CN110004031A - 离心分选生物反应器及显微成像分选方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种离心分选生物反应器及显微成像分选方法，该离心分选生物反应器，包括加料系统、离心分离系统和成像分选系统；加料系统包括蠕动泵、气泡感应器、若干储液袋及管夹阀；离心分离系统包括离心电机和可旋转的反应罐；离心电机驱动反应罐围绕其中心轴线高速旋转产生离心力，将反应罐内物质离心分层；所述成像分选系统包括微型摄像、步进电机、分离管、蠕动泵、气泡感应器、储液袋和管夹阀；所述成像分选系统能够实时采集反应罐中的液体分层情况；通过控制系统对比成像，由步进电机带动分离管旋转，控制系统控制管路中蠕动泵和管夹阀的开关，收集分层中的所需成分。本发明直接在生物反应器中实现离心分层和分装，操作简单，避免污染。
Description
技术领域
本发明涉及离心分选生物反应器及显微成像分选方法，属于生物制药技术领域，涉及嵌合抗原受体T细胞的制备。
背景技术
生物反应器是培养细胞或组织的容器，目前的生物反应器还没有通过自转来实现离心分离的，需要转移到另一个离心分离容器中，操作麻烦，且转移过程中存在污染，占用设备，增加清洗和消毒成本，以及设备投资。
发明内容
为了解决上述存在的问题，本发明公开了离心分选生物反应器。本发明同时提供一种显微成像分选方法。
本发明的具体技术方案如下：
离心分选生物反应器，包括加料系统、离心分离系统和成像分选系统；
所述加料系统包括蠕动泵、气泡感应器、若干储液袋及管夹阀；
所述离心分离系统包括离心电机和可旋转的反应罐；离心电机驱动反应罐围绕其中心轴线高速旋转产生离心力，将反应罐内物质离心分层；
所述成像分选系统包括微型摄像、步进电机、分离管、蠕动泵、气泡感应器、储液袋和管夹阀；
所述成像分选系统能够实时采集反应罐中的液体分层情况；通过控制系统对比成像，控制管路中蠕动泵和管夹阀的开关。
所述反应罐顶部与罐口之间径向缩小，形成水平的台肩，所述微型摄像机位于台肩上方，所述微型摄像机竖直向下采集反应罐内的分层信息。
成像分选系统中，分离管偏离反应罐中心设置，分离管上端伸出反应罐与步进电机传动连接，分离管下端呈L型弯曲，步进电机驱动分离管围绕中心轴旋转，分离管管口端面与反应器瓶壁为同心弧度。
所述反应罐底部水平，且反应罐底部外侧设置有加厚底座，所述加厚底座开设有十字交叉的十字凹槽，十字凹槽的交点位于加厚底座的中心；
所述加厚底座的下方接触设置有旋转托盘，所述旋转托盘的上表面设有十字交叉的十字凸条，十字凸条的交点位于旋转托盘的中心，所述十字凸条刚好吻合卡在十字凹槽中；
所述反应罐的下方设置有支架，所述离心电机位于支架内，电机的中心驱动轴与旋转托盘的中心连接，所述旋转托盘与支架之间设置有轴承，所述电机驱动旋转托盘旋转，旋转托盘与反应罐同步旋转。
所述轴承包括轴承内圈和轴承外圈，以及设置在轴承内圈和轴承外圈之间的若干个滚珠，所述轴承外圈与支架固定连接，与旋转托盘不接触，轴承内圈与旋转托盘固定连接，与支架不接触。
所述罐盖和罐口通过旋转接头连接，反应罐旋转时，罐盖保持不动。
所述罐盖的上方还设置有固定上盖，固定上盖圆周均匀设置有若干个稳定器，
所述固定上盖水平连接固定上支撑板，所述上支撑板的边缘设置有竖直向下延伸的侧板，所述侧板的下端与支架固定；
所述固定上盖和罐盖均圆周均匀开设有若干个连接孔，所述固定上盖的连接孔与罐盖的连接孔依次同轴，每个连接孔中均贯穿设置有手动插销。
显微成像离心分选方法，该方法基于上述的离心分选生物反应器，在所述的离心分选生物反应器中进行，包括以下操作步骤：
步骤1：加料：开启加料管路对应的蠕动泵和管夹阀，将储液袋内的血浆加入罐内，当加料管路中的气泡感应器检测到气泡，停止加料；优选的血浆加入到罐内后，将PBS溶液打入血浆储液袋中，清洗血浆袋，再重复加料步骤将清洗后的PBS溶液继续加入罐内；再开启分选液储袋对应管路中的蠕动泵和管夹阀，将一定比例的分选液加入罐内；
步骤2：组分离心：启动离心电机，离心电机带动反应罐围绕其纵向中心轴线旋转，离心电机转速达到设定值后，组分中的各成分在反应罐内形成同心圆环形状，在反应罐的轴向方向，各层的厚度一致；
步骤:3：确认分层完成：通过微型摄像机在台肩上竖直向下采集分层图像，再在显微成像离心分选系统中与预设的分层图像比较，确认各层的分界清晰，即判断为分层完成；
步骤4：启动分吸机构：步进电机启动，带动分离管做圆周运动，当分离管的L段的管口接触到最内层时，启动蠕动泵，分离管开始抽吸；对应废液收集袋管路中的蠕动泵和管夹阀会开启，将抽吸的液体泵入废液收集袋中；
步骤5：收集有用成分层：当分离管旋转快抽吸到有用成分层时，系统通过成像对比将自动切换相应蠕动泵和管夹阀的开关，收集有用成分至储液袋中；当有用成分收集完，其他层均是无用成分层时，停止电机，反应罐停止旋转，此时反应罐内的成分全部下落到罐底；
步骤6：排放无用成分：落入反应罐内的液体将会通过出液管由蠕动泵泵入废液袋中，（反应罐优选地，可再次泵入PBS溶液清洗罐内，并通过出液管排出）。
步骤7：由控制系统控制反向旋转有用成分管路中的蠕动泵，开启对应管路中的管夹阀，将有用成分再输送回罐内。
所述有用成分所在层次是由计算机预先设定好的，根据设定好的层次，系统会自动开启和切换响应管路中的蠕动泵和管夹阀。
本发明的工作原理是：
本发明，启动生物反应器下方的电机，电机驱动生物反应器罐体高速旋转，生物反应器中的悬浮液被离心分层，在反应罐内形成圆周依次相邻的若干层，通过微型摄像机采集分层信息，根据分层相接面是否清晰来判断是否离心完全，当完全离心后，分层完成，保持转速不变，启动步进电机旋转分离管，从内到外依次抽吸不同分层成分，离心分选结束后，将收集到的有用成分再次输送回干净的罐内。
本发明的有益效果是：
本发明在生物反应器中实现离心，不需要更换容器，时间更短，操作全封闭全自动。
附图说明
图1是本发明的结构示意图（也作摘要附图）；
图2是图1的横截面示意图，即本发明分选过程示意图；
附图标记：1—反应罐，2—分层，3—罐盖，4—固定上盖，5—连接孔，6—分装袋，7—管夹阀， 8—微型摄像机，9—分离管，10—十字凹槽，11—十字凸条，12—支架，13—电机，14—轴承，15—加厚底座，16—旋转托盘，17—稳定器。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式，进一步阐明本发明。应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
实施例一：
本发明离心分选生物反应器主要包括两个部分，一个是离心分离系统，另一个是成像分选系统；首先通过离心，将生物反应器中的培养产物离心分层2，成分分开，然后将独立分开的成分吸收到不同的分装袋6。为了离心过程中不同成分分层2时，同一层的分层2在反应罐1的圆周四周厚度一致，反应罐1竖直摆放，罐口向上，罐底向下，罐底设置有能够驱动反应罐1围绕其中心轴线旋转的驱动机构。整体结构参见图1。
实施例二：
进一步设计了实现离心旋转的机构为：设在反应罐1下方的电机13，电机13位于支架12内，电机13的中心驱动轴与旋转托盘16的中心连接，旋转托盘16与支架12之间设置有轴承14，轴承14包括轴承14内圈和轴承14外圈，以及设置在轴承14内圈和轴承14外圈之间的若干个滚珠，轴承14外圈与支架12固定连接，与旋转托盘16不接触，轴承14内圈与旋转托盘16固定连接，与支架12不接触；电机13驱动旋转托盘16旋转，旋转托盘16与反应罐1同步旋转。
实施例三:
进一步设计了反应罐1与旋转托盘16的连接机构，为了提高反应罐1与旋转托盘16的连接稳定性，反应罐1底部水平，且反应罐1底部外侧设置有加厚底座15，加厚底座15开设有十字交叉的十字凹槽10，十字凹槽10的交点位于加厚底座15的中心；加厚底座15的下方接触设置有旋转托盘16，旋转托盘16的上表面设有十字交叉的十字凸条11，十字凸条11的交点位于旋转托盘16的中心，十字凸条11刚好吻合卡在十字凹槽10中。通过十字凸条11和十字凹槽10相互嵌合关系。实现反应罐1与旋转托盘16能够在旋转过程中，稳定连接。
实施例四:
进一步设计了罐盖3的稳定连接机构，为了加强罐盖3的稳定性，所述罐盖3的上方还设置有固定上盖4，固定上盖4的四周外包住罐盖3的四周，固定上盖4圆周均匀设置有若干个稳定器17。稳定器17用于稳定固定上盖4的压力。
固定上盖4和罐盖3均圆周均匀开设有若干个连接孔5，固定上盖4的连接孔5与罐盖3的连接孔5依次同轴，每个连接孔5中均贯穿设置有气动轴，气动轴的四周与连接孔5密封。气动轴起到固定作用，将固定上盖4和罐盖3固定连接。
还可以在固定上盖4上面压实上支撑板，上支撑板通过侧板连接到支架12的侧面，将罐盖3稳固住。
固定上盖4和罐盖3均圆周均匀开设有若干个连接孔5，固定上盖4的连接孔5与罐盖3的连接孔5依次同轴，每个连接孔5中均贯穿设置有手动插销。
实施例五
进一步设计了罐口的形态，罐口缩小，形成水平的台肩，显微成像离心分选系统包括位于台肩上方的微型摄像机8，微型摄像机8竖直向下采集反应罐1内的分层2信息。通过微型摄像机8的采集信息判断离心是否完全，吸出分层2成分时，何时开始吸下一层，切换到下一个分装袋6。
实施例六:
进一步设计了分吸机构，分吸机构包括若干个分装袋6和安装在反应罐1罐盖3上的分离管，分离管9与分装袋6通过多通道软管无菌连接，多通道软管管路上并设置有管夹阀7和蠕动泵，管夹阀7和蠕动泵的工作通过成像系统由计算机自动控制。参见图2，进液口正对着待吸的每层液体，分离管9安装在罐盖3上，由步进电机13驱动分离管旋转，朝向反应罐1的内壁移动，分离管9安装在罐盖3偏离圆心的位置。
实施例七:
进一步设计了显微成像离心分选系统，显微成像离心分选系统能够即时采集反应罐1中的液体分层2（液体分层2从内到外依次为上清液，白细胞，红细胞）情况；显微成像离心分选系统与管夹阀和蠕动泵级联控制，能够分别控制每个管夹阀和蠕动泵的开关，进行不同分装袋6的切换。
实施例八:
本发明方法包括：步骤1：加料：开启加料管路对应的蠕动泵和管夹阀，将储液袋内的血浆加入罐内，当加料管路中的气泡感应器检测到气泡，停止加料；优选的血浆加入到罐内后，将PBS溶液打入血浆储液袋中，清洗血浆袋，再重复加料步骤将清洗后的PBS溶液继续加入罐内；再开启分选液储袋对应管路中的蠕动泵和管夹阀，将一定比例的分选液加入罐内；
步骤2：组分离心：启动离心电机，离心电机带动反应罐围绕其纵向中心轴线旋转，离心电机转速达到设定值后，组分中的各成分在反应罐内形成同心圆环形状，在反应罐的轴向方向，各层的厚度一致；
步骤3：确认分层完成：通过微型摄像机在台肩上竖直向下采集分层图像，再在显微成像离心分选系统中与预设的分层图像比较，确认各层的分界清晰，即判断为分层完成；
步骤3：启动分吸机构：步进电机启动，带动分离管做圆周运动，当分离管的L段的管口接触到最内层时，启动蠕动泵，分离管开始抽吸；对应废液收集袋管路中的蠕动泵和管夹阀会开启，将抽吸的液体泵入废液收集袋中；
步骤5：收集有用成分层：当分离管旋转快抽吸到有用成分层时，系统通过成像对比将自动切换相应蠕动泵和管夹阀的开关，收集有用成分至储液袋中；当有用成分收集完，其他层均是无用成分层时，停止电机，反应罐停止旋转，此时反应罐内的成分全部下落到罐底；
步骤6：排放无用成分：落入反应罐内的液体将会通过出液管由蠕动泵泵入废液袋中，反应罐优选地，可再次泵入PBS溶液清洗罐内，并通过出液管排出；
步骤7：由控制系统控制反向旋转有用成分管路中的蠕动泵，开启对应管路中的管夹阀，将有用成分再输送回罐内。
本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述技术手段所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。
Claims (10)
1.离心分选生物反应器，其特征在于，包括加料系统、离心分离系统和成像分选系统；
所述加料系统包括蠕动泵、气泡感应器、若干储液袋及管夹阀；
所述离心分离系统包括离心电机和可旋转的反应罐；离心电机驱动反应罐围绕其中心轴线高速旋转产生离心力，将反应罐内物质离心分层；
所述成像分选系统包括微型摄像、步进电机、分离管、蠕动泵、气泡感应器、储液袋和管夹阀；
所述成像分选系统能够实时采集反应罐中的液体分层情况；通过控制系统对比成像，控制管路中蠕动泵和管夹阀的开关以及分离管的旋转。
2.根据权利要求1所述的离心分选生物反应器，其特征在于，所述反应罐顶部与罐口之间径向缩小，形成水平的台肩，所述微型摄像机位于台肩上方，所述微型摄像机竖直向下采集反应罐内的分层信息。
3.根据权利要求2所述的离心分选生物反应器，其特征在于，成像分选系统中，分离管偏离反应罐中心设置，分离管上端伸出反应罐与步进电机传动连接，分离管下端呈L型弯曲，步进电机驱动分离管围绕中心轴旋转，分离管管口端面与反应器瓶壁为同心弧度。
4.根据权利要求1-3任一所述的离心分选生物反应器，其特征在于，所述反应罐底部水平，且反应罐底部外侧设置有加厚底座，所述加厚底座开设有十字交叉的十字凹槽，十字凹槽的交点位于加厚底座的中心；
所述加厚底座的下方接触设置有旋转托盘，所述旋转托盘的上表面设有十字交叉的十字凸条，十字凸条的交点位于旋转托盘的中心，所述十字凸条刚好吻合卡在十字凹槽中。
5.根据权利要求4所述的离心分选生物反应器，其特征在于，所述反应罐的下方设置有支架，所述离心电机位于支架内，电机的中心驱动轴与旋转托盘的中心连接，所述旋转托盘与支架之间设置有轴承，所述电机驱动旋转托盘旋转，旋转托盘与反应罐同步旋转。
6.根据权利要求5所述的离心分选生物反应器，其特征在于，所述轴承包括轴承内圈和轴承外圈，以及设置在轴承内圈和轴承外圈之间的若干个滚珠，所述轴承外圈与支架固定连接，与旋转托盘不接触，轴承内圈与旋转托盘固定连接，与支架不接触；所述罐盖和罐口通过旋转接头连接，反应罐旋转时，罐盖保持不动。
7.根据权利要求6所述的离心分选生物反应器，其特征在于，所述罐盖的上方还设置有固定上盖，固定上盖圆周均匀设置有若干个稳定器；
所述固定上盖水平连接固定上支撑板，所述上支撑板的边缘设置有竖直向下延伸的侧板，所述侧板的下端与支架固定；
所述固定上盖和罐盖均圆周均匀开设有若干个连接孔，所述固定上盖的连接孔与罐盖的连接孔依次同轴，每个连接孔中均贯穿设置有手动插销。
8.一种显微成像离心分选方法，该方法基于上述的离心分选生物反应器，在所述的离心分选生物反应器中进行，包括以下操作步骤：
步骤1：加料：开启加料管路对应的蠕动泵和管夹阀，将储液袋内的血浆加入罐内，当加料管路中的气泡感应器检测到气泡，停止加料；
步骤2：组分离心：启动离心电机，离心电机带动反应罐围绕其纵向中心轴线旋转，离心电机转速达到设定值后，组分中的各成分在反应罐内形成同心圆环形状，在反应罐的轴向方向，各层的厚度一致；
步骤:3：确认分层完成：通过微型摄像机在台肩上竖直向下采集分层图像，再在显微成像离心分选系统中与预设的分层图像比较，确认各层的分界清晰，即判断为分层完成；
步骤4：启动分吸机构：步进电机启动，带动分离管做圆周运动，当分离管的L段的管口接触到最内层时，启动蠕动泵，分离管开始抽吸；对应废液收集袋管路中的蠕动泵和管夹阀会开启，将抽吸的液体泵入废液收集袋中；
步骤5：收集有用成分层：当分离管旋转快抽吸到有用成分层时，系统通过成像对比将自动切换相应蠕动泵和管夹阀的开关，收集有用成分至储液袋中；当有用成分收集完，其他层均是无用成分层时，停止电机，反应罐停止旋转，此时反应罐内的成分全部下落到罐底；
步骤6：排放无用成分：落入反应罐内的液体将会通过出液管由蠕动泵泵入废液袋中，反应罐优选地，可再次泵入PBS溶液清洗罐内，并通过出液管排出；
步骤7：由控制系统控制反向旋转有用成分管路中的蠕动泵，开启对应管路中的管夹阀，将有用成分再输送回罐内。
9.根据权利要求8所述的显微成像离心分选方法，其特征在于，所述有用成分层是由计算机预先设定好的，根据设定好的层次，系统会自动开启和切换响应管路中的蠕动泵和管夹阀。
10.根据权利要求8或9所述的显微成像离心分选方法，其特征在于，步骤1中，优选的血浆加入到罐内后，将PBS溶液打入血浆储液袋中，清洗血浆袋，再重复加料步骤将清洗后的PBS溶液继续加入罐内。
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| US20080041772A1 (en) * | 2006-08-17 | 2008-02-21 | Gambro Bct, Inc. | Blood Processing Apparatus with Robust Outflow Process Control |
| CN107267389A (zh) * | 2017-08-23 | 2017-10-20 | 湖南开启时代生物科技有限责任公司 | 一种细胞扩增装置 |
| CN210085426U (zh) * | 2019-04-26 | 2020-02-18 | 南京比瑞生物科技有限公司 | 离心分选生物反应器 |
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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