CN109810900A - 全封闭细胞培养气体控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种全封闭细胞培养气体控制系统，至少包括以下部分：进气通路、培养箱、培养罐、混合气体吸入通路、废气排放通路、气体浓度感应模块、气体浓度控制模块。本发明所述的气体控制系统能够确保细胞培养过程中外界气体变化不会直接对细胞培养造成影响，保证气体各组分含量不变，同时减少人工操作，降低成本，降低培养过程中操作失误的风险，提高培养效率。
Description
技术领域
本发明涉及细胞培养技术领域，特别是涉及一种全封闭细胞培养气体控制系统。
背景技术
近年来，CAR-T细胞免疫疗法被认为是最有希望攻克癌症的疗法之一。其有很多其他疗法无法比拟的优势，如CAR-T细胞可以具有多个靶向位点，提高肿瘤治疗的准确性，且作用过程不受MHC(major histocompatibility complex)的限制；CAR-T细胞杀瘤范围更广、效果更持久；技术属性强，可复制性强等。2018年，FDA批准了两款CD19CAR-T细胞药物(分别为Kymriah和Yescarta)，这两款CAR-T细胞药物在恶性血液肿瘤治疗中取得了良好的效果。然而CAR-T细胞免疫疗法仍存在很多方面的限制，如CAR-T细胞的制备。在CAR-T治疗过程中，需将经过技术改造的T细胞进行体外培养，达到符合治疗要求的细胞数量(一般一个病人需要几亿，甚至几十亿个CAR-T细胞)后，再把它们回输到病人体内靶向杀死癌细胞，然而受限于目前的技术手段，CAR-T细胞的体外培养时间占比较长，从而延长临床治疗周期。
细胞培养(cell culture)是指在体外模拟体内环境(无菌、适宜温度、酸碱度和一定营养条件等)，使之生存、生长、繁殖并维持主要结构和功能的一种方法。细胞培养技术是细胞生物学研究方法中重要和常用技术，通过细胞培养技术对细胞进行培养既可以获得大量细胞，又可以借此研究细胞的信号转导、细胞的合成代谢、细胞的生长增殖等。
目前的细胞培养大多是人工操作培养，当面向产业化而需要大量培养细胞时，需要花费大量的人力成本及时间成本，同时随着操作者的负担增加，造成失误的风险也大大增加；此外，人工培养无法准确对细胞生长的环境进行控制，不利于细胞的生长。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种全封闭细胞培养气体控制系统。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明第一方面提供一种全封闭细胞培养气体控制系统，至少包括以下部分：
进气通路，包括分离的空气通路、二氧化碳通路和氧气通路；
培养箱；与空气通路、二氧化碳通路和氧气通路连通，用于缓冲和混合来自所述进气通路的气体，形成混合气体；
培养罐，用于进行细胞培养，设于培养箱内；
混合气体吸入通路，连通所述培养箱和培养罐，用于将培养箱中的混合气体输入培养罐；
废气排放通路，与所述培养罐连通，用于排放细胞培养过程中产生的废气；
气体浓度感应模块，包括氧气气体浓度传感器和二氧化碳气体浓度传感器；分别用于测定培养箱内实时氧气气体浓度值和实时二氧化碳气体浓度值；
气体浓度控制模块，用于接收气体浓度感应模块的信息，调节进气通路和混合气体吸入通路气体流量。
本发明第二方面提供前述的全封闭细胞培养气体控制系统的用途，为用于全封闭细胞培养。
本发明第三方面提供一种全封闭细胞培养气体控制方法，包括如下步骤：
1)培养箱分别连通分离的空气通路、二氧化碳通路和氧气通路；
2)培养罐置于培养箱内并经混合气体吸入通路与培养箱连通；
3)利用氧气气体浓度传感器和二氧化碳气体浓度传感器测定培养箱内浓度变化，获得实时氧气气体浓度值和实时二氧化碳气体浓度值；
4)根据实时氧气气体浓度值和实时二氧化碳气体浓度值调节二氧化碳通路、氧气通路和混合气体吸入通路气体流量；
5)经与所述培养罐连通的废气排放通路排放细胞培养过程中产生的废气。
如上所述，本发明的全封闭细胞培养气体控制系统，具有以下有益效果：
本发明所述的气体控制系统分开进气，保证培养过程中各气体组分含量稳定，能够确保细胞培养过程中外界气体变化不会直接对细胞培养造成影响，保证气体各组分含量不变，同时减少人工操作，降低成本，降低培养过程中操作失误的风险，提高培养效率。
附图说明
图1显示为本发明的全封闭细胞培养气体控制系统信号传输图；
图2显示为本发明的全封闭细胞培养气体控制系统正面结构图；
图3显示为本发明的全封闭细胞培养气体控制系统背面结构图；
图4显示为本发明的全封闭细胞培养气体控制系统培养箱版面各部件分布图；
元件标号说明
1 空气通路
11 空气过滤器
12 空气管路
13 通气口
2 二氧化碳通路
21 储二氧化碳装置
22 二氧化碳减压阀
23 二氧化碳通路开关
24 二氧化碳管路
25 二氧化碳通路培养箱进口
3 氧气通路
31 储氧气装置
32 氧气减压阀
33 氧气通路开关
34 氧气管路
35 氧气通路培养箱进口
4 培养箱
5 气体浓度感应模块
51 氧气气体浓度传感器
52 二氧化碳气体浓度传感器
6 气体浓度控制模块
61 比较单元
62 开关控制单元
7 气体排出管路
8 混合气体吸入通路
81 混合气体吸入泵
82 混合气体吸入管路
83 混合气体通路培养箱出口
9 培养罐
10 废气排放通路
101 废气排放管路
111 风扇
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。
请参阅图1-图4。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
须知，本发明所述的结构为全封闭细胞培养气体控制系统的结构，进行细胞培养时所需的其他部件不在本发明范围内，故本发明的附图中只显示全封闭细胞培养气体控制系统的结构，未显示细胞培养时所需的其他结构，如培养液传输组件等。另外，本发明所述的气体浓度控制模块可位于培养箱外壁的任一位置，或位于培养箱外的控制台上等，只要与全封闭细胞培养气体控制系统中其他部件能够连接即可，因此，并未在附图2-4上显示气体浓度控制模块位置。
如图2-图4所示，本发明提供的全封闭细胞培养气体控制系统，至少包括以下部分：
进气通路，包括分离的空气通路1、二氧化碳通路2和氧气通路3。
培养箱4；与空气通路1、二氧化碳通路2和氧气通路3连通，用于缓冲和混合来自所述进气通路的气体，形成混合气体。
培养罐9，用于进行细胞培养，设于培养箱内。
混合气体吸入通路8，连通所述培养箱4和培养罐9，用于将培养箱4中的混合气体输入培养罐9。
废气排放通路10，与所述培养罐连通9，用于排放细胞培养过程中产生的废气。
气体浓度感应模块5，包括氧气气体浓度传感器51和二氧化碳气体浓度传感器52。分别用于测定培养箱内实时氧气气体浓度值和实时二氧化碳气体浓度值。
所述氧气气体浓度传感器51和二氧化碳气体浓度传感器52均为市售产品。
气体浓度控制模块6，用于接收气体浓度感应模块的信息，调节进气通路和混合气体吸入通路气体流量。
进一步的，所述空气通路1包括空气管路12；所述空气管路12与所述培养箱4连通。
在一种实施方式中，所述空气通路还包括空气过滤器11，用于过滤外界空气，使进入到培养箱4内的空气洁净。
进一步的，所述二氧化碳通路2包括储二氧化碳装置21、二氧化碳减压阀22、二氧化碳通路开关23和二氧化碳管路24；所述储二氧化碳装置21与所述二氧化碳管路24连接，所述二氧化碳管路24受二氧化碳减压阀驱动，所述二氧化碳管路24与所述培养箱4连通；所述二氧化碳通路上设有二氧化碳通路开关23，所述二氧化碳通路开关23受所述气体浓度控制模块6控制。
在一种实施方式中，所述二氧化碳通路开关选自储二氧化碳装置开关、二氧化碳管路开关、二氧化碳减压阀开关中的一种或多种。可以为电磁阀。
进一步的，所述氧气通路3包括储氧气装置31、氧气减压阀32、氧气通路开关33和氧气管路34；所述储氧气装置31与氧气管路连接，所述氧气管路受氧气减压阀32驱动，所述氧气管路与所述培养箱4连通；所述氧气通路上设有氧气通路开关33，所述氧气通路开关33受所述气体浓度控制模块6控制。
在一种实施方式中，所述氧气通路开关选自储氧气装置开关、氧气管路开关、氧气减压阀开关中的一种或多种。可以为电磁阀。
进一步的，所述混合气体吸入通路8包括混合气体吸入泵81和混合气体吸入管路82；所述混合气体吸入管路82受混合气体吸入泵驱动，所述混合气体吸入管路82用于将混合气体从培养箱4中注入到培养罐9中；所述混合气体吸入泵81受气体浓度控制模块6控制。
在一种实施方式中，所述混合气体吸入管路82上设有气体过滤器。用于在进入培养罐前，对气体进行过滤。
进一步的，所述废气排放通路10包括废气排放管路101。所述废气排放管路上设有单向阀，防止外界空气通过废气排放管路进入罐内。
所述废气排放通路直接将废气排放到系统外，不与所述培养箱4连通。
进一步的，所述气体浓度控制模块6包括以下部分：
比较单元61，用于将气体浓度感应模块发送的实时氧气气体浓度值和实时二氧化碳气体浓度值与预设氧气气体浓度值和预设二氧化碳浓度值分别进行比较，根据公式(I)和(II)得出所需浓度的差值，即浓度差与
开关控制单元62，用于控制氧气通路、二氧化碳通路、混合气体吸入通路的开闭：
根据的值，调节氧气通路的通断时间；
根据的值，调节二氧化碳通路的通断时间；
当及均满足设定的阈值范围时，打开混合气体吸入通路，将培养箱内的气体吸入培养罐。
当及中至少一个不满足设定的阈值范围时，关闭混合气体吸入通路。
氧气气体浓度值二氧化碳浓度值及阈值范围可根据需要待培养的细胞需求设定。在优选的方式中，及阈值范围可选自-0.1％～0.1％。
在一种实施方式中，当及均满足设定的阈值范围时，定时控制打开混合气体吸入通路，将培养箱内的气体吸入培养罐，定时时间根据培养罐内的气体容量和混合气体吸入泵81的流速共同决定。定时控制是指，当及均满足设定的阈值范围时，不立即打开混合气体吸入通路，而是根据系统设定的时间，来控制混合气体吸入通路的开闭。
进一步的，通过控制氧气通路开关的开闭来控制氧气通路的开闭；通过控制二氧化碳通路开关的开闭来控制二氧化碳通路的开闭，通过控制混合气体吸入泵的开闭来控制混合气体吸入通路的开闭。
在一种实施方式中，可采用程序算法来控制氧气通路开关、二氧化碳通路开关、混合气体吸入通路的开闭。根据当前气体浓度测量值，通过程序控制气体通路开关不同的通断时间，使得培养箱内的实际气体浓度值接近或等于设定值。
在一种实施方式中，通过调控混合气体吸入泵的开闭来调节混合气体吸入通路的开闭。
在一种可行的实施方式中，可根据的值，采用分级调控的方式调节二氧化碳通路通断时间。例如根据的值分级，越小，两次检测间隔间二氧化碳通路打开时长越短。
在一种可行的实施方式中，可根据的值，采用分级调控的方式调节氧气通路开关的通断时间。例如根据的值分级，越小，两次检测间隔间氧气通路时长越短。
的分级级数及的分级级数可灵活设计。分级级数一般可以为1-10级。例如可以分为1级、2级、3级、4级、5级、6级、7级、8级、9级、10级。
二氧化碳通路或氧气通路在通气时气体流速恒定，控制通路开关通断时间可调节通气量。打开时间越长，通气量越大。此种方式控制通气量简单精准，配件成本可控。
进一步的，为保证气体混合均匀，可以在断开氧气或二氧化碳通路，使气体混合充分后，再由气体浓度感应模块进行气体浓度值测定。即在注入气体后断开通路混合一段时间后，再由气体浓度感应模块进行气体浓度值测定。一般的，通气时长越短，所需的断路混合时间越短。所述气体是指氧气或二氧化碳。通路是指氧气通路或二氧化碳通路。
以培养箱尺寸为373mm×330mm×250mm为例：
在一个具体实施方式中，的值分为七级， 保持通气状态时，气体流速恒定；当大于等于2％时，控制二氧化碳通路开关23打开1.5秒后关闭，然后等待12秒钟以使气体混匀后，读取二氧化碳气体浓度传感器52的浓度值，继续和设定值比较；当时，控制二氧化碳通路开关23打开1秒后关闭，然后等待9秒钟后，读取二氧化碳气体浓度传感器52的浓度值，继续和设定值比较；当 时，控制二氧化碳通路开关23打开0.8秒后关闭，然后等待3秒钟后，读取二氧化碳气体浓度传感器52的浓度值，继续和设定值比较；当时，控制二氧化碳通路开关23打开0.6秒后关闭，直接读取二氧化碳气体浓度传感器52的浓度值，继续和设定值比较；当时，控制二氧化碳通路开关23打开0.5秒后关闭，直接读取二氧化碳气体浓度传感器52的浓度值，继续和设定值比较；当时，控制二氧化碳通路开关23打开0.3秒后关闭，直接读取二氧化碳气体浓度传感器52的浓度值，继续和设定值比较；当时，二氧化碳通路开关23保持关闭状态。
的值同样分为七级， 保持通气状态时，气体流速恒定；当大于等于2％时，控制氧气通路开关33打开1.5秒后关闭，然后等待12秒钟后，读取氧气气体浓度传感器51的浓度值，继续和设定值比较；当时，控制氧气通路开关33打开1秒后关闭，然后等待9秒钟后，读取氧气气体浓度传感器51的浓度值，继续和设定值比较；当时，控制氧气通路开关33打开0.8秒后关闭，然后等待3秒钟后，读取氧气气体浓度传感器51的浓度值，继续和设定值比较；当时，控制氧气通路开关33打开0.6秒后关闭，直接读取氧气气体浓度传感器51的浓度值，继续和设定值比较；当时，控制氧气通路开关33打开0.5秒后关闭，直接读取氧气气体浓度传感器51的浓度值，继续和设定值比较；当时，控制氧气通路开关33打开0.3秒后关闭，直接读取氧气气体浓度传感器51的浓度值，继续和设定值比较；当 时，氧气通路开关33保持关闭状态。
所述开关控制单元62可以为单片机，单片机可以是一个8位最小系统。所述开关控制单元62也可以选用不同的品牌和型号，或者更高位数的控制器或处理器。开关控制单元62可用于安装相关控制程序。安装相关控制程序后，开关控制单元62可接收气体浓度感应模块的信号，并根据需要控制氧气通路开关、二氧化碳通路开关、混合气体吸入泵的开闭，进而控制氧气通路、二氧化碳通路、混合气体吸入通路的开闭，控制进气量等。
进一步的，所述培养箱中设有气体排出通路7，用于排出箱内气体，保持箱内气压稳定。
进一步的，所述气体排出通路7包括气体排出管路，用于排出箱内气体，保持箱内气压稳定。
在一种实施方式中，所述二氧化碳通路2和氧气通路3在培养箱上设有二氧化碳通路培养箱进口25和氧气通路培养箱进口35，所述二氧化碳通路培养箱进口25和氧气通路培养箱进口35均设于培养箱内的上部。冷空气容易沉底，热空气上升，在顶部可以更快让气体混合后达到整个环境气体浓度一致。
在一种实施方式中，所述气体排出通路7和所述空气通路1为同一通路。
在一种实施方式中，所述混合气体通路在培养箱上设有混合气体通路培养箱出口83，所述混合气体通路培养箱出口83、氧气气体浓度传感器51和二氧化碳气体浓度传感器52设于培养箱内的下部。更能准确反映混合气体的浓度，使进入培养罐的混合气体指标更真实。
所述空气通路1和/或所述气体排出通路7在培养箱上设有通气口13，所述通气口13远离所述二氧化碳通路培养箱进口25、氧气通路培养箱进口35、混合气体通路培养箱出口83、氧气气体浓度传感器51和二氧化碳气体浓度传感器52。防止气体外逸过快。
在一种实施方式中，所述培养箱中设有风扇111，用于搅动气流，加快混合，使气体混合更均匀。
在一种实施方式中，所述风扇111设于培养箱内的上部。
进一步的，所述培养箱内设有温控组件，所述温控组件包括温度传感器和加热板，所述温度传感器受温度控制器控制，所述温度控制器用于调节加热板，以保持温度恒定。可以使位于培养箱内的培养罐处于恒温环境中，且保证进入培养罐内的气体温度恒定。
所述加热板及温度传感器均为市售产品。
所述温度控制器可以为单片机，单片机可以是一个8位最小系统。所述温度控制器也可以选用不同的品牌和型号，或者更高位数的控制器或处理器。所述温度控制器可用于安装相关控制程序。安装相关控制程序后，所述温度控制器可接收温度传感器的信号，并可根据需要调节加热板加热能力，进而控制培养箱内温度。
进一步的，所述培养罐为非透气性材料制成。所述培养罐为全封闭结构。
所述培养箱上还包括培养箱盖，将培养箱与外界环境隔开，使培养箱内形成一个相对独立的环境。
全封闭结构是指，在细胞培养从激活、感染、扩增到成品回收的整个过程中，整个培养环境(包括罐体、过滤器、管路等)处于相对封闭的状态，仅通过无菌气体或液体通路和外界相通，并且所述培养箱与外界环境相对独立，使培养箱内的环境处于可调控的范围内。
本发明提供的全封闭细胞培养气体控制系统的用途，为用于全封闭细胞培养。
本发明提供的全封闭细胞培养气体控制方法，包括如下步骤：
1)培养箱分别连通分离的空气通路、二氧化碳通路和氧气通路；
2)培养罐置于培养箱内并经混合气体吸入通路与培养箱连通；
3)利用氧气气体浓度传感器和二氧化碳气体浓度传感器测定培养箱内浓度变化，获得实时氧气气体浓度值和实时二氧化碳气体浓度值；
4)根据实时氧气气体浓度值和实时二氧化碳气体浓度值调节二氧化碳通路、氧气通路和混合气体吸入通路气体流量；
5)经与所述培养罐连通的废气排放通路排放细胞培养过程中产生的废气。在一种实施方式中，所述培养箱中设有风扇，用于搅动气流，加快混合，使气体混合更均匀。
进一步的，步骤3)中，氧气气体浓度传感器和二氧化碳气体浓度传感器测定前，断开氧气或二氧化碳通路，使气体混合后再测定。
进一步的，步骤4)中，将实时氧气气体浓度值和实时二氧化碳气体浓度值分别与预设氧气气体浓度值和预设二氧化碳浓度值进行比较，根据公式(I)和(II)得出所需浓度的差值，即浓度差与
根据的值，调节氧气通路的通断时间；
根据的值，调节二氧化碳通路的通断时间；
当及均满足设定的阈值范围时，打开混合气体吸入通路，将培养箱内的气体吸入培养罐；
当及中至少一个不满足设定的阈值范围时，关闭混合气体吸入通路。
氧气通路气体流量，以及氧气气体浓度传感器测定前气体断气混合的时间由氧气通路的通断时间控制；二氧化碳通路气体流量，以及二氧化碳气体浓度传感器测定前气体断气混合的时间由二氧化碳通路的通断时间控制。
氧气气体浓度值二氧化碳浓度值及阈值范围可根据需要待培养的细胞需求设定。在优选的方式中，及阈值范围可选自-0.1％～0.1％。
在一种实施方式中，当及均满足设定的阈值范围时，定时控制打开混合气体吸入通路，将培养箱内的气体吸入培养罐，定时时间根据培养罐内的气体容量和混合气体吸入泵81的流速共同决定。定时控制是指，当及均满足设定的阈值范围时，不立即打开混合气体吸入通路，而是根据系统设定的时间，来控制混合气体吸入通路的开闭。
进一步的，通过控制氧气通路开关的开闭来控制氧气通路的开闭；通过控制二氧化碳通路开关的开闭来控制二氧化碳通路的开闭，通过控制混合气体吸入泵的开闭来控制混合气体吸入通路的开闭。
在一种实施方式中，可采用程序算法来控制氧气通路开关、二氧化碳通路开关、混合气体吸入泵的开闭。根据当前气体浓度测量值，通过程序控制气体通路开关不同的通断时间，使得培养箱内的实际气体浓度值接近或等于设定值。
在一种可行的实施方式中，可根据的值，采用分级调控的方式调节二氧化碳通路的通断时间。例如根据的值分级，越小，两次检测间隔间二氧化碳通路打开时长越短。
在一种可行的实施方式中，可根据的值，采用分级调控的方式调节氧气通路的通断时间。例如根据的值分级，越小，两次检测间隔间氧气通路打开时长越短。
的分级级数及的分级级数可灵活设计。分级级数一般可以为1-10级。例如可以分为1级、2级、3级、4级、5级、6级、7级、8级、9级、10级。
二氧化碳通路或氧气通路在通气时气体流速恒定，控制通路开关通断时间可调节通气量。打开时间越长，通气量越大。此种方式控制通气量简单精准，配件成本可控。
进一步的，为保证气体混合均匀，可以在注入气体后断开通路混合一段时间后，再由气体浓度感应模块进行浓度监测。一般的，通气时长越短，所需的断路混合时间越短。
以培养箱尺寸为373mm×330mm×250mm为例：
在一个具体实施方式中，的值分为七级， 保持通气状态时，气体流速恒定；当大于等于2％时，控制二氧化碳通路开关23打开1.5秒后关闭，然后等待12秒钟以使气体混匀后，读取二氧化碳气体浓度传感器52的浓度值，继续和设定值比较；当时，控制二氧化碳通路开关23打开1秒后关闭，然后等待9秒钟后，读取二氧化碳气体浓度传感器52的浓度值，继续和设定值比较；当1％时，控制二氧化碳通路开关23打开0.8秒后关闭，然后等待3秒钟后，读取二氧化碳气体浓度传感器52的浓度值，继续和设定值比较；当时，控制二氧化碳通路开关23打开0.6秒后关闭，直接读取二氧化碳气体浓度传感器52的浓度值，继续和设定值比较；当时，控制二氧化碳通路开关23打开0.5秒后关闭，直接读取二氧化碳气体浓度传感器52的浓度值，继续和设定值比较；当时，控制二氧化碳通路开关23打开0.3秒后关闭，直接读取二氧化碳气体浓度传感器52的浓度值，继续和设定值比较；当时，二氧化碳通路开关23保持关闭状态。
的值同样分为七级， 保持通气状态时，气体流速恒定；当大于等于2％时，控制氧气通路开关33打开1.5秒后关闭，然后等待12秒钟后，读取氧气气体浓度传感器51的浓度值，继续和设定值比较；当时，控制氧气通路开关33打开1秒后关闭，然后等待9秒钟后，读取氧气气体浓度传感器51的浓度值，继续和设定值比较；当时，控制氧气通路开关33打开0.8秒后关闭，然后等待3秒钟后，读取氧气气体浓度传感器51的浓度值，继续和设定值比较；当时，控制氧气通路开关33打开0.6秒后关闭，直接读取氧气气体浓度传感器51的浓度值，继续和设定值比较；当时，控制氧气通路开关33打开0.5秒后关闭，直接读取氧气气体浓度传感器51的浓度值，继续和设定值比较；当时，控制氧气通路开关33打开0.3秒后关闭，直接读取氧气气体浓度传感器51的浓度值，继续和设定值比较；当 时，氧气通路开关33保持关闭状态。
可选的，步骤1)中，采用风扇搅动箱内气体以加快气体混合速度。
综上所述，本发明所述的气体控制系统分开进气，保证培养过程中各气体组分含量稳定，能够确保细胞培养过程中外界气体变化不会直接对细胞培养造成影响，保证气体各组分含量不变，同时减少人工操作，降低成本，降低培养过程中操作失误的风险，提高培养效率。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
Claims (15)
1.一种全封闭细胞培养气体控制系统，其特征在于，至少包括以下部分：
进气通路，包括分离的空气通路(1)、二氧化碳通路(2)和氧气通路(3)；
培养箱(4)，与空气通路(1)、二氧化碳通路(2)和氧气通路(3)连通，用于缓冲和混合来自所述进气通路的气体，形成混合气体；
培养罐(9)，用于进行细胞培养，设于培养箱内；
混合气体吸入通路(8)，连通所述培养箱(4)和培养罐(9)，用于将培养箱(4)中的混合气体输入培养罐(9)；
废气排放通路(10)，与所述培养罐连通(9)，用于排放细胞培养过程中产生的废气；
气体浓度感应模块(5)，包括氧气气体浓度传感器(51)和二氧化碳气体浓度传感器(52)；分别用于测定培养箱内实时氧气气体浓度值和实时二氧化碳气体浓度值；
气体浓度控制模块(6)，用于接收气体浓度感应模块的信息，调节二氧化碳通路和氧气通路和混合气体吸入通路气体流量。
2.如权利要求1所述的全封闭细胞培养气体控制系统，其特征在于，所述空气通路(1)包括空气管路(12)，所述空气管路(12)与所述培养箱(4)连通。
3.如权利要求1所述的全封闭细胞培养气体控制系统，其特征在于，还包括以下特征中的一项、两项或三项：
1)所述二氧化碳通路(2)包括储二氧化碳装置(21)、二氧化碳减压阀(22)、二氧化碳通路开关(23)和二氧化碳管路(24)；所述储二氧化碳装置(21)与所述二氧化碳管路(24)连接，所述二氧化碳管路(24)受二氧化碳减压阀驱动，所述二氧化碳管路(24)与所述培养箱(4)连通；所述二氧化碳通路上设有二氧化碳通路开关(23)，所述二氧化碳通路开关(23)受所述气体浓度控制模块(6)控制；
2)所述氧气通路(3)包括储氧气装置(31)、氧气减压阀(32)、氧气通路开关(33)和氧气管路(34)；所述储氧气装置(31)与所述氧气管路(34)连接，所述氧气管路(34)受氧气减压阀(32)驱动，所述氧气管路(34)与所述培养箱(4)连通；所述氧气通路上设有氧气通路开关(33)，所述氧气通路开关(33)受所述气体浓度控制模块(6)控制；
3)所述混合气体吸入通路(8)包括混合气体吸入泵(81)和混合气体吸入管路(82)；所述混合气体吸入管路(82)受混合气体吸入泵(81)驱动，所述混合气体吸入管路(82)用于将混合气体从培养箱(4)中注入到培养罐(9)中；所述混合气体吸入泵(81)受气体浓度控制模块(6)控制。
4.如权利要求1所述的全封闭细胞培养气体控制系统，其特征在于，所述气体浓度控制模块(6)包括以下部分：
比较单元(61)，用于将气体浓度感应模块发送的实时二氧化碳气体浓度值和实时氧气气体浓度值与预设的二氧化碳浓度值和预设的氧气气体浓度值分别进行比较，根据公式(I)和(II)得出所需浓度的差值，即浓度差与
开关控制单元(62)，用于控制二氧化碳通路、氧气通路、混合气体吸入通路的开闭：
根据的值，调节氧气通路的通断时间；
根据的值，调节二氧化碳通路的通断时间；
当及均满足设定的阈值范围时，打开混合气体吸入通路，将培养箱内的气体吸入培养罐；
当及中至少一个不满足设定的阈值范围时，关闭混合气体吸入通路。
5.如权利要求4所述的全封闭细胞培养气体控制系统，其特征在于，根据的值，采用分级调控的方式调节二氧化碳通路的通断时间，和/或，根据的值，采用分级调控的方式调节氧气通路的通断时间。
6.如权利要求1所述的全封闭细胞培养气体控制系统，其特征在于，还包括以下特征的一项或多项：
1)所述培养箱中设有气体排出通路(7)，用于排出箱内气体，保持箱内气压稳定；
2)所述二氧化碳通路(2)和氧气通路(3)在培养箱上设有二氧化碳通路培养箱进口(25)和氧气通路培养箱进口(35)，所述二氧化碳通路培养箱进口(25)和氧气通路培养箱进口(35)均设于培养箱内的上部；
3)混合气体通路在培养箱上设有混合气体通路培养箱出口(83)，所述混合气体通路培养箱出口(83)、氧气气体浓度传感器(51)和二氧化碳气体浓度传感器(52)设于培养箱内的下部。
7.如权利要求1所述的全封闭细胞培养气体控制系统，其特征在于，所述培养箱中设有风扇(111)，用于搅动气流，加快混合，使气体混合更均匀。
8.如权利要求7所述的全封闭细胞培养气体控制系统，其特征在于，所述风扇(111)设于培养箱内的上部。
9.如权利要求1-8任一所述的全封闭细胞培养气体控制系统的用途，为用于全封闭细胞培养。
10.一种全封闭细胞培养气体控制方法，包括如下步骤：
1)培养箱分别连通分离的空气通路、二氧化碳通路和氧气通路；
2)培养罐置于培养箱内并经混合气体吸入通路与培养箱连通；
3)利用氧气气体浓度传感器和二氧化碳气体浓度传感器测定培养箱内浓度变化，获得实时氧气气体浓度值和实时二氧化碳气体浓度值；
4)根据实时氧气气体浓度值和实时二氧化碳气体浓度值调节二氧化碳通路、氧气通路和混合气体吸入通路气体流量；
5)经与所述培养罐连通的废气排放通路排放细胞培养过程中产生的废气。
11.如权利要求10所述的全封闭细胞培养气体控制方法，其特征在于，所述培养箱中设有风扇，用于搅动气流，加快混合，使气体混合更均匀。
12.如权利要求10所述的全封闭细胞培养气体控制方法，其特征在于，步骤3)中，氧气气体浓度传感器和二氧化碳气体浓度传感器测定前，断开氧气或二氧化碳通路，使气体混合后再测定。
13.如权利要求10所述的全封闭细胞培养气体控制方法，其特征在于，步骤4)中，将实时氧气气体浓度值和实时二氧化碳气体浓度值分别与预设氧气气体浓度值和预设二氧化碳浓度值进行比较，根据公式(I)和(II)得出所需浓度的差值，即浓度差与
根据的值，调节氧气通路的通断时间；
根据的值，调节二氧化碳通路的通断时间；
当及均满足设定的阈值范围时，打开混合气体吸入通路，将培养箱内的气体吸入培养罐；
当及中至少一个不满足设定的阈值范围时，关闭混合气体吸入通路。
14.如权利要求13所述的全封闭细胞培养气体控制方法，其特征在于，根据的值，采用分级调控的方式调节氧气通路的通断时间，和/或，根据的值，采用分级调控的方式调节二氧化碳通路开关的通断时间。
15.如权利要求13所述的全封闭细胞培养气体控制方法，其特征在于，氧气通路气体流量，以及氧气气体浓度传感器测定前气体断气混合的时间由氧气通路的通断时间控制；二氧化碳通路气体流量，以及二氧化碳气体浓度传感器测定前气体断气混合的时间由二氧化碳通路的通断时间控制。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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