CN110295112A - 细胞微球动态灌流培养系统 - Google Patents

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Abstract

提供一种细胞微球动态灌流培养系统，其包括培养舱、细胞微球打印装置和灌流培养装置，细胞微球打印装置包括打印头，打印头能够打印细胞微球，培养舱用于容纳和培养细胞微球，灌流培养装置包括储液罐和第一动力源，储液罐用于储存培养液并与培养舱连通，第一动力源设于使储液罐与培养舱连通的管路，培养液在第一动力源的驱动下在储液罐和培养舱之间循环流动。该细胞微球动态灌流培养系统自动化程度较高，其结合细胞微球打印装置和灌流培养装置，利用了3D生物打印技术和灌流培养技术培养细胞，为细胞保持特性并高效大量扩增提供了可行方案，提供了一种现代医疗急需的、保持细胞特性的、可以高效、高质量获取细胞的全自动扩增培养系统。

Description

细胞微球动态灌流培养系统
技术领域
本发明涉及生物医疗技术领域，且特别涉及一种细胞微球动态灌流培养系统。
背景技术
在现有技术中，细胞获取与细胞动态培养分阶段进行，将细胞放置于体外的培养瓶或培养箱内进行培养，每间隔预定时间就人工摇晃培养瓶以实现简单的动态培养。
这种培养方式操作复杂，费时费力，且容易导致外来物飘入培养容器，增加污染风险，而且如果不能及时更换新鲜培养液，还会导致细胞生长缓慢，影响细胞扩增效率。
此外，细胞受制于培养容器的表面积，待细胞增殖到一定程度时必须传代消化，继续使用更多的培养容器。这就导致细胞产量低，而且在操作过程中易污染细胞。细胞贴壁生长，无法模拟体内环境，容易导致细胞特性在培养过程中丢失，特别是干细胞随着传代代数增加分化严重，细胞干性大幅度降低，细胞生长速率急速下降。
CN103305419A公开了一种自动进行细胞获取和细胞培养的系统，其通过切割器官和将切割后的碎块投入反应液的方式来获得细胞，通过将储液瓶内的培养液供应给细胞培养容器和将细胞容器内的用过的培养液排出到废液瓶的方式进行灌流培养。
这种培养系统具有细胞获取步骤繁琐、操作复杂，以及灌流培养效率低、成本高的缺点。
因而亟待本领域技术人员解决的技术问题是如何提供一种自动化的细胞培养系统，其能够以较低的成本和较高的效率来获取细胞和培养细胞。
发明内容
鉴于上述现有技术的状态而做出本发明。本发明的目的在于提供一种自动化的细胞培养系统，其能够以较低的成本和较高的效率来获取细胞和培养细胞。
提供一种细胞微球动态灌流培养系统，其包括培养舱、细胞微球打印装置和灌流培养装置，所述细胞微球打印装置包括打印头，所述打印头能够打印细胞微球，所述培养舱用于容纳和培养所述细胞微球，所述灌流培养装置包括储液罐和第一动力源；所述储液罐储存培养液并与所述培养舱连通，所述第一动力源设于使所述储液罐与所述培养舱连通的管路并驱动所述培养液在所述储液罐和所述培养舱之间循环流动，所述储液罐内的所述培养液受所述第一动力源驱动从而向所述培养舱供给，并且从所述培养舱流出的培养液由所述储液罐接收；所述细胞微球动态灌流培养系统包括循环供给回路，所述培养舱、所述储液罐和所述第一动力源位于所述循环供给回路。
在至少一个实施方式中，所述灌流培养装置还包括新液罐和第二动力源，所述新液罐用于储存新鲜的培养液并与所述储液罐连通，所述第二动力源设于使所述新液罐与所述储液罐连通的管路，所述第二动力源能够将所述新鲜的培养液补充到所述储液罐，所述新液罐和所述第二动力源位于连接于所述循环供给回路的支路。
在至少一个实施方式中，所述灌流培养装置还包括废液罐和第三动力源，所述废液罐与所述储液罐连通，所述第三动力源设于使所述废液罐与所述储液罐连通的管路，所述第三动力源能够将所述储液罐内的所述培养液回收到所述废液罐，所述废液罐和所述第三动力源位于连接于所述循环供给回路的支路。
在至少一个实施方式中，所述灌流培养装置还包括检测装置，所述检测装置用于检测所述储液罐内的所述培养液，所述检测装置用于检测所述储液罐内的所述培养液的氧含量、pH值、乳糖含量、葡萄糖含量中的一种或多种。
在至少一个实施方式中，所述细胞微球动态灌流培养系统还包括动力装置和密封装置，所述打印头在所述培养舱的内部打印所述细胞微球，所述动力装置用于移动所述密封装置以密封所述培养舱的供所述打印头伸入的开口以及使所述开口敞开以供所述打印头伸入。
在至少一个实施方式中，所述细胞微球动态灌流培养系统还包括密封装置座，当所述打印头打印所述细胞微球时，所述密封装置放置于所述密封装置座。
在至少一个实施方式中，所述细胞微球动态灌流培养系统还包括伸缩机构，所述伸缩机构连接于所述打印头，从而使所述打印头靠近或者远离所述培养舱。
在至少一个实施方式中，所述细胞微球动态灌流培养系统还包括搅拌叶片，所述搅拌叶片安装于所述培养舱的内部以用于搅拌所述细胞微球。
在至少一个实施方式中，所述细胞微球动态灌流培养系统还包括交联剂供应组件和清洗剂供应组件，所述交联剂供应组件用于向所述培养舱供应交联剂，所述清洗剂供应组件用于向所述培养舱供应清洗剂从而清洗所述交联剂。
在至少一个实施方式中，所述培养舱具有培养液入口、培养液出口、交联剂接口和清洗剂接口，所述交联剂接口用于使所述交联剂进入和流出所述培养舱，所述清洗剂接口用于使所述清洗剂进入和流出所述培养舱，所述培养液入口、所述培养液出口、所述交联剂接口、所述清洗剂接口均设有过滤网。
本公开提供的上述技术方案至少具有以下有益效果：
该细胞微球动态灌流培养系统自动化程度较高，其结合细胞微球打印装置和灌流培养装置，利用了3D生物打印技术和灌流培养技术培养细胞，为细胞保持特性并高效大量扩增提供了可行方案。尤其在对细胞产品的要求越来越高的环境下，提供了一种现代医疗急需的、保持细胞特性的、可以高效、高质量获取细胞的全自动扩增培养系统。
储液罐兼具储存培养液、接收补充培养液和供应培养液的功能，以一个储液罐实现上述多种用途，简化了灌流培养装置和细胞微球动态灌流培养系统的管路结构，所需的安装空间较小。
细胞微球打印装置有利于获得单位密度更大的细胞生长空间，加快细胞生长速度，实现更高效、高特性细胞的培养扩增。灌流培养装置能够使细胞培养的时间更长、获得的营养更充分，培养液循环的流入和流出培养舱不仅实现了动态培养，而且提高培养效率，降低培养成本。
上述技术方案还可以具有以下有益效果：
打印头在培养舱的外部安装并能够伸入培养舱在其内部打印细胞微球，这能够降低打印时培养液受污染的风险。
通过自动化机械操作密封塞从而在打印完毕之后及时、自动地密封培养舱，降低打印完毕后培养液和细胞受污染的风险，保证细胞的生长和存活质量，提高该细胞微球动态灌流培养系统的安全性和有效性。
伸缩机构能够自动地移动打印头从而避免打印头对密封塞的移动造成阻碍。
新液补充支路能够向储液罐补充新鲜的培养液，保证培养液的供应质量和数量。
废液回收支路能够回收储液罐内的培养液，为新鲜的培养液提供容纳空间，与新液补充支路配合实现该灌流式培养系统的培养液更换。
新液罐的新鲜的培养液被补充至储液罐，储液罐的培养液输出至废液罐，避免直接向培养舱补充或者直接从培养舱回收。这能够避免在补充新鲜的培养液和回收培养液时，生物材料受较大的冲击力和扰动，有利于保护生物材料的结构不受破坏。
检测装置能够实时监测灌流培养装置内的培养液状态。储液罐储存培养舱内的培养液从而检测装置能够实现对培养液的即时检测。储液罐还独立于培养舱，这利于避免检测时生物材料的干扰，实现有效检测。
附图说明
图1为本公开提供的细胞微球动态灌流培养系统的一个具体实施方式的示意图，示出打印头在培养舱的内部打印细胞微球。
图2为图1中的细胞微球动态灌流培养系统的示意图，示出打印完毕之后密封塞密封培养舱。
图3为本公开提供的细胞微球动态灌流培养系统的又一个具体实施方式的示意图，示出细胞微球动态灌流培养系统具有一个注射单元。
图4为图1中的细胞微球动态灌流培养系统的密封塞和密封塞座的示意图。
图5为图3中的细胞微球动态灌流培养系统的A部分的放大图。
图6为图1中的细胞微球动态灌流培养系统的灌流培养装置的示意图。
图7为图1的细胞微球动态灌流培养系统的交联剂供应组件和清洁剂供应组件的示意图。
附图标记说明：
11循环供给回路、110储液罐、11a第一动力源、12新液补充支路、120新液罐、12a第二动力源、13废液回收支路、130废液罐、13a第三动力源、14检测装置、15气体过滤装置；
2培养舱、2a交联剂接口、2b清洗剂接口、2c培养液入口、2d培养液出口；
31注射单元、311注射器、312注射泵、32供应管、33打印头；
4机械手、41基部、42臂部、43夹爪、51密封塞、52密封塞座、520消毒液槽、6伸缩机构、71高压直流电源、72电线、720线圈、81搅拌叶片、82驱动电机、83过滤网、91机架、92安装架、94交联剂罐、94a第四动力源、95清洗剂罐、95a第五动力源。
具体实施方式
下面参照附图描述本发明的示例性实施方式。应当理解，这些具体的说明仅用于示教本领域技术人员如何实施本发明，而不用于穷举本发明的所有可行的方式，也不用于限制本发明的范围。
如图1至图3和图6所示，本公开提供一种细胞微球动态灌流培养系统，该细胞微球动态灌流培养系统以打印和灌流式培养细胞微球的方式培养细胞。细胞微球例如可以为三维水凝胶微球，其可以为高压灭菌的水凝胶(例如包含海藻酸钠和明胶)与特定浓度的细胞悬液混合均匀的含细胞水凝胶。
在该实施方式中，细胞微球动态灌流培养系统包括细胞微球打印装置、培养舱2和灌流培养装置。
细胞微球打印装置包括打印头33。打印头33打印出细胞微球，培养舱2容纳细胞微球和培养液。
灌流培养装置包括循环供给回路11，循环供给回路11包括储液罐110和第一动力源11a，储液罐110与培养舱2连通，在第一动力源11a的作用下，培养液在储液罐110和培养舱2之间循环流动。储液罐110内的培养液受第一动力源11a驱动从而向培养舱2供给，并且从培养舱2流出的培养液由储液罐110接收。
细胞微球打印装置还可以包括打印材料供应部，打印材料供应部例如可以包括注射单元31和供应管32，注射单元31可以包括注射器311(使用前离线清洗灭菌)和注射泵312，供应管32连接注射器311和打印头33。注射器311内容纳打印材料(上述含细胞水凝胶)，注射泵312驱动注射器311推挤打印材料，从而使打印材料匀速地通过供应管32并从打印头33挤出。
利用注射泵312驱动注射器311有利于提高该细胞微球动态灌流培养系统的自动化程度，当然，注射单元31还可以不包括注射泵312(如图3所示)，比如通过手动推送的方式驱动注射器311，或者采用其他能够提供恒定推挤速率的驱动装置驱动注射器311。
一个注射器311和一个注射泵312构成一个注射单元31，该细胞微球动态灌流培养系统可以包括两个上述的注射单元31，两个注射单元31的注射器311均连接于供应管32。可以控制仅仅一个注射单元31工作，也可以控制两个注射单元31一同工作。
在使用过程中，如果其中一个注射单元31损坏，可以方便地利用另一个注射单元31而避免停机维修，不耽误打印进程。
注射泵312可以为医用注射泵。
打印材料供应部还可以为其他供给装置。
在其他实施方式中，还可以包括三个及以上的注射单元31。
在图3示出的实施方式中，该细胞微球动态灌流培养系统包括仅仅一个注射单元31。
打印材料供应部不限于注射单元31，还可以具有其他的结构，比如包括容器和泵送组件等。
培养舱2可以设有开口，打印头33在培养舱2的外部安装并能够穿过该开口从而在培养舱2的内部打印细胞微球。培养舱2仅通过开口与外部环境连通，能够降低打印时培养液受污染的风险。
在其他实施方式中，打印头33还可以比如在培养舱2的外部、比如上方悬挂，打印的细胞微球能够从培养舱2的外部掉落到培养舱2的内部。
该细胞微球动态灌流培养系统还可以包括伸缩机构6，伸缩机构6包括固定端和伸缩端，固定端用于与安装架92(下文详述)等安装，伸缩端连接于打印头33，从而伸缩端可以带动打印头33靠近培养舱2或者远离培养舱2。
伸缩机构6可以为伸缩压缸、电机等。
该细胞微球动态灌流培养系统还可以包括密封装置，密封装置可以为密封塞51(可以为橡胶塞)、密封膜、密封罩等。
细胞微球培养系统还可以包括动力装置，动力装置用于移动密封装置。动力装置可以包括机械手4，机械手4可以具有六自由度。
机械手4用于抓取密封装置，从而提高操作的自动化程度。例如，机械手4可以包括基部41、臂部42和夹爪43，臂部42的两端分别连接基部41和夹爪43，夹爪43用于抓取密封塞51，基部41用于安装于例如安装架92(下文详述)等。
机械手4还可以具有更少的自由度，比如仅能够在高度方向上移动，或者仅能够在高度方向上和水平方向上移动。
在其他实施方式中，动力装置还可以包括吸取部件，吸取部件通过吸取的方式移动密封装置，比如，采用吸盘替换上述夹爪43。
在其他实施方式中，动力装置还可以包括六轴机器人等。
如图1所示，打印开始之前，机械手4(夹爪43)将密封塞51从培养舱2移开，伸缩机构伸出从而打印头33穿过开口并进入培养舱2。如图2所示，打印完毕之后，伸缩机构缩回从而打印头33穿过开口并撤出培养舱2，机械手4(夹爪43)将密封塞51塞入开口。
通过自动化机械(机械手4)操作密封塞51从而在打印完毕之后及时、自动地密封培养舱2，降低打印完毕后培养液和细胞受污染的风险，保证细胞的生长和存活质量，提高该细胞微球动态灌流培养系统的安全性和有效性。
当然，还可以通过该机械手4操作密封塞51在打印开始之前及时、自动地打开培养舱2。
伸缩机构6能够自动地移动打印头33从而避免打印头33对密封塞51的移动造成阻碍。
供应管32可以全部为软管，从而在打印头33移动的过程中，供应管32具有更好的变形能力以方便地跟随打印头33移动，避免供应管32打结。
在其他实施方式中，供应管32还可以为硬管和软管的组合，其中，软管位于靠近打印头33的部分，而其他部分为硬管。这样，在打印头33移动的过程中，软管部分移动而硬管部分保持位置不变。
供应管32可以具有多个间隔开的定位位置，每个定位位置可以与锁扣连接，锁扣用于连接于例如安装架92(下文详述)等从而限制供应管32的位移。供应管32能够沿由多个定位位置(锁扣)形成的路径移动。这样，在移动打印头33的过程中，适当地限定供应管32的移动路径，有利于使细胞微球动态灌流培养系统整体更加整洁。
上述锁扣例如可以为电线卡等。
细胞微球动态灌流培养系统还可以包括密封装置座，比如密封塞座52(如图4所示)、密封膜座、密封罩座等，密封装置座用于放置密封装置。
如图4所示，密封塞座52用于放置密封塞51，密封塞座52还可以开设消毒液槽520，消毒液槽520用于容纳消毒液，密封塞51放置于密封塞座52时可以浸泡在消毒液槽520内。
密封塞51的至少一部分(用于密封的部分)可以浸泡于消毒液。
这样，密封塞51在密封培养舱2之前经过消毒处理，进一步降低培养舱2内的培养液和细胞受污染的风险。
应当理解，上述设置消毒液槽520的技术方案也适用于其他样式的密封装置和密封装置座。
细胞微球动态灌流培养系统还可以包括高压直流电源71，高压直流电源71通过电线72与打印头33电连接从而在打印头33的附近提供高压静电场，打印材料在高压静电场的作用下形成细胞微球。
打印材料利用现有技术中的静电纺丝/静电喷雾原理形成细胞微球，利用高压静电拉力使打印材料(含细胞水凝胶)产生连续的液态微球，通过控制电压和打印材料的流速即可形成满足要求的细胞微球。
利用静电纺丝/静电喷雾原理，即通过高压静电场形成细胞微球，制备工艺和设备相对简单，能够方便地控制细胞微球的尺寸。
在其他实施方式中，还可以通过其他方式形成细胞微球，比如通过振动法、脉冲法等。
如图5所示，电线72的一端连接于高压直流电源71(正极或者负极)，电线72的另一端连接于打印头33的金属部分。电线72的另一端可以形成线圈720，线圈720套装于打印头33，这样，能够更好地保证电线72与打印头33的接触。
在其他实施方式中，还可以利用高压交流电源。本文所述的高压是指4kv至30kv的电压。
如图1和图2所示，细胞微球动态灌流培养系统还可以包括机架91，机架91大致围成安装上述各装置的空间。在机架91形成的空间内还可以包括安装架92，培养舱2和注射单元31安装于安装架92。同时，安装架92还可以安装上述密封塞座52、机械手4和伸缩机构6，伸缩机构6可以位于密封塞座52和机械手4之间。
打印头33可以位于培养舱2的上方，注射单元31可以位于打印头33和培养舱2大致在水平方向上的一侧。在安装架92的顶部可以具有通孔，供应管32可以穿过该通孔从而连接注射单元31和打印头33。
培养舱2的底部可以安装于安装架92，培养舱2的内部可以具有搅拌叶片81。在培养舱2的外部、在培养舱2的下方可以具有驱动电机82，驱动电机82的驱动轴依次穿过安装架92和培养舱2并与搅拌叶片81连接。
搅拌叶片81能够受驱动而在培养舱2的内部搅拌细胞微球，从而利于细胞微球与培养液充分、均匀地接触从而与培养液交换营养，实现细胞的动态培养，还能够加速细胞微球与交联剂的接触从而保证交联固化效果。
如图7所示，细胞微球动态灌流培养系统还可以包括交联剂供应组件和清洗剂供应组件。交联剂供应组件向培养舱2供应交联剂，从而帮助细胞微球保持形态。清洗剂供应组件向培养舱2供应清洗剂从而清洗交联剂。
在图7中，箭头J表示交联剂的流动方向，箭头Q表示清洗剂的流动方向。
交联剂供应组件可以包括交联剂罐94和第四动力源94a，交联剂罐94储存交联剂(例如为CaCl2)，培养舱2设有交联剂接口2a并通过交联剂接口2a与交联剂罐94连通。第四动力源94a设于交联剂罐94与培养舱2连通的管路，用于将交联剂罐94内的交联剂供应至培养舱2和将培养舱2内的交联剂抽出。
可以先开启第四动力源94a以向培养舱2通入交联剂，然后再向培养舱2投入细胞微球，细胞微球内的细胞能够在交联剂的作用下交联，从而保持细胞微球的形态。在交联完毕之后，再开启第四动力源94a以将培养舱2内的交联剂抽回到交联剂罐94。
清洗剂供应组件可以包括清洗剂罐95和第五动力源95a，清洗剂罐95储存清洗剂，培养舱2设有清洗剂接口2b并通过清洗剂接口2b与清洗剂罐95连通。第五动力源95a设于清洗剂罐95与培养舱2连通的管路，用于将清洗剂罐95内的清洗剂供应至培养舱2和将培养舱2内的清洗剂抽出。
在第四动力源94a抽出交联剂之后，可以先开启第五动力源95a以向培养舱2通入清洗剂，当清洗剂在培养舱2内作用预定时间(比如5分钟)之后，再开启第五动力源95a以将培养舱2内的清洗剂抽回到清洗剂罐95。
培养舱2还具有培养液入口2c和培养液出口2d，储液罐110内的培养液从培养液入口2c进入培养舱2，培养舱2内的培养液从培养液出口2d流出培养舱2。
在交联剂接口2a、清洗剂接口2b、培养液入口2c、培养液出口2d处均可以设置过滤网83(例如孔径为100微米)，过滤网83能够限制细胞微球向培养舱2的外部扩散。
培养舱2可以为圆筒形、方形、圆锥形等。
下面详细介绍该细胞微球动态灌流培养系统的细胞微球打印装置的自动化控制过程。
应当理解，该细胞微球动态灌流培养系统还包括常规的信号检测元件，只是上文省略了对这些信号检测元器件的介绍。
当检测到培养舱2的开口由密封塞51密封时，控制机械手4以使机械手4移除密封塞51，比如移除到密封塞座52上。当机械手4回到初始位置(与打印头33不存在运动干涉的任一位置)时，控制伸缩机构6将打印头33下降到预定位置(伸入培养舱2内一定深度)。然后，设置注射泵312的参数并挤压注射器311内的打印材料，打印材料经供应管32从打印头33中挤出，并经高压静电拉力形成细胞微球。细胞微球进入培养舱2。
当注射器311的液位下降一定位置或注射泵312启动一段时间或移动一段行程时，控制注射泵312停止，并控制伸缩机构6将打印头33上升。采用传感器，例如距离传感器或位置传感器来监测打印头33的位置，当打印头33位于初始位置时，控制机械手4以重新将密封塞座52上的密封塞51塞入培养舱2的开口来密封培养舱2。
应当理解，本文所称的密封塞51密封培养舱2是指，密封塞51通过密封培养舱2的供打印头33穿过的开口从而隔绝密封舱在此处与外部环境的接触，而并不限制密封舱通过管路连接至交联剂供应组件、清洗剂供应组件等。
如图6所示，灌流培养装置不仅包括循环供给回路11，还可以包括新液补充支路12和废液回收支路13。
培养舱2的培养液入口2c和培养液出口2d均连接有管路。培养舱2内的培养液经培养液出口2d流出，并经管路流入储液罐110。储液罐110内的培养液经管路流出，并经培养液入口2c流入培养舱2。
新液补充支路12为循环供给回路1的支路，包括新液罐120和第二动力源12a，新液罐120储存新鲜的培养液并与储液罐110连通，第二动力源12a设于新液罐120与储液罐110连通的管路。第二动力源12a能够将新鲜的培养液补充到储液罐110。
新液补充支路12向储液罐110补充新鲜的培养液，保证培养液的供应质量和数量。此外，储液罐110兼具储存培养液、接收补充培养液和供应培养液的功能，以一个储液罐110实现上述多种用途，简化了灌流培养装置和细胞微球动态灌流培养系统的管路结构，所需的安装空间较小。
废液回收支路13为循环供给回路1的支路，包括废液罐130和第三动力源13a，废液罐130与储液罐110连通，第三动力源13a设于废液罐130与储液罐110连通的管路。第三动力源13a能够将储液罐110内的培养液回收到废液罐130。
当储液罐110内的培养液质量不达标时，先利用废液回收支路13回收储液罐110内的培养液，然后利用新液补充支路12向储液罐110补充新鲜的培养液。
废液回收支路13能够回收储液罐110内的培养液，为新鲜的培养液提供容纳空间，与新液补充支路12配合实现该灌流式培养系统的培养液更换。新液补充支路12和废液回收支路13精简了培养液的循环回路，能够采用较小功率的动力源抽取储液罐内的培养液。
如图6所示，箭头M表示循环供给回路11内的培养液的流向，箭头F表示新液补充支路12内的培养液的流向，箭头f表示废液回收支路13的培养液的流向。
新液罐120的新鲜的培养液被补充至储液罐110，储液罐110的培养液输出至废液罐130，避免直接向培养舱2补充或者直接从培养舱2回收。这能够避免在补充新鲜的培养液和回收培养液时，生物材料受较大的冲击力和扰动，有利于保护生物材料的结构不受破坏。
优选地，该灌流培养装置还可以包括控制模块，新液罐120和储液罐110连通的管路上，以及废液罐130和储液罐110连通的管路上均可以设置电控阀，电控阀可以受控制模块的控制而开闭，或者具有预定的开度。
这提高了灌流培养装置和细胞微球动态灌流培养系统的自动化程度，并有利于精准控制培养液的输入量和输出量。
灌流培养装置还可以包括检测装置14，该检测装置14连接于储液罐110，从而检测储液罐110内的培养液的，比如氧含量、pH值、乳糖含量、葡萄糖含量。该检测装置14可以检测上述指标中的一种或者多种。检测装置14能够实时监测灌流培养装置内的培养液状态。
检测装置14可以连接于上述控制模块，从而将检测数据传输至控制模块。控制模块可以根据检测装置14的检测数据来控制废液回收支路13、新液补充支路12和循环供给回路11的开关，以及流量大小等。比如，根据葡萄糖含量判断培养液营养物含量从而控制新鲜的培养液的补充，根据乳糖含量判断代谢产物量从而控制已使用的培养液的回收。
应当理解，不仅仅根据上述数据而启动新液补充支路12和废液回收支路13，比如当氧含量、pH值等不符合要求时，也可以启动废液回收支路13和新液补充支路12。
储液罐110储存培养舱2内的培养液从而检测装置14能够实现对培养液的即时检测。储液罐110还独立于培养舱2，这利于避免检测时生物材料的干扰，实现有效检测。
优选地，新液补充支路12补充的培养液的体积与废液回收支路13回收的培养液体积相等，从而灌流培养装置的培养液的输入和输出平衡。
循环供给回路内的培养液形成一个动态平衡系统，当补充液的体积等于回收液的体积时，培养液维持在合适的体积，维持这个体积既不会导致回路内的培养液过满而外溢、不冗余浪费，也不会使培养液过少而影响动态培养。
具体地，比如，第二动力源12a和第三动力源13a为蠕动泵，预先调整第二动力源12a和第三动力源13a的流速相同，通过控制模块控制第二动力源12a和第三动力源13a的工作时间相同。或者，在新液罐120与储液罐110连通的管路上，以及废液罐130与储液罐110连通的管路上不仅设置上述电控阀，而且还设置流量检测单元，控制模块根据流量检测单元反馈的信息实时调整上述两个电控阀。
上述电控阀可以为单向阀、流量阀等，可以为电磁阀。
该灌流培养装置还可以包括气体过滤装置15，气体过滤装置15设于培养舱2与储液罐110连通的管路，气体过滤装置15能够向培养液通入氧气和二氧化碳，从而控制培养液的氧浓度和调节培养液的CO2浓度。
气体过滤装置15可以连接于控制模块，控制模块可以根据检测装置14检测的数据控制气体过滤装置15。例如，当检测装置14传输的数据显示培养液的氧含量不符合标准时，气体过滤装置15补充氧气。当检测装置14传输的数据显示培养液的PH值不符合标准时，气体过滤装置15补充CO2。
该气体过滤装置15可以为现有技术中的气体过滤装置，比如CN106754356A中的气体过滤装置。
上述第一动力源11a、第二动力源12a、第三动力源13a、第四动力源94a、第五动力源95a均可以为蠕动泵。
下面介绍该灌流培养装置的可能的工作模式。
当检测装置14检测培养液并且乳糖含量过高和葡萄糖含量过低时，设于废液回收支路13的电控阀打开，第三动力源13a抽吸储液罐110内的培养液至废液罐130中，第三动力源13a工作达到预设时间或流量检测单元检测到预设流量时，关闭设于废液回收支路13的电控阀。然后设于新液补充支路12的电控阀打开，第二动力源12a抽吸新液罐120中的新鲜的培养液至储液罐110中，第二动力源12a工作达到预设时间或流量检测单元检测到预设流量时，关闭设于新液补充支路12的电控阀。
该细胞微球动态灌流培养系统自动化程度较高，其结合细胞微球打印装置和灌流培养装置，利用了3D生物打印技术和灌流培养技术培养细胞，为细胞保持特性并高效大量扩增提供了可行方案。尤其在对细胞产品的要求越来越高的环境下，提供了一种现代医疗急需的、保持细胞特性的、可以高效、高质量获取细胞的全自动扩增培养系统。
3D生物打印技术的出现，巨大地推动了组织工程领域的发展。3D生物打印技术实现了直接细胞打印，能够利用3D生物打印机和包含有细胞的生物相容性良好的生物材料获得具有特定细胞的类组织、器官。3D生物打印技术能给细胞提供接近人体的三维生长环境，有利于细胞活力、特征的保持，且可以实现不同细胞浓度和位置的精确打印。
细胞微球打印装置有利于获得单位密度更大的细胞生长空间，加快细胞生长速度，实现更高效、高特性细胞的培养扩增。灌流培养装置能够使细胞培养的时间更长、获得的营养更充分，培养液循环的流入和流出培养舱2不仅实现了动态培养，而且提高培养效率，降低培养成本。
因而，该细胞微球动态灌流培养系统以较低的成本和较高的效率来获取细胞和培养细胞，满足了工业上对细胞数量和质量的双重要求，对细胞扩增具有重要意义。
应当理解，上述实施方式仅是示例性的，不用于限制本发明。本领域技术人员可以在本发明的教导下对上述实施方式做出各种变型和改变，而不脱离本发明的范围。

Claims (10)

1.一种细胞微球动态灌流培养系统，其包括培养舱(2)、细胞微球打印装置和灌流培养装置，所述细胞微球打印装置包括打印头(33)，所述打印头(33)能够打印细胞微球，所述培养舱(2)用于容纳和培养所述细胞微球，所述灌流培养装置包括储液罐(110)和第一动力源(11a)；
所述储液罐(110)储存培养液并与所述培养舱(2)连通，所述第一动力源(11a)设于使所述储液罐(110)与所述培养舱(2)连通的管路并驱动所述培养液在所述储液罐(110)和所述培养舱(2)之间循环流动，所述储液罐(110)内的所述培养液受所述第一动力源(11a)驱动从而向所述培养舱(2)供给，并且从所述培养舱(2)流出的培养液由所述储液罐(110)接收；
所述细胞微球动态灌流培养系统包括循环供给回路，所述培养舱(2)、所述储液罐(110)和所述第一动力源(11a)位于所述循环供给回路。
2.根据权利要求1所述的细胞微球动态灌流培养系统，其特征在于，所述灌流培养装置还包括新液罐(120)和第二动力源(12a)，所述新液罐(120)用于储存新鲜的培养液并与所述储液罐(110)连通，所述第二动力源(12a)设于使所述新液罐(120)与所述储液罐(110)连通的管路，所述第二动力源(12a)能够将所述新鲜的培养液补充到所述储液罐(110)，所述新液罐(120)和所述第二动力源(12a)位于连接于所述循环供给回路的支路。
3.根据权利要求1所述的细胞微球动态灌流培养系统，其特征在于，所述灌流培养装置还包括废液罐(130)和第三动力源(13a)，所述废液罐(130)与所述储液罐(110)连通，所述第三动力源(13a)设于使所述废液罐(130)与所述储液罐(110)连通的管路，所述第三动力源(13a)能够将所述储液罐(110)内的所述培养液回收到所述废液罐(130)，所述废液罐(130)和所述第三动力源(13a)位于连接于所述循环供给回路的支路。
4.根据权利要求1所述的细胞微球动态灌流培养系统，其特征在于，所述灌流培养装置还包括检测装置(14)，所述检测装置(14)用于检测所述储液罐(110)内的所述培养液，所述检测装置(14)用于检测所述储液罐(110)内的所述培养液的氧含量、pH值、乳糖含量、葡萄糖含量中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的细胞微球动态灌流培养系统，其特征在于，所述细胞微球动态灌流培养系统还包括动力装置和密封装置，所述打印头(33)在所述培养舱(2)的内部打印所述细胞微球，所述动力装置用于移动所述密封装置以密封所述培养舱(2)的供所述打印头(33)伸入的开口以及使所述开口敞开以供所述打印头(33)伸入。
6.根据权利要求5所述的细胞微球动态灌流培养系统，其特征在于，所述细胞微球动态灌流培养系统还包括密封装置座，当所述打印头(33)打印所述细胞微球时，所述密封装置放置于所述密封装置座。
7.根据权利要求5所述的细胞微球动态灌流培养系统，其特征在于，所述细胞微球动态灌流培养系统还包括伸缩机构(6)，所述伸缩机构(6)连接于所述打印头(33)，从而使所述打印头(33)靠近或者远离所述培养舱(2)。
8.根据权利要求1所述的细胞微球动态灌流培养系统，其特征在于，所述细胞微球动态灌流培养系统还包括搅拌叶片(81)，所述搅拌叶片(81)安装于所述培养舱(2)的内部以用于搅拌所述细胞微球。
9.根据权利要求1所述的细胞微球动态灌流培养系统，其特征在于，所述细胞微球动态灌流培养系统还包括交联剂供应组件和清洗剂供应组件，所述交联剂供应组件用于向所述培养舱(2)供应交联剂，所述清洗剂供应组件用于向所述培养舱(2)供应清洗剂从而清洗所述交联剂。
10.根据权利要求9所述的细胞微球动态灌流培养系统，其特征在于，所述培养舱(2)具有培养液入口(2c)、培养液出口(2d)、交联剂接口(2a)和清洗剂接口(2b)，所述交联剂接口(2a)用于使所述交联剂进入和流出所述培养舱(2)，所述清洗剂接口(2b)用于使所述清洗剂进入和流出所述培养舱(2)，所述培养液入口(2c)、所述培养液出口(2d)、所述交联剂接口(2a)、所述清洗剂接口(2b)均设有过滤网(83)。
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