球体15，磁球体15包括磁珠15a，磁珠15a表面环绕设置有连接杆15c，连接杆15c上连接有至少两块弧板15b。所选用的磁珠15a采用葡萄糖、合成聚合物、亲和树脂等包覆层包覆的复合磁珠15a，内部被包覆的磁芯提供磁性。磁球体15在受磁场发生器16作用在反应器12、灌流槽14内产生旋转及聚集或分散作用，细胞在培养过程中对剪切力较敏感，容易死亡，采用磁球体15搅拌的方式有效解决细胞因搅拌剪切力而死亡的问题，并且磁珠15a表面的弧板15b可增强细胞之间的接触率、为细胞提供贴壁生长同时对细胞产生磁化作用使细胞不断扩增，缩短细胞的生长配置周期，降低细胞培养过程中产生的损伤一致细胞向下分化，保持细胞特性。
反应器12、灌流槽14上部分别设有温度监测仪12a、14a。设有的温度监测仪可对反应器12和灌流槽14附近的温度进行监测，对细胞培养环境参数进行监控，并实时将监测温度数据传送至计算机进行分析计算，优化培养参数，提高细胞培养效率和效果。
第二连通管9的出液口设置于灌流槽14内的过滤膜13下方。可直接将反应器12内饲养细胞分泌的细胞因子直接输送至灌流槽14的过滤膜13下方与干细胞接触共干细胞生长。
减震器5环槽状，内侧为均布气孔的橡胶层501，外侧为金属层502。减震环5的设计可对液体在输入管6、第一连通管7、第二连通管9、输出管10起到减小管道震动的作用，避免液体在管道中流动速度不稳定产生较大的冲击力对饲养细胞或干细胞造成冲击伤害。
温度监测仪I12a、温度监测仪II14a、温度计3、pH计4分别与计算机相连接。将细胞培养环境监控数据反馈计算机进行分析计算，优化培养参数，提高细胞培养效率和效果。
实施例2：
本发明的高纯度干细胞培养设备实际使用时，将干细胞培养的培养基装在灌流瓶1内，灌流瓶1中的培养基通过蠕动泵10流到反应器12中，为反应器12内过滤膜13下方饲养细胞提供营养，而胚胎干细胞接种于灌流槽14中，反应器12内的饲养细胞分泌了细胞因子和培养液组成条件培养基输入到灌流槽14内用于胚胎干细胞培养，胚胎干细胞生长后用剩的培养基输入至废液瓶11内收集。
在细胞培养初期控制磁场发生器16的磁场强度相对较小，使磁球体15悬浮于反应器12或灌流槽14下部，这样磁球体15之间的密集度较高有益于早期少数量的细胞快速扩增，当细胞扩增到一定数量时增大磁场发生器16的磁场强度，使磁球悬浮高度升高，降低磁球体15之间的密集度，带动细胞从反应器12或灌流槽14底部向上移动，扩大细胞培养空间，同时避免细胞粘附到反应器12或灌流槽14底部。
以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，本领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型。因此，所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。

Claims (9)

1.高纯度干细胞培养设备，其特征在于：包括灌流瓶（1），所述的灌流瓶（1）通过输入管（6）与反应器（12）连接，所述的反应器（12）通过第一连通管（7）与蠕动泵（8）连接，所述的蠕动泵（8）通过第二连通管（9）与灌流槽（14）连接，所述的灌流槽（14）通过输出管（10）与废液瓶（11）连接，所述的反应器（12）、灌流槽（14）内均设有过滤膜（13），所述的输入管（6）、第一连通管（7）、第二连通管（9）、输出管（10）上均设有减震器（5），所述的废液瓶（11）包括瓶体（11c），所述的瓶体（11c）内设有多层滤网（11b），所述的瓶体（11c）外侧设有灭菌灯（11a）。
2.根据权利要求1所述的高纯度干细胞培养设备，其特征在于：所述的灌流瓶（1）上分别安置有气体过滤头（2）、温度计（3）、pH计（4），所述废液瓶（11）上安置有气体过滤头（2）。
3.根据权利要求1所述的高纯度干细胞培养设备，其特征在于：所述的反应器（12）、灌流槽（14）两侧壁上间隔设置有隔板（17）。
4.根据权利要求1所述的高纯度干细胞培养设备，其特征在于：所述的反应器（12）、灌流槽（14）的底部均为锥筒状，由下至上直径依次增大，所述的反应器（12）、灌流槽（14）两侧壁上安置有磁场发生器（16）。
5.根据权利要求4所述的高纯度干细胞培养设备，其特征在于：所述的反应器（12）、灌流槽（14）内的过滤膜（13）下方放置有若干磁球体（15），所述的磁球体（15）包括磁珠（15a），所述磁珠（15a）表面环绕设置有连接杆（15c），连接杆（15c）上连接有至少两块弧板（15b）。
6.根据权利要求1所述的高纯度干细胞培养设备，其特征在于：所述的反应器（12）、灌流槽（14）上部分别设有温度监测仪（12a）、（14a）。
7.根据权利要求1所述的高纯度干细胞培养设备，其特征在于：所述的第二连通管（9）的出液口设置于灌流槽（14）内的过滤膜（13）下方。
8.根据权利要求1所述的高纯度干细胞培养设备，其特征在于：所述的减震器（5）环槽状，内侧为均布气孔的橡胶层（501），外侧为金属层（502）。
9.根据权利要求1所述的高纯度干细胞培养设备，其特征在于：所述的温度监测仪I（12a）、温度监测仪II（14a）、温度计（3）、pH计（4）分别与计算机相连接。
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