CN109401971A - 一种多功能自动化独立/联合共培养装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多功能自动化独立/联合共培养装置，包括：两个以上通过连接管道连接的培养单元、培养皿组合以及二氧化碳进气管。使用本申请的共培养装置，将不同组织或细胞放入各自培养单元内部皿中，连接好液流交换管道并按照实验所需选择合适的通过性滤膜。对不同培养单元设置各自所需的培养温度、CO2浓度及定时收样时间等。实验完成后，可对单元内培养皿进行更换，亦可取出进行RNA、DNA及蛋白样品提取操作等。每个培养单元可通过液流控制区进行单独自动定时收样及更换培养基等操作，有利于改善人工收样繁琐性及时间点难以把控等缺点，能够最大程度确保收样样品质量的可靠性，提高相关指标的检测准确性。
Description
技术领域
本发明属于细胞培养技术领域，特别涉及一种多功能自动化独立/联合共培养装置。
背景技术
近年来，随着干细胞研究、再生医疗的发展，要求大量调制细胞。细胞在培养过程中吸收氧、养分等发育所需要的成分，排出二氧化碳、废物。因而，由于在长时间培养细胞时培养基会劣化，因此需要定期地更换培养基，作业人员必须时常检查培养基的劣化程度。但是，作业人员为了检查培养基的劣化程度，需要相对于孵化器取出或放入样本，此时，对细胞施加在温度等环境变化、搬运时产生的冲击等应力，有可能对细胞的发育产生影响。
目前体外毒理和药理学实验中对采用传统的单层面细胞培养，该培养方式不能够真实地模拟细胞所处的体内微环境，在研究外源物质对机体影响时可能造成一定的偏差。为了更好地建立类似于体内环境的培养体系，20世纪80年代后期，研究者在原有的二维单层细胞培养的基础上发展出了细胞共培养技术。
例如中国专利CN201410508108.1公开了一种细胞共培养装置，它包括底座、培养基搅动组件、内盛有培养基的培养皿和多个容置细胞的移动细胞培养室，多个移动细胞培养室可移动地安装在培养皿内，移动细胞培养室上设置有其内细胞不能通过并且非细胞可通过的通透膜，移动细胞培养室通过通透膜与培养皿相隔，培养基搅动组件安装在底座上，并且培养基搅动组件上的旋转体伸入培养皿中以便当旋转体旋转时搅动培养皿内的培养基使移动细胞培养室内的细胞分泌物传送到相应的移动细胞培养室内的靶细胞上。
但现有细胞共培养装置具有以下的缺点：(1)不同组织或细胞所需不同培养温度及CO2浓度时，现有共培养装置无法实现；(2)人工收样复杂繁琐，且很难达到样本间收集时间准确性和统一性；(3)目前组织或细胞共培养技术研究中，多种物质共存于培养体系，无法对共培养体系中某些特定小分子物质作用进行独立研究；(4)现有共培养装置将多种细胞放于同一培养体系中，无法实现“单对单”“单对多”及“多对单”等作用研究；(5)现有共培养装置主要通过将多种组织或细胞同时接种于同一培养容器中，或通过通透膜将两种不同细胞套叠在一起，这些方法不仅细胞换液过程繁琐，且后续实验操作不便(如分离和提取单细胞RNA、DNA或蛋白等)。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的缺陷，提供一种多功能自动化独立/联合共培养装置。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种多功能自动化独立/联合共培养装置，其包括：两个以上通过连接管道连接的独立培养单元、培养皿组合以及二氧化碳进气管道；其中所述独立培养单元由上至下依次包括温度控制区、液流控制区和低温储存区；所述温度控制区的四周以及连接管道内部的下半部分设置有加热保温套，培养皿组合放置在加热保温套内，所述培养皿组合包括与培养单元数目相同的带盖培养皿以及连接两个培养皿之间的可控液流交换管，所述可控液流交换管通过设置在管内的可控液流交换组件控制管内的液流流向方向以及可以通过的物质，所述培养皿的底部设置有直接加热器；所述低温储存区内放置有培养基储存罐和回收罐，所述培养基储存罐和回收罐分别设置有培养基管路和回收管路，所述管路穿过低温储存区，伸到培养皿顶部，穿过培养皿的盖子伸入培养皿内，管路上设置有微型泵，所述微型泵放置在液流控制区内；
所述二氧化碳进气管的一端穿过培养皿盖子连通每个独立培养皿，另一端通过二氧化碳总管连接二氧化碳瓶。
进一步的，可控液流交换管的截面为圆形，底部与培养皿的底部相连通，截面的圆心与培养皿顶部平齐或高于培养皿顶部。
进一步的，可控液流交换组件包括圆形阀板和设置在阀板中心的中心轴及转动轴，所述圆形阀板平均分割成两部分或三部分，每一部分分别设置有不同选择通过性的滤膜；所述中心轴尾部设置有蜗轮蜗杆机构，连接转动轴；所述转动轴穿过可控液流交换管和连接管道伸出外部，转动轴旋转通过蜗轮蜗杆机构带动中心轴使圆形阀板转动。
进一步的，可控液流交换组件还包括定时控制装置，所述定时控制装置包括定时按钮、定时控制器和微型电机；所述定时按钮用于设置控制时间，所述定时控制器用于根据所设定的时间定时开启和关闭微型电机，微型电机的转轴的尾部设置有固定套，转动轴插入固定套种，微型电机的转动带动转动轴转动。
进一步的，加热保温套包括内部导热层、中部介质层和外部保温加热层，所述导热层采用金属材料制成，介质层内灌注水，所述保温加热层由外至内包括保温层、加热层和传热层，所述保温层采用保温材料制成，加热层为电热丝，所述电热丝连接保温套温控器，传热层采用金属材料制成。
进一步的，直接加热器为铝加热板，所述铝加热器的温控器连接温敏探头，所述温敏探头插入培养皿内，进行温度反馈。
进一步的，培养单元的数量为2～4个。
进一步的，低温储存区内控制温度在-20～4℃。
进一步的，二氧化碳进气管上设置有进气控制阀，控制不同培养皿二氧化碳的进气量。
进一步的，独立培养单元外部设置有液晶显示器，所述液晶显示器连接加热保温套、直接加热器、微型泵和二氧化碳进气管的进气控制阀，用于设定加热保温套和直接加热器的加热温度、培养皿加液以及收样时间、二氧化碳的进气量，并实时显示上述实际值。
使用本申请的共培养装置，将不同组织或细胞放入各自培养单元内部皿中，连接好液流交换管道并按照实验所需选择合适的通透性滤膜。三个培养单元内部各自放置好培养所需的不同培养基及收样管等，保持体系密封。对不同培养单元设置可以设置各自所需的培养温度、CO2浓度及定时收样时间等。共培养期间可取出收样完成的样本管进行存样及测定等，并可按照实验所需，选择不同通透性滤膜进行共培养实验研究等。实验完成后，可对单元内培养皿进行更换，亦可取出行RNA、DNA及蛋白样品提取操作等。每个培养单元可通过液流控制区进行单独自动定时收样及更换培养基等操作，有利于改善人工收样繁琐性及时间点难以把控等缺点。且单元底层置有低温储存区(-20～4℃)，能够最大程度确保收样样品质量的可靠性，提高相关指标的检测准确性。
采用本申请的共培养装置体系具有以下的有益效果：(1)多种组织或细胞独立培养温度及CO2浓度设定，可应用于培养所需条件不同的多种细胞间相互作用研究；(2)通过设定时间，在不同时间段定时自动收样并低温保存，最大程度确保收样样品质量可靠性，提高相关指标检测准确性，并可实现同一批细胞不同时间段及不同处理后样本自动收集及后续检测；(3)通过设定好处理和培养时间，自动更换液流阀门滤膜，实现液体流向和通透性控制，实现不同时间段、不同通过介质的“单对单”、“单对多”及“多对单”作用研究等；(4)通过更换选择通透性滤膜，实现某些特定小分子在共培养体系中作用机制研究等，亦可通过特异性分子吸附等，反向研究特定小分子在共培养体系中的作用；(5)该共培养装置内部培养皿及管道可独立取出和更换，方便后续实验操作(如分离和提取单细胞DNA或蛋白等)；(6)该共培养装置可实现不同培养基的多种组织或细胞间相互作用研究，并可进行单种细胞定时自动换液操作，方便快捷且不影响其他共培养组织/细胞正常培养状态；
附图说明
图1是实施例多功能自动化独立/联合共培养装置的俯视图图。
图2是实施例培养单元的结构示意图(其中温度控制区的加热保温套为剖视图)。
图3是实施例培养单元的立体示意图。
图4是实施例培养皿组合的局部示意图。
图5是实施例阀板中心的示意图。
图6是实施例可控液流交换组件的结构示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。
需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
如图1所示的多功能自动化独立/联合共培养装置，如图1所示包括三个通过连接管道1连接的培养单元2、培养皿组合3以及二氧化碳进气管4。
其中每个培养单元如图2和3所示由上至下依次包括温度控制区5、液流控制区6和低温储存区7。温度控制区的四周以及连接管道内部的下半部分设置有加热保温套，培养皿组合放置在加热保温套内，连接管道截面为圆形，上下管道之间可以打开，下半部分管道和温度控制区相连，可以打开上半部分管道取出培养皿组合。
加热保温套包括内部导热层8、中部介质层9和外部保温加热层。导热层采用金属材料制成，介质层内灌注水。保温加热层由外至内包括保温层10、加热层11和传热层12。保温层采用保温材料制成，加热层为电热丝，电热丝连接保温套温控器，传热层采用金属材料制成。
培养皿组合如图4所示包括三个带盖培养皿13以及用于连接两个培养皿的可控液流交换管14，培养皿和可控液流交换管的下半部分放置在加热保温套中。低温储存区内放置有培养基储存罐15和回收罐16，培养基储存罐和回收罐分别设置有培养基管路17和回收管路18，管路穿过低温储存区，伸到培养皿顶部，穿过培养皿的盖子19伸入培养皿内，管路上设置有微型泵(20a和20b)，微型泵为蠕动泵，蠕动泵放置在液流控制区内。
可控液流交换管的截面为圆形，底部与培养皿的底部相连通，截面的圆心与培养皿顶部平齐。可控液流交换组件21设置在可控液流交换管中，包括圆形阀板22和设置在阀板中心的中心轴23及转动轴24，圆形阀板平均分割成两部分，每一部分分别设置有不同选择通过性的滤膜(25a和25b)，如图5所示。滤膜可以是单向透过性滤膜、双向透过性滤膜、不可透过性滤膜、渗透-扩散型滤膜、选择吸附性滤膜或优先吸附-毛细孔流动模型滤膜其中的两种。中心轴尾部设置有蜗轮蜗杆机构26，连接转动轴。转动轴穿过可控液流交换管和连接管道伸出外部，转动轴旋转通过蜗轮蜗杆机构带动中心轴使圆形阀板转动。
可控液流交换组件还包括定时控制装置27，定时控制装置如图6所示包括定时按钮28、定时控制器29和微型电机30。定时按钮、定时控制器和微型电机通过电路连接。
定时按钮用于设置控制时间，定时控制器用于根据所设定的时间定时开启和关闭微型电机，微型电机的转轴的尾部设置有固定套31，转动轴插入固定套种，微型电机的转动带动转动轴转动。
可以手动旋转转动转动轴旋转圆形阀板，也可以通过定时控制装置，定时控制旋转圆形阀板。
培养皿的底部设置有铝加热板32，铝加热板的温控器连接温敏探头33，温敏探头从培养皿盖子上插入培养皿内，进行温度反馈。
二氧化碳进气管的一端连通一个培养皿，三个进气管的另一端回合通过二氧化碳总管34连接二氧化碳瓶。二氧化碳进气管上设置有进气控制阀35，控制二氧化碳的进气量。
每个独立培养单元外部设置有液晶显示器36，液晶显示器连接加热保温套、各自的铝加热板、培养基管路和回收管路上的微型泵、二氧化碳进气管的进气控制阀，用于设定加热保温套和铝加热板的加热温度、培养皿加液以及收样时间、二氧化碳的进气量，并实时显示上述实际值。
整个共培养装置通过电线连接电源。
本多功能自动化共培养适合各种不同培养要求的组织、原代细胞及细胞系的培养，可广泛应用于研究多种细胞及细胞间相互作用关系，亦适用于研究直接/间接接触及非接触等共培养体系。
本共培养体系主要由三个独立培养单元(A、B、C)、可控性液流交换管道及独立CO2进气管所组成。每个培养单元具有独立温度控制区、液流控制区及低温储存区等。
以单元A为例，上方为培养皿(可取出及更换)，靠近培养皿一层为温度控制区，可以通过铝加热板独立设置组织或细胞培养所需要的特定温度，中间层为液流控制区，包括定时回收培养皿中上清液及自动补充新培养基等功能；最底层为低温储存区，主要用于培养基储存的温度在4℃，回收的样品储存在-20℃。整个共培养体系外层基本温度维持由水套式加热组件所完成，而三个不同培养单元具有各自独立温控加热体系，满足不同组织及细胞培养条件所需。
本共培养系统不同单元间连接主要由可控性液流交换管道所完成，其中管道较短，长度在6～8cm，可控性液流交换管道中具有圆形阀板，圆形阀板具有两种不同选择通过性的滤膜，可通过操作中心轴，控制选择不同的滤膜隔在不同的培养皿之间，并且也可选择不同的分子筛对不同种类小分子在不同种类细胞培养中的相互作用进行研究。
本体系不同培养单元具备各自独立CO2进气管道，可通过气道阀门，对不同组织及细胞等培养所需的不同CO2浓度进行调控，满足多种共培养条件需求。
使用本申请的共培养装置，将不同组织或细胞放入各自培养单元内部皿中，连接好液流交换管道并按照实验所需选择合适的通透性滤膜。三个培养单元内部各自放置好培养所需的不同培养基及收样管等，保持体系密封。对不同培养单元设置各自所需的培养温度、CO2浓度及定时收样时间等。共培养期间可取出收样完成的样本管进行存样及测定等，并可按照实验所需，选择不同通透性滤膜进行共培养实验研究等。实验完成后，可对单元内培养皿进行更换，亦可取出进行RNA、DNA及蛋白样品提取操作等。每个培养单元可通过液流控制区进行单独自动定时收样及更换培养基等操作，有利于改善人工收样繁琐性及时间点难以把控等缺点。且单元底层置有低温储存区(-20～4℃)，能够最大程度确保收样样品质量的可靠性，提高相关指标的检测准确性。
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)
1.一种多功能自动化独立/联合共培养装置，其特征在于包括：两个以上通过连接管道连接的独立培养单元、培养皿组合以及二氧化碳进气管道；
其中所述独立培养单元由上至下依次包括温度控制区、液流控制区和低温储存区；所述温度控制区的四周以及连接管道内部的下半部分设置有加热保温套，培养皿组合放置在加热保温套内，所述培养皿组合包括与培养单元数目相同的带盖培养皿以及连接两个培养皿之间的可控液流交换管，所述可控液流交换管通过设置在管内的可控液流交换组件控制管内的液流流向方向以及可以通过的物质，所述培养皿的底部设置有直接加热器；所述低温储存区内放置有培养基储存罐和回收罐，所述培养基储存罐和回收罐分别设置有培养基管路和回收管路，所述管路穿过低温储存区，伸到培养皿顶部，穿过培养皿的盖子伸入培养皿内，管路上设置有微型泵，所述微型泵放置在液流控制区内；
所述二氧化碳进气管的一端穿过培养皿盖子连通每个独立培养皿，另一端通过二氧化碳总管连接二氧化碳瓶。
2.根据权利要求1所述的多功能自动化独立/联合共培养装置，其特征在于：所述可控液流交换管的截面为圆形，底部与培养皿的底部相连通，截面的圆心与培养皿顶部平齐或高于培养皿顶部。
3.根据权利要求1所述的多功能自动化独立/联合共培养装置，其特征在于：所述可控液流交换组件包括圆形阀板和设置在阀板中心的中心轴及转动轴，所述圆形阀板平均分割成两部分或三部分，每一部分分别设置有不同选择通过性的滤膜；所述中心轴尾部设置有蜗轮蜗杆机构，连接转动轴；所述转动轴穿过可控液流交换管和连接管道伸出外部，转动轴旋转通过蜗轮蜗杆机构带动中心轴使圆形阀板转动。
4.根据权利要求3所述的多功能自动化独立/联合共培养装置，其特征在于：所述可控液流交换组件还包括定时控制装置，所述定时控制装置包括定时按钮、定时控制器和微型电机；所述定时按钮用于设置控制时间，所述定时控制器用于根据所设定的时间定时开启和关闭微型电机，微型电机的转轴的尾部设置有固定套，转动轴插入固定套种，微型电机的转动带动转动轴转动。
5.根据权利要求1所述的多功能自动化独立/联合共培养装置，其特征在于：所述加热保温套包括内部导热层、中部介质层和外部保温加热层，所述导热层采用金属材料制成，介质层内灌注水，所述保温加热层由外至内包括保温层、加热层和传热层，所述保温层采用保温材料制成，加热层为电热丝，所述电热丝连接保温套温控器，传热层采用金属材料制成。
6.根据权利要求1所述的多功能自动化独立/联合共培养装置，其特征在于：所述直接加热器为铝加热板，所述铝加热器的温控器连接温敏探头，所述温敏探头插入培养皿内，进行温度反馈。
7.根据权利要求1所述的多功能自动化独立/联合共培养装置，其特征在于：所述培养单元的数量为2～4个。
8.根据权利要求1所述的多功能自动化独立/联合共培养装置，其特征在于：所述低温储存区内控制温度在-20～4℃。
9.根据权利要求1所述的多功能自动化独立/联合共培养装置，其特征在于：所述二氧化碳进气管上设置有进气控制阀，控制不同培养皿二氧化碳的进气量。
10.根据权利要求9所述的多功能自动化独立/联合共培养装置，其特征在于：所述独立培养单元外部设置有液晶显示器，所述液晶显示器连接加热保温套、直接加热器、微型泵和二氧化碳进气管的进气控制阀，用于设定加热保温套和直接加热器的加热温度、培养皿加液以及收样时间、二氧化碳的进气量，并实时显示上述实际值。
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