CN109385369A - 一种能够防止细胞破裂的过滤系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种能够防止细胞破裂的过滤系统，包括过滤器、进样管、出液管、气泡监测器、阀门以及控制部件，过滤器中设有过滤膜；进样管与过滤器连通；出液管与过滤器连通；气泡监测器设置在进样管上；阀门设置在出液管上；气泡监测器和阀门均与控制部件连接。应用本发明的过滤系统，效果是：整体结构精简；通过气泡监测器、阀门以及控制部件的组合设计，使得控制部件能够根据气泡监测器的监测结果控制所述阀门的开关，自动化控制过滤过程的终止点，确保过滤膜上截留住的活细胞不直接与空气接触，使得被截留的活细胞保持活性，便于进行下一步研究分析。

Description

一种能够防止细胞破裂的过滤系统

技术领域

本发明涉及过滤技术领域，特别地，涉及一种能够防止细胞破裂的过滤系统。

背景技术

在生物医药领域科研实践中发现，捕获特定活细胞过滤时极易发生细胞膜的碎裂，而导致整个细胞的破坏，对过滤后进一步分析造成了极大的影响：一方面，细胞破裂后，细胞内液外流，导致细胞死亡，细胞无法保持活性，造成过滤分离活细胞效率极低；另一方面，细胞破裂后，细胞内各种组分蛋白丢失(抗原丢失)，对过滤后对细胞进行各种免疫检测和分析造成了重大不良影响。

现有技术中的细胞过滤系统有：

申请号为201620130701.1的实用新型专利提供了一种过滤系统，用于滤除血液内的循环稀有细胞，所述过滤系统包括血液流经的腔体，以及固定在腔体内的过滤单元；所述过滤单元包括基体，与基体相连的高分子物质层，以及连接在高分子物质层上由可与待捕获循环稀有细胞进行特异性结合的生物分子构成的捕获层。该实用新型所述的过滤系统可对血液中循环稀有细胞进行针对性滤除，极大提高滤除效果。该实用新型还提供了一种利用上述过滤系统组成的循环滤除系统，用于对生物体内的循环稀有细胞进行全面滤除，以辅助疾病的治疗。

申请号为201721161504.7的实用新型专利公开了一种细胞培养液循环过滤系统，包括储存箱的一侧一侧设有杀菌箱、过滤器和无菌箱，储存箱的第一出料口与杀菌箱、杀菌箱的第二出料口与过滤器的第三出料管与无菌箱和无菌箱的第四出料口与储存箱的第一进料口均通过导管连接，储存箱的一侧顶端设有第一进料口与外界连接。该实用新型将过滤系统设为可以循环过滤的系统，无菌检测仪进行检测，通过设有杀菌箱，在杀菌箱内部设有紫外线发生器和加热器，将经过杀菌处理的培养基通过过滤器进行过滤，过滤后的培养基抽取到无菌箱内部，经过制冷器进行冷却，并通过紫外线发生器保证无菌环境，通过第二加热器进行加热，将固体的培养基进行融化。

申请号为201721200200.7的实用新型专利公开了一种细胞培养液循环过滤系统，包括初滤室、反应室和多介质过滤器，初滤室的内部设有微孔滤膜架，初滤室的底部连接有进液管，反应室顶部的一侧设有温度计，反应室顶部的另一侧设有加液器，反应室的内部设有电热丝，反应室的底部一侧设有pH计，反应室的底部连接有U型管的一侧，U型管的底部连接有盖子，U型管的另一侧管道内设有滤网，U型管的另一侧连接有多介质过滤器。该实用新型通过设有可以拆卸的微孔滤膜架，使用前后可以将微孔滤膜架拿出清洗，通过设有U型管，可以将沉淀物沉淀在，通过设有盖子，在通过U型管过滤后，可以将沉淀物清理掉，通过设有温度计和pH计，控制温度和pH 值，准确的加热和添加试剂。

申请号为201310115562.6的发明专利公开一种生化检体过滤系统及过滤方法，用以过滤生化检体，该生物检体过滤系统包含：一气压盒、多个管体单元、一废液桶、一控制阀及一抽气装置。管体单元分别设置于气压盒的样品井以盛装生化检体。控制阀连接气压盒与废液桶。抽气装置与废液桶连接，且能在该控制阀关闭时先使废液桶的储液空间形成真空，再将该控制阀开启使气压盒的腔室形成真空，借此使在生化检体中的液体连同杂质在腔室产生真空的瞬间被冲吸而从管体单元快速进入储液空间，因此能克服现有技术的缺点。

现有技术中的过滤系统均未考虑到被过滤后的细胞是否破裂，因此，设计一种能够防止细胞破裂的过滤系统具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种结构精简、操作方便且能够有效防止细胞破裂从而利于对细胞进行下一步研究分析，具体技术方案如下：

一种能够防止细胞破裂的过滤系统，包括过滤器、进样管、出液管、气泡监测器、阀门以及控制部件；

所述过滤器中设有过滤膜，用于样品经过所述滤膜进行过滤；

所述进样管与所述过滤器连通，用于为样品进入所述过滤器提供流入流道；

所述出液管与所述过滤器连通，用于为过滤后的滤液提供流出通道；

所述气泡监测器设置在所述进样管上，用于监测所述进样管中的液体样品是否过滤完，空气是否进入；

所述阀门设置在所述出液管上，用于控制过滤后的滤液能否从出液管中流出；

所述气泡监测器和所述阀门均与所述控制部件连接，所述控制部件用于根据所述气泡监测器的监测结果控制所述阀门的开关。

以上技术方案中优选的，所述过滤膜为过滤孔的大小和形状相同的膜；优选的，所有过滤孔的上表面均位于同一平面上且所有所述过滤孔的下表面均位于同一平面上；所述过滤孔的直径为0.05-100微米，优选5-30微米。

以上技术方案中优选的，所述过滤膜为径迹蚀刻膜或光刻膜。

以上技术方案中优选的，所述阀门为电磁阀；所述气泡监测器为超声波气泡监测器。

以上技术方案中优选的，所述控制部件为PLC控制器；

或者是，所述控制部件包括继电器，电源开关连通所述控制部件和外部电源，所述气泡监测器通过继电器与所述阀门连接；根据所述气泡监测器是否检测到气泡的信号，控制继电器闭合或打开，进而控制所述阀门关闭或打开。

以上技术方案中优选的，还包括手动开关，所述手动开关与所述继电器并联，通过控制手动开关关闭，控制继电器闭合，继而控制所述阀门打开，排出滤液。

以上技术方案中优选的，所述过滤器上设有至少一个观察窗，所述过滤膜经观察窗到显微镜的物镜的距离不小于显微镜物镜的一倍焦距，便于过滤膜上的样品在显微镜下观察成像。

以上技术方案中优选的，所述过滤膜经观察窗到显微镜的物镜的最小距离位于显微镜物镜的一倍焦距至两倍焦距之间；优选的，所述过滤膜经观察窗到显微镜的物镜的最小距离大于显微镜物镜的一倍焦距且无限接近于一倍焦距。

以上技术方案中优选的，所述过滤器的底部和顶部至少一个设有透光性好的观察窗；优选所述过滤器的底部和顶部均设有一个透光性好的观察窗，且两个所述观察窗相对应设置，光线能从一个观察窗射入，到达并穿过所述过滤膜后，从另一个观察窗射出。

以上技术方案中优选的，所述观察窗为具有平整面的观察窗；所述观察窗的材质为透光性好的材质，或者是所述过滤器以及所述观察窗两者的材质均为透光性好的材质；透光性好的材质指透光率为50-100％的材质，优选为玻璃、二氧化硅、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯以及甲基丙烯酸甲酯中的至少一种。

应用本发明的技术方案，效果是：

(1)本发明的能够防止细胞破裂的过滤系统包括过滤器、进样管、出液管、气泡监测器、阀门以及控制部件，整体结构精简；通过气泡监测器、阀门以及控制部件的组合设计，使得控制部件能够根据气泡监测器的监测结果控制所述阀门的开关，自动化控制过滤过程的终止点，确保过滤膜上截留住的活细胞不直接与空气接触，使得被截留的活细胞保持活性，便于进行下一步研究分析。

(2)本发明中控制部件采用PLC控制部件，阀门采用电磁阀，便于实现自动化控制；控制部件还可以采用继电器，操作方便；还可以与继电器并联设置手动开关，控制阀门打开，排出滤液。

(3)本发明中气泡监测器采用超声波气泡监测器，超声波气泡监测器安装在管道的外壁，可以在不接触到过滤样品的情况下直接监测样品的液面位置情况，避免了和样品的直接接触，防止污染样品。安装超声波气泡监测器时，应尽量使得超声波气泡监测器靠近出液管和过滤器相连通的部位，确保样品尽可能被过滤，从而便于获得下一步研究分析的过滤液及被截留的活细胞。

(4)本发明中所述过滤膜比较独特，过滤膜上的过滤孔的大小和形状都有特殊要求(过滤孔大小均一，仿佛是孪生兄弟一样的重复性进行排列，而其它大多数过滤膜的过滤孔都是大小不一)，确保过滤过程正常进行(尤其是特殊过滤场合，如在大量的正常血液细胞中将少数较大的肿瘤细胞分离出来，而让正常细胞顺利通过)。优选所有过滤孔的上表面均位于同一平面且所述过滤孔的下表面均位于同一平面。所述过滤孔的直径为0.05-100微米，优选5-30微米。

(5)本发明中过滤器的结构可根据实际情况选择，过滤器可以是一体化结构(过滤膜只有一种规格，不能更换)，也可以是可拆卸结构(过滤膜可以根据过滤需求进行更换)，满足不同的需求，实用性强。

(6)本发明中过滤器上设有至少一个观察窗，所述过滤膜经观察窗到显微镜的物镜的距离不小于显微镜物镜的一倍焦距，便于过滤膜上的样品在显微镜下观察成像。能够在显微镜下完整观察整个样品的过滤过程，实时了解样品过滤过程中样品有无截留、样品是否完整等情况，便于精准地控制或调整过滤条件，以最佳的条件完成过滤并得到(或分析)样品。

(7)本发明中所述过滤膜经观察窗到显微镜的物镜的最小距离位于显微镜物镜的一倍焦距至两倍焦距之间，优选所述过滤膜过滤膜经观察窗到显微镜的物镜的最小距离大于显微镜物镜的一倍焦距且无限接近于一倍焦距。能够实现清楚成像，提高观察的精准度。

(8)本发明中过滤器的底部和顶部至少一个设有透光性好的观察窗，效果是：根据实际需求选择，可满足倒置显微镜和正置显微镜的各自需求；仅设置一个观察窗可以满足自发光样品(如荧光样品)的观察需要；设置两个或以上的观察窗，可以满足不发光样品的观察需要，尤其是：过滤器的底部和顶部均设有一个透光性好的观察窗，两个观察窗和过滤膜三者同中心轴线设置，光线能从一个观察窗射入，到达并穿过所述过滤膜后，从另一个观察窗射出。

(9)本发明中本发明中透光性好的材质为透光率大于等于50％的材质(如 50％-100％)，优选透光率大于等于70％(如70％-100％)，更优选透光率大于等于80％ (如80％-100％)，还可以根据实际需求进行确定，满足样品的观察需要。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照附图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是实施例1中能够防止细胞破裂的过滤系统的结构示意图；

图2(1)是现有技术过滤装置对细胞活性的影响的示意图；

图2(2)是实施例1中过滤装置对细胞活性的影响的示意图；

图3是实施例2中能够在显微镜下使用的过滤系统中的过滤器结构示意图；

图4是使用实施例2中过滤系统在显微镜下实时观察整个过滤过程的示意图；

其中：

1、过滤器，1.1、本体，1.11、底座，1.12、盖体，1.2、过滤膜，1.3、进样口， 1.4、出液口，1.5、观察窗，2、进样管，3、出液管，4、气泡监测器，5、阀门，6、控制部件，7、液体样品，8、储存器。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以根据权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

实施例1：

一种能够防止细胞破裂的过滤系统，详见图1，具体包括过滤器1、进样管2、出液管3、气泡监测器4、阀门5以及控制部件6，详情如下：

所述进样管2优选采用软管，如聚氯乙烯材质，进样管2与所述过滤器1连通，用于为样品进入所述过滤器提供流入流道。

所述出液管3与所述过滤器1连通，用于为过滤后的滤液提供流出通道。

所述气泡监测器4设置在所述进样管2上，用于监测所述进样管2中是否有气泡存在，气泡监测器4优选超声波气泡监测器，如北京东方金荣超声电器有限公司生产的气泡监测器。

所述阀门5(此处采用电磁阀)设置在所述出液管3上，用于控制过滤后的滤液能否从出液管中流出。

所述气泡监测器4和所述阀门5均与所述控制部件6连接，所述控制部件6用于根据所述气泡监测器4的监测结果控制所述阀门5的开关，控制部件6可以采用现有技术中的PLC控制器。除此之外，控制部件还可以采用其他结构，具体是：所述控制部件6包括继电器，电源开关连通所述控制部件6和外部电源，所述气泡监测器4通过继电器与所述阀门5连接，当所述气泡监测器4检测到气泡的信号，控制继电器闭合，进而控制所述阀门关闭，停止排出滤液；当所述气泡监测器4没有监测到无气泡的信号，控制继电器打开，进而控制所述阀门打开，排出滤液。还可以根据实际情况增设手动开关，手动开关和继电器并联设置，当操作人员手动关闭手动开关时，控制阀门打开，排出滤液。

所述过滤器1包括本体1.1、过滤膜1.2、进样口1.3和出液口1.4，所述过滤膜1.2将所述本体1.1内部的腔体分隔成独立设置的第一容纳腔和第二容纳腔，所述第一容纳腔通过进样口1.3与进样管2连通，所述第二容纳腔通过出液口1.4与所述出液管3 连通；第一容纳腔内的样品均需经过所述过滤膜1.2全部或部分进入第二容纳腔。优选的，所述本体1.1包括底座1.11和盖体1.12，所述底座1.11和盖体1.12之间为可拆卸式连接；所述底座和所述盖体之间通过螺纹连接或卡榫相连。优选的，所述底座1.11包括底座本体以及设置在所述底座本体上的底座内腔，所述底座内腔与所述出液口1.4连通；所述底座内腔沿圆周方向设有朝向中心的圆环形的凸台；所述盖体1.12 包括盖体本体以及设置在所述盖体本体上的盖体内腔，所述盖体内腔与所述进样口1.3 连通；所述盖体本体的下端设有圆环形的卡持台，所述卡持台和所述凸台的自由端配合实现所述过滤膜1.2的固定。所述凸台和底座内腔为一体化凹型结构。过滤器的结构设计巧妙，既便于过滤膜的组装，又能够确保样品顺利进行过滤，操作方便。

应用本实施例的能够防止细胞破裂的过滤系统，具体是：从储存器8来的含有细胞的液体样品7由进样管2进入过滤器1进行过滤，过滤后的样品从出样管3流出。在过滤中，进样管2中充满液体，被气泡监测器4监测到，由控制部件6发出信号控制阀门5保持开放状态，过滤持续进行；当过滤即将完成时，空气进入进样管2，被气泡监测器4检测到，发出信号给控制部件6，由控制部件6控制阀门5关闭，此时过滤终止。采用本实施例的过滤系统，空气不会接触到过滤膜，过滤膜上的细胞保持活性不会破裂，有利于进一步的研究分析。

采用本实施例的过滤装置和普通过滤装置对人肺腺癌细胞HCC827进行过滤，比较两者的效果，具体是：

在20毫升生理盐水中加入2×10⁴个活的HCC827细胞，分别取10毫升样品用普通过滤装置和本发明过滤系统进行过滤，过滤膜为8微米孔径的径迹蚀刻膜(过滤孔大小均一，仿佛是孪生兄弟一样的重复性进行排列；过滤孔的高度相同，优选所有过滤孔的上表面均位于同一平面且所述过滤孔的下表面均位于同一平面；膜的厚度为 10-12微米，一般可忽略其厚度)。过滤完成以后使用台盼蓝染色。台盼蓝是一种细胞活性染色剂，细胞为活细胞时，细胞膜完整，染料不能进入细胞，此时活细胞不能被着色；当细胞死亡时，细胞膜不完整，染料进入细胞内将细胞核染成蓝色。因此染成蓝色的细胞代表细胞膜破裂，细胞死亡。使用普通过滤装置过滤细胞时，细胞发生破裂，细胞被染成蓝色，图2(1)；使用本发明过滤系统进行过滤时可以很好的保护细胞不被破坏，细胞膜完整无损伤，细胞保持活细胞状态，详见图2(2)。

实施例2：

本实施例与实施例1的区别在于过滤器结构有所不同，详见图3，具体是：

1、所述过滤器1的底部和顶部至少一个设有透光性好的观察窗；优选所述过滤器1的底部和顶部均设有一个透光性好的观察窗1.5，且两个所述观察窗相对应设置，光线能从一个观察窗射入，到达并穿过所述过滤膜后，从另一个观察窗射出；所述过滤膜经观察窗到显微镜的物镜的最小距离大于显微镜物镜的一倍焦距且无限接近于一倍焦距；所述观察窗为具有平整面的观察窗透光性好的材质指透光率为90％以上的材质，优选为玻璃。

2、所述出液口1.4设置在底座本体的侧壁上且与所述底座内腔连通；所述本体1.1的侧壁上；所述进样口1.3设置在所述盖体本体的侧壁上且与盖体内腔连通。

3、过滤系统包括一个过滤器或者并列设置的至少两个过滤器，过滤器的厚度(如图2中H)小于20mm(如0.01-20mm)，优选小于15mm(如2-15mm)，更优选小于10mm(如5-8mm)。过滤器的厚度设计要能够在显微镜下成像且样品顺利进行过滤为准，不能太厚(太厚不利于在显微镜下成像)。

使用本实施例过滤系统对人肺腺癌细胞HCC827进行过滤，并在荧光显微镜下拍摄监测整个过滤过程，实验过程如下：人肺腺癌细胞HCC827被稳定转染GFP基因，可以持续稳定表达GFP(绿色荧光蛋白)作为示踪标志物。GFP在488nm的光激发下会发出明亮的绿光。在样品存储箱中加入120毫升生理盐水和1×10⁴个GFP-HCC827 细胞混匀，过滤器置入孔径为8微米的径迹蚀刻膜(过滤孔大小均一，仿佛是孪生兄弟一样的重复性进行排列；过滤孔的高度相同，优选所有过滤孔的上表面均位于同一平面且所述过滤孔的下表面均位于同一平面；膜的厚度为10-12微米，一般可忽略不计)，将整个过滤器置于倒置荧光显微镜，以50毫升/分钟的流速通过重力作用进行过滤；切换白场光和荧光视野在显微镜下观察整个过滤过程并拍摄视频，其中：图4 中A、G和K为白场光视野，图4中B、C、D、E、F、H、I、J和L为荧光视野。在图4中A至L图中：随着时间推移，可以观察到越来越多GFP-HCC827细胞被截留到过滤膜上，细胞形态完整并带有绿色荧光。本实施例过滤系统能够完整地观察样品的过滤过程。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种能够防止细胞破裂的过滤系统，其特征在于：包括过滤器(1)、进样管(2)、出液管(3)、气泡监测器(4)、阀门(5)以及控制部件(6)；

所述过滤器(1)中设有过滤膜，用于样品经过所述滤膜进行过滤；

所述进样管(2)与所述过滤器(1)连通，用于为样品进入所述过滤器提供流入流道；

所述出液管(3)与所述过滤器(1)连通，用于为过滤后的滤液提供流出通道；

所述气泡监测器(4)设置在所述进样管(2)上，用于监测所述进样管(2)中的液体样品是否过滤完，空气是否进入；

所述阀门(5)设置在所述出液管(3)上，用于控制过滤后的滤液能否从出液管中流出；

所述气泡监测器(4)和所述阀门(5)均与所述控制部件(6)连接，所述控制部件(6)用于根据所述气泡监测器(4)的监测结果控制所述阀门(5)的开关。

2.根据权利要求1所述的能够防止细胞破裂的过滤系统，其特征在于：所述过滤膜为过滤孔的大小和形状相同的膜；优选的，所有过滤孔的上表面均位于同一平面上且所有所述过滤孔的下表面均位于同一平面上；

所述过滤孔的直径为0.05-100微米，优选5-30微米。

3.根据权利要求2所述的能够防止细胞破裂的过滤系统，其特征在于：所述过滤膜为径迹蚀刻膜或光刻膜。

4.根据权利要求1所述的能够防止细胞破裂的过滤系统，其特征在于：所述阀门(5)为电磁阀；所述气泡监测器(4)为超声波气泡监测器。

5.根据权利要求1所述的能够防止细胞破裂的过滤系统，其特征在于：所述控制部件(6)为PLC控制器；

或者是，所述控制部件(6)包括继电器，电源开关连通所述控制部件(6)和外部电源，所述气泡监测器(4)通过继电器与所述阀门(5)连接；根据所述气泡监测器(4)是否检测到气泡的信号，控制继电器闭合或打开，进而控制所述阀门关闭或打开。

6.根据权利要求5所述的能够防止细胞破裂的过滤系统，其特征在于：还包括手动开关，所述手动开关与所述继电器并联，通过控制手动开关关闭，控制继电器闭合，继而控制所述阀门打开，排出滤液。

7.根据权利要求1-6任意一项所述的能够防止细胞破裂的过滤系统，其特征在于：所述过滤器(1)上设有至少一个观察窗，所述过滤膜经观察窗到显微镜的物镜的距离不小于显微镜物镜的一倍焦距，便于过滤膜上的样品在显微镜下观察成像。

8.根据权利要求7所述的能够防止细胞破裂的过滤系统，其特征在于：所述过滤膜经观察窗到显微镜的物镜的最小距离位于显微镜物镜的一倍焦距至两倍焦距之间；优选的，所述过滤膜经观察窗到显微镜的物镜的最小距离大于显微镜物镜的一倍焦距且无限接近于一倍焦距。

9.根据权利要求7所述的能够防止细胞破裂的过滤系统，其特征在于：所述过滤器(1)的底部和顶部至少一个设有透光性好的观察窗；优选所述过滤器(1)的底部和顶部均设有一个透光性好的观察窗，且两个所述观察窗相对应设置，光线能从一个观察窗射入，到达并穿过所述过滤膜后，从另一个观察窗射出。

10.根据权利要求7所述的能够防止细胞破裂的过滤系统，其特征在于：所述观察窗为具有平整面的观察窗；

所述观察窗的材质为透光性好的材质，或者是所述过滤器以及所述观察窗两者的材质均为透光性好的材质；

透光性好的材质指透光率为50-100％的材质，优选为玻璃、二氧化硅、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯以及甲基丙烯酸甲酯中的至少一种。