CN110079439A - 一种基于两自由度连续离心机的细胞分离方法 - Google Patents

一种基于两自由度连续离心机的细胞分离方法 Download PDF

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Abstract

基于两自由度连续离心机的细胞分离方法，它涉及一种细胞分离方法。本发明解决了现有的细胞分离方法离心效率低，易使溶液受到污染以及步骤繁琐的问题。将细胞溶液加入至离心管中，控制离心机开始转动，在离心机的作用下离心管将培养液排除，然后向离心管注入溶胶液，溶胶液和细胞在离心管内充分混合；清洗残留在通道和培养瓶内的细胞和溶胶液，充入无菌气体，将清洗液注入离心机：控制摆动搅拌机停止上下摆动，细胞全部聚集在离心管的底部，打开第三溶液存储器的阀门，将防冻液注入到离心管内，搅拌后将液体通过出液口排出并保存，细胞被防冻液保护起来。本发明的基于两自由度连续离心机的细胞分离方法用于生物医学细胞分离技术领域。

Description

一种基于两自由度连续离心机的细胞分离方法
技术领域
本发明涉及一种细胞分离方法，具体涉及一种基于两自由度连续离心机的细胞分离方法，属于生物医学细胞分离技术领域。
背景技术
离心技术是利用物体高速旋转时产生强大的离心力，使置于旋转体中的悬浮颗粒发生沉降或漂浮，从而使某些颗粒达到浓缩或与其他颗粒分离之目的。这里的悬浮颗粒往往是指制成悬浮状态的细胞、细胞器、病毒和生物大分子等。离心机转子高速旋转时，当悬浮颗粒密度大于周围介质密度时，颗粒离开轴心方向移动，发生沉降；如果颗粒密度低于周围介质的密度时，则颗粒朝向轴心方向移动而发生漂浮。
目前，细胞分离一般都需要人工操作大部分内容：1.人工向离心机内加入溶液并需要手动搅拌实现溶液充分混合；2.离心完成后，需要人工完成排液、清洗及提取操作；3.人工对提取出的细胞处理后冷藏储存等。而在这一系列过程中存在以下问题，容易使溶液受到污染导致提取失败：其一、人工操作细胞离心装置一般都是分步骤进行，效率较低，期间遇到污染源则会使溶液受到污染；其二、现有的细胞分离装置的在内部环境这方面没有刻意控制，仅依靠离心的时间及速度来控制分离效果，这样会对细胞活性造成一定影响，其三、现有的细胞分离纯化装置在分离过后，往往都需人工过滤，祛除内部杂质，步骤较为繁琐。以上几点导致整个过程中人为操作的比重极大，对操作者的熟练度有一定的要求，且过程中对操作空间的无菌条件要求较高，且过程繁琐效率较低，不利于大批量的细胞分离操作。
综上，现有的细胞分离方法采用人工操作细胞离心效率低，易使溶液受到污染以及细胞分离纯化装置在分离过后需要人工过滤、祛除内部杂质、步骤繁琐。
发明内容
本发明为解决现有的细胞分离方法采用人工操作细胞离心效率低，易使溶液受到污染以及细胞分离纯化装置在分离过后需要人工过滤、祛除内部杂质，存在步骤繁琐的问题，进而提供一种基于两自由度连续离心机的细胞分离方法。
本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是：
本发明的基于两自由度连续离心机的细胞分离方法是按着以下步骤实现的：
步骤一、准备四个溶液存储器和一个废液存储器16：
分别为第一溶液存储器11、第二溶液存储器12、第三溶液存储器13和第四溶液存储器14，向第一溶液存储器11内装入清洗液，向第二溶液存储器12装入溶胶液，向第三溶液存储器13内装入防冻液，第四溶液存储器14为备用存储器；
步骤二、四个溶液存储器分别采用一根管路与离心机15的进液口连接，将离心机15的出液口与废液存储器16通过管路连接；
步骤三、将一次性旋转密封进液装置1安装在离心机15的上端中心处，将细胞溶液加入至离心管2-3中，控制离心机15开始转动，在离心机15的作用下离心管2-3将培养液排除，然后向离心管2-3注入溶胶液，溶胶液和细胞在离心管2-3内充分混合；
步骤四、清洗残留在通道和培养瓶内的细胞和溶胶液：
从离心机15的进液口充入无菌气体使得导管内残留的溶胶液进入离心机15内，控制离心机15清洗时间范围为50-70秒，然后无菌气体通过排液口排出离心机15，细胞质量较大而留在离心管内；
步骤五、将清洗液注入离心机15：
打开第一溶液存储器11的阀门，使得清洗液通过离心管2-3进入离心机15，通过离心机15底部的出液口将清洗后的废液排到废液存储器16内；
步骤六、控制摆动搅拌机停止上下摆动，细胞全部聚集在离心管的底部，打开第三溶液存储器13的阀门，将防冻液注入到离心管2-3内，搅拌后将液体通过出液口排出并保存，细胞被防冻液保护起来。
在一个实施方案中，步骤三中离心管2-3的容量为75mL。
在一个实施方案中，步骤五中清洗液的用量为1升。
在一个实施方案中，步骤四中控制离心机15清洗时间为1分钟。
在一个实施方案中，所述连续式离心机包括旋转封闭进液模块1、摆动搅拌机构2、转动平台3、传动机构4、空心主轴5、驱动电机6和导电滑环7；驱动电机6靠近导电滑环7设置，空心主轴5底端固定安装在导电滑环7转子转轴上，空心主轴5的顶端穿过转动平台3与旋转封闭进液模块1的底端固定，空心主轴5的外侧壁与转动平台3固定连接，旋转封闭进液模块1外壳与固定架固定连接，驱动电机6转轴的输出端通过传动机构4与空心主轴5连接，驱动电机6通过传动机构4带动空心主轴5转动，摆动搅拌机构2安装在转动平台3上，旋转封闭进液模块1的每个出口端分别通过管路与摆动搅拌机构2的一个入口端密封连接，旋转封闭进液模块1的每个底部入口端分别通过管路与摆动搅拌机构2的出口端密封连接，旋转封闭进液模块1的底部出口端与空心主轴5的顶端密封连接。
在一个实施方案中，旋转封闭进液模块1包括进液管1-1、旋转密封座1-2、喉管1-3、颈管1-5、密封盖1-6、两个旋转密封圈1-4、两个颈管出液接头1-7和两个颈管入液接头1-8；旋转密封座1-2外侧壁与固定架固定连接，进液管1-1与喉管1-3一端密封连接，喉管1-3插装在旋转密封座1-2顶部内腔中，颈管1-5的顶端凸起部设置在旋转密封座1-2壳体内，颈管1-5凸起的顶端和凸起的底端通过两个旋转密封圈1-4转动连接安装在旋转密封座1-2的壳体内，颈管1-5底端的侧壁安装有两个颈管出液接头1-7，且颈管1-5顶部内腔与每个颈管出液接头1-7的一端密封连通，两个颈管出液接头1-7底部设有两个颈管入液接头1-8，每个颈管入液接头1-8的一端均与颈管1-5底部内腔密封连通，且颈管1-5底部内腔与空心主轴5密封连接。
在一个实施方案中，摆动搅拌机构2包括两个带有进液出液的接头2-1、两个试管套2-2、两个试管体2-3、两个搅拌摆臂2-5、两个丝杠电机2-6和两个试管固定支架2-7；搅拌摆臂2-5包括连接横板、丝母安装板和两个拨动立板，连接横板与丝母安装板固定连接，连接横板的两端分别竖直安装有一个拨动立板，拨动立板的顶端沿水平方向加工有条形通孔，两个搅拌摆臂2-5相对平行设置，两个试管固定支架2-7相对设置在两个搅拌摆臂2-5之间，每个试管体2-3设置在一个试管固定支架2-7上，每个试管体2-3开口端安装有一个带有进液出液的接头2-1，每个试管体2-3外侧壁套装有一个试管套2-2，每个试管套2-2通过两个销钉与一个试管固定支架2-7转动连接，每个试管套2-2上安装有两个限位销钉，每个试管套2-2上的一个限位销钉插装在一个搅拌摆臂2-5一端的条形通孔内，每个试管套2-2上的另一个限位销钉插装在另一个搅拌摆臂2-5一端的条形通孔内，每个搅拌摆臂2-5的丝母安装板与一个丝杠电机2-6的丝杠螺纹连接，每个带有进液出液的接头2-1的进液口与一个颈管出液接头1-7密封连接，每个带有进液出液的接头2-1的出液口与一个颈管入液接头1-8密封连接。
在一个实施方案中，传动机构4包括主动皮带轮、被动皮带轮和传输皮带，主动皮带轮套装在驱动电机6的转轴上，被动皮带轮套装在空心主轴5的外侧壁上，且主动皮带轮和被动皮带轮通过传输皮带连接。
本发明与现有技术相比具有以下有益效果：
本发明的基于两自由度连续离心机的细胞分离方法通过旋转封闭进液机构进行溶液的导入与导出，实现了在离心过程中对溶液进行操作，极大提高了操作效率；
本发明的基于两自由度连续离心机的细胞分离方法采用的装置为连续式细胞分离离心机，该离心机自动化程度高，可自动实现进液、排液、搅拌和离心等过程，全程无需人工干预；
本发明的基于两自由度连续离心机的细胞分离方法利用溶液、废液存储器实现所需溶液的导入与导出，对比传统的离心机工作过程，该方法省时省力。
附图说明
图1是本发明的基于两自由度连续离心机的细胞分离方法总体图；
图2是本发明的具体实施方式五中两自由度连续离心机的主视图；
图3是本发明具体实施方式六中旋转封闭进液模块1的结构图；
图4是本发明具体实施方式七中摆动搅拌机构2的结构图。
具体实施方式
具体实施方式一：如图1所示，本实施方式的基于两自由度连续离心机的细胞分离方法步骤如下：
步骤一、准备四个溶液存储器和一个废液存储器16：
分别为第一溶液存储器11、第二溶液存储器12、第三溶液存储器13和第四溶液存储器14，向第一溶液存储器11内装入清洗液，向第二溶液存储器12装入溶胶液，向第三溶液存储器13内装入防冻液，第四溶液存储器14为备用存储器；
步骤二、四个溶液存储器分别采用一根管路与离心机15的进液口连接，将离心机15的出液口与废液存储器16通过管路连接；
步骤三、将一次性旋转密封进液装置1安装在离心机15的上端中心处，将细胞溶液加入至离心管2-3中，控制离心机15开始转动，在离心机15的作用下离心管2-3将培养液排除，然后向离心管2-3注入溶胶液，溶胶液和细胞在离心管2-3内充分混合；
步骤四、清洗残留在通道和培养瓶内的细胞和溶胶液：
从离心机15的进液口充入无菌气体使得导管内残留的溶胶液进入离心机15内，控制离心机15清洗时间范围为50-70秒，然后无菌气体通过排液口排出离心机15，细胞质量较大而留在离心管内；
步骤五、将清洗液注入离心机15：
打开第一溶液存储器11的阀门，使得清洗液通过离心管2-3进入离心机15，通过离心机15底部的出液口将清洗后的废液排到废液存储器16内；
步骤六、控制摆动搅拌机停止上下摆动，细胞全部聚集在离心管的底部，打开第三溶液存储器13的阀门，将防冻液注入到离心管2-3内，搅拌后将液体通过出液口排出并保存，细胞被防冻液保护起来。
具体实施方式二：如图2和图3所示，本实施方式步骤三中离心管2-3的容量为75mL。如此设计，可以保证溶液在试管内搅拌均匀，且离心效果较好。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式步骤五中清洗液的用量为1升。如此设计，可以使清洗过程完成的彻底，避免对下一次实验造成影响。其它组成及连接关系与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四：本实施方式步骤四中控制离心机15清洗时间为1分钟。如此操作，可以避免溶液在试管内残留。其它组成及连接关系与具体实施方式三相同。
具体实施方式五：如图2所示，本实施方式所述连续式离心机包括旋转封闭进液模块1、摆动搅拌机构2、转动平台3、传动机构4、空心主轴5、驱动电机6和导电滑环7；驱动电机6靠近导电滑环7设置，空心主轴5底端固定安装在导电滑环7转子转轴上，空心主轴5的顶端穿过转动平台3与旋转封闭进液模块1的底端固定，空心主轴5的外侧壁与转动平台3固定连接，旋转封闭进液模块1外壳与固定架固定连接，驱动电机6转轴的输出端通过传动机构4与空心主轴5连接，驱动电机6通过传动机构4带动空心主轴5转动，摆动搅拌机构2安装在转动平台3上，旋转封闭进液模块1的每个出口端分别通过管路与摆动搅拌机构2的一个入口端密封连接，旋转封闭进液模块1的每个底部入口端分别通过管路与摆动搅拌机构2的出口端密封连接，旋转封闭进液模块1的底部出口端与空心主轴5的顶端密封连接。其它组成及连接关系与具体实施方式一、二、三或四相同。
具体实施方式六：如图3所示，本实施方式旋转封闭进液模块1包括进液管1-1、旋转密封座1-2、喉管1-3、颈管1-5、密封盖1-6、两个旋转密封圈1-4、两个颈管出液接头1-7和两个颈管入液接头1-8；旋转密封座1-2外侧壁与固定架固定连接，进液管1-1与喉管1-3一端密封连接，喉管1-3插装在旋转密封座1-2顶部内腔中，颈管1-5的顶端凸起部设置在旋转密封座1-2壳体内，颈管1-5凸起的顶端和凸起的底端通过两个旋转密封圈1-4转动连接安装在旋转密封座1-2的壳体内，颈管1-5底端的侧壁安装有两个颈管出液接头1-7，且颈管1-5顶部内腔与每个颈管出液接头1-7的一端密封连通，两个颈管出液接头1-7底部设有两个颈管入液接头1-8，每个颈管入液接头1-8的一端均与颈管1-5底部内腔密封连通，且颈管1-5底部内腔与空心主轴5密封连接。其它组成及连接关系与具体实施方式五相同。
具体实施方式七：如图4所示，本实施方式摆动搅拌机构2包括两个带有进液出液的接头2-1、两个试管套2-2、两个试管体2-3、两个搅拌摆臂2-5、两个丝杠电机2-6和两个试管固定支架2-7；搅拌摆臂2-5包括连接横板、丝母安装板和两个拨动立板，连接横板与丝母安装板固定连接，连接横板的两端分别竖直安装有一个拨动立板，拨动立板的顶端沿水平方向加工有条形通孔，两个搅拌摆臂2-5相对平行设置，两个试管固定支架2-7相对设置在两个搅拌摆臂2-5之间，每个试管体2-3设置在一个试管固定支架2-7上，每个试管体2-3开口端安装有一个带有进液出液的接头2-1，每个试管体2-3外侧壁套装有一个试管套2-2，每个试管套2-2通过两个销钉与一个试管固定支架2-7转动连接，每个试管套2-2上安装有两个限位销钉，每个试管套2-2上的一个限位销钉插装在一个搅拌摆臂2-5一端的条形通孔内，每个试管套2-2上的另一个限位销钉插装在另一个搅拌摆臂2-5一端的条形通孔内，每个搅拌摆臂2-5的丝母安装板与一个丝杠电机2-6的丝杠螺纹连接，每个带有进液出液的接头2-1的进液口与一个颈管出液接头1-7密封连接，每个带有进液出液的接头2-1的出液口与一个颈管入液接头1-8密封连接。其它组成及连接关系与具体实施方式五或六相同。
具体实施方式八：如图2所示，本实施方式传动机构4包括主动皮带轮、被动皮带轮和传输皮带，主动皮带轮套装在驱动电机6的转轴上，被动皮带轮套装在空心主轴5的外侧壁上，且主动皮带轮和被动皮带轮通过传输皮带连接。其它组成及连接关系与具体实施方式七相同。
以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和等同替换，这些对本发明权利要求进行改进和等同替换后的技术方案，均落在本发明的保护范围。
工作原理：
本发明可用于生物和医学领域的细胞分离环节，使用之前将导电滑环7与外部电源连通，并且对一次性的旋转封闭进液模块1进行更换安装：将试管体2-3与带有进液出液的接头2-1安装连接，旋转封闭进液模块1与空心主轴5连通，试管体2-3、带有进液出液的接头2-1与旋转封闭进液模块1为预先连接好的离心组件，以保证内部无菌。离心机工作前，进液管1-1根据不同的细胞制备工艺，选择接入细胞培养溶液、清洗液、防冻液等不同溶液，当溶液注入后经过喉管1-3、颈管1-5流入试管体2-3，离心机开始工作，同时摆动搅拌机构2运动，在离心工作完成后，从顶部进液管1-1通入无菌气体，通过气压将溶液通过试管出液口压出。如流程图4箭头方向所示。在工作过程中，为避免溶液在离心过程中沿进出液口流出，在空心主轴5上安装阀门，在离心机工作过程中使系统内空间封闭，在溶液进入试管体2-3后，从入液口打入一定量无菌气体，使系统内气压升高，使用试管内部气压可以将试管进出液口堵住，保证离心及搅拌运动时，溶液不会沿管道流出。

Claims (8)

1.一种基于两自由度连续离心机的细胞分离方法，其特征在于所述基于两自由度连续离心机的细胞分离方法步骤如下：
步骤一、准备四个溶液存储器和一个废液存储器(16)：
分别为第一溶液存储器(11)、第二溶液存储器(12)、第三溶液存储器(13)和第四溶液存储器(14)，向第一溶液存储器(11)内装入清洗液，向第二溶液存储器(12)装入溶胶液，向第三溶液存储器(13)内装入防冻液，第四溶液存储器(14)为备用存储器；
步骤二、四个溶液存储器分别采用一根管路与离心机(15)的进液口连接，将离心机(15)的出液口与废液存储器(16)通过管路连接；
步骤三、将一次性旋转密封进液装置(1)安装在离心机(15)的上端中心处，将细胞溶液加入至离心管(2-3)中，控制离心机(15)开始转动，在离心机(15)的作用下离心管(2-3)将培养液排除，然后向离心管(2-3)注入溶胶液，溶胶液和细胞在离心管(2-3)内充分混合；
步骤四、清洗残留在通道和培养瓶内的细胞和溶胶液：
从离心机(15)的进液口充入无菌气体使得导管内残留的溶胶液进入离心机(15)内，离心机(15)清洗时间范围为50-70秒，然后无菌气体通过排液口排出离心机(15)，细胞质量较大而留在离心管内；
步骤五、将清洗液注入离心机(15)：
打开第一溶液存储器(11)的阀门，使得清洗液通过离心管(2-3)进入离心机(15)，通过离心机(15)底部的出液口将清洗后的废液排到废液存储器(16)内；
步骤六、控制摆动搅拌机停止上下摆动，细胞全部聚集在离心管的底部，打开第三溶液存储器(13)的阀门，将防冻液注入到离心管(2-3)内，搅拌后将液体通过出液口排出并保存，细胞被防冻液保护起来。
2.根据权利要求1所述的基于两自由度连续离心机的细胞分离方法，其特征在于：步骤三中离心管(2-3)的容量为75mL。
3.根据权利要求1或2所述的基于两自由度连续离心机的细胞分离方法，其特征在于：步骤五中清洗液的用量为1升。
4.根据权利要求3所述的基于两自由度连续离心机的细胞分离方法，其特征在于：步骤四中控制离心机(15)清洗时间为1分钟。
5.根据权利要求1-4中任一权利要求所述的基于两自由度连续离心机的细胞分离方法，其特征在于：所述细胞分离方法采用的基于两自由度连续离心机所述连续式离心机包括旋转封闭进液模块(1)、摆动搅拌机构(2)、转动平台(3)、传动机构(4)、空心主轴(5)、驱动电机(6)和导电滑环(7)；驱动电机(6)靠近导电滑环(7)设置，空心主轴(5)底端固定安装在导电滑环(7)转子转轴上，空心主轴(5)的顶端穿过转动平台(3)与旋转封闭进液模块(1)的底端固定，空心主轴(5)的外侧壁与转动平台(3)固定连接，旋转封闭进液模块(1)外壳与固定架固定连接，驱动电机(6)转轴的输出端通过传动机构(4)与空心主轴(5)连接，驱动电机(6)通过传动机构(4)带动空心主轴(5)转动，摆动搅拌机构(2)安装在转动平台(3)上，旋转封闭进液模块(1)的每个出口端分别通过管路与摆动搅拌机构(2)的一个入口端密封连接，旋转封闭进液模块(1)的每个底部入口端分别通过管路与摆动搅拌机构(2)的出口端密封连接，旋转封闭进液模块(1)的底部出口端与空心主轴(5)的顶端密封连接。
6.根据权利要求5所述的基于两自由度连续离心机的细胞分离方法，其特征在于：旋转封闭进液模块(1)包括进液管(1-1)、旋转密封座(1-2)、喉管(1-3)、颈管(1-5)、密封盖(1-6)、两个旋转密封圈(1-4)、两个颈管出液接头(1-7)和两个颈管入液接头(1-8)；旋转密封座(1-2)外侧壁与固定架固定连接，进液管(1-1)与喉管(1-3)一端密封连接，喉管(1-3)插装在旋转密封座(1-2)顶部内腔中，颈管(1-5)的顶端凸起部设置在旋转密封座(1-2)壳体内，颈管(1-5)凸起的顶端和凸起的底端通过两个旋转密封圈(1-4)转动连接安装在旋转密封座(1-2)的壳体内，颈管(1-5)底端的侧壁安装有两个颈管出液接头(1-7)，且颈管(1-5)顶部内腔与每个颈管出液接头(1-7)的一端密封连通，两个颈管出液接头(1-7)底部设有两个颈管入液接头(1-8)，每个颈管入液接头(1-8)的一端均与颈管(1-5)底部内腔密封连通，且颈管(1-5)底部内腔与空心主轴(5)密封连接。
7.根据权利要求5或6所述的基于两自由度连续离心机的细胞分离方法，其特征在于：摆动搅拌机构(2)包括两个带有进液出液的接头(2-1)、两个试管套(2-2)、两个试管体(2-3)、两个搅拌摆臂(2-5)、两个丝杠电机(2-6)和两个试管固定支架(2-7)；搅拌摆臂(2-5)包括连接横板、丝母安装板和两个拨动立板，连接横板与丝母安装板固定连接，连接横板的两端分别竖直安装有一个拨动立板，拨动立板的顶端沿水平方向加工有条形通孔，两个搅拌摆臂(2-5)相对平行设置，两个试管固定支架(2-7)相对设置在两个搅拌摆臂(2-5)之间，每个试管体(2-3)设置在一个试管固定支架(2-7)上，每个试管体(2-3)开口端安装有一个带有进液出液的接头(2-1)，每个试管体(2-3)外侧壁套装有一个试管套(2-2)，每个试管套(2-2)通过两个销钉与一个试管固定支架(2-7)转动连接，每个试管套(2-2)上安装有两个限位销钉，每个试管套(2-2)上的一个限位销钉插装在一个搅拌摆臂(2-5)一端的条形通孔内，每个试管套(2-2)上的另一个限位销钉插装在另一个搅拌摆臂(2-5)一端的条形通孔内，每个搅拌摆臂(2-5)的丝母安装板与一个丝杠电机(2-6)的丝杠螺纹连接，每个带有进液出液的接头(2-1)的进液口与一个颈管出液接头(1-7)密封连接，每个带有进液出液的接头(2-1)的出液口与一个颈管入液接头(1-8)密封连接。
8.根据权利要求7所述的基于两自由度连续离心机的细胞分离方法，其特征在于：传动机构(4)包括主动皮带轮、被动皮带轮和传输皮带，主动皮带轮套装在驱动电机(6)的转轴上，被动皮带轮套装在空心主轴(5)的外侧壁上，且主动皮带轮和被动皮带轮通过传输皮带连接。
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