CN111205975B - 一种二氧化碳培养系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种二氧化碳培养系统，旨在解决二氧化碳培养系统存在污染和气源断供风险的不足。该发明包括二氧化碳培养箱、气源组件、隔离器、灭菌气体发生器、控制器，二氧化碳培养箱连通有气源管、灭菌回风管，灭菌回风管连接回风总管；气源管上安装除菌过滤器，除菌过滤器上并联有进气阀和排气阀，排气阀串联抽气泵，抽气泵、灭菌回风管并联在回风总管上；气源组件包括若干二氧化碳储气罐，二氧化碳储气罐并联在送气主管上，二氧化碳储气罐气压不足自动切换，送气主管与进气阀连接，进气主管上安装流量计和减压阀，二氧化碳培养箱内安装环境监测传感器，流量计和环境监测传感器均与控制器电连接。

Description

一种二氧化碳培养系统

技术领域

本发明涉及一种二氧化碳培养技术，更具体地说，它涉及一种二氧化碳培养系统。

背景技术

二氧化碳培养箱是通过在培养箱箱体内模拟形成一个类似细胞或组织在生物体内的生长环境，培养箱要求稳定的温度、稳定的二氧化碳水平、恒定的酸碱度、较高的相对饱和湿度，来对细胞或组织进行体外培养的一种装置，是细胞、组织、细菌培养的一种先进仪器，是开展免疫学、肿瘤学、遗传学及生物工程所必须的关键设备。目前实验用细胞操作大多是在安放于洁净室C级区中的超净台中完成，细胞培养是在洁净室C级区中的普通培养箱中完成的。现有市面上的常规培养箱内腔都是不密闭的，也存在外置过滤器到腔体之间的管道及二氧化碳控制阀腔未灭菌的问题，存在污染风险，从而导致生产出来的细胞药物不符合药品生产质量管理规范。一般细胞、组织培养均需要较长时间，短则几周，长则几个月，且培养过程中气源不允许中断。若细胞、组织在培养过程中二氧化碳气源不足会导致细胞、组织生长缓慢或者死亡。目前细胞培养操作人员都是定期人工检查气源供气情况，培养过程需要有人值守。若培养过程无人值守，那么就存在二氧化碳气源断供的风险。

发明内容

本发明克服了二氧化碳培养系统存在污染和气源断供风险的不足，提供了一种二氧化碳培养系统，它能避免污染和气源断供的风险，保证培养过程的可靠性，使生产出来的细胞药物符合药品生产质量管理规范。

为了解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：一种二氧化碳培养系统，包括二氧化碳培养箱、气源组件、与二氧化碳培养箱连接的隔离器、与隔离器连接的灭菌气体发生器、控制器，二氧化碳培养箱密闭设置，二氧化碳培养箱上与隔离器之间设有连通窗，二氧化碳培养箱上连接培养箱门，培养箱门密封盖合连通窗；二氧化碳培养箱连通有气源管、灭菌回风管，灭菌回风管连接回风总管；气源管上安装除菌过滤器，除菌过滤器上并联有进气阀和排气阀，排气阀串联抽气泵，抽气泵、灭菌回风管并联在回风总管上；气源组件包括若干二氧化碳储气罐，二氧化碳储气罐并联在送气主管上，二氧化碳储气罐气压不足自动切换，送气主管与进气阀连接，进气主管上安装流量计和减压阀，二氧化碳培养箱内安装环境监测传感器，流量计和环境监测传感器均与控制器电连接。

二氧化碳培养系统进行灭菌操作时，灭菌气体发生器产生灭菌气体送入隔离器，培养箱门开启，灭菌气体通过连通窗进入二氧化碳培养箱内，进行灭菌。灭菌气体通过灭菌回风管流入回风总管后排出。另外，开启抽气泵，使二氧化碳培养箱内的灭菌气体流入气源管，依次经过除菌过滤器、排气阀、抽气泵后流入回风总管后排出，该过程对气源管进行灭菌处理，降低污染的风险。设置若干个二氧化碳储气罐，二氧化碳储气罐气压不足自动切换，避免单一的二氧化碳储气罐设置而出现气源断供的现象。通过二氧化碳培养箱内安装的环境监测传感器来检测二氧化碳浓度和二氧化碳培养箱内部压力，通过检测的数据控制进气阀的开启和关闭，通过除菌过滤器对二氧化碳进行除菌过滤。这种二氧化碳培养系统能避免污染和气源断供的风险，保证培养过程的可靠性，使生产出来的细胞药物符合药品生产质量管理规范。

作为优选，隔离器上设有回风通道，回风总管与回风通道连通，回风总管上安装回风阀。回风总管连通到隔离器上的回风通道，便于回风总管的安装布置。

作为优选，二氧化碳培养箱连通有压力补偿管，压力补偿管与回风总管连通，压力补偿管上安装压力补偿除菌过滤器、压力补偿管道阀，压力补偿管上压力补偿除菌过滤器和压力补偿管道阀之间并联压力补偿开关阀。

当检测到二氧化碳培养箱内的压力超过培养压力时，打开压力补偿开关阀进行泄压，维持培养箱内部常压培养或正、负压培养。

作为优选，进气阀、排气阀、压力补偿管道阀、压力补偿开关阀均为电磁阀且均与控制器电连接。电磁阀控制精准可靠。

作为优选，二氧化碳储气罐与送气主管之间均连接通气支管，通气支管上安装压力传感器和进气电控阀，压力传感器和进气电控阀均与控制器电连接。

通过控制器控制单根通气支管的通断，实现气源的自动切换，当压力传感器检测到该通气支管上的气压不足时，控制器控制该通气支管上的进气电控阀关闭，同时开启另一通气支管上的进气电控阀，实现气源切换。

另一种方案，二氧化碳储气罐与送气主管之间安装切换转盘，切换转盘上均布设有若干和二氧化碳储气罐一一对应设置的切换单元，切换单元包括设置在切换转盘上的进气孔和通气腔、安装在通气腔内的活塞、阀杆、铰接在切换转盘上的连杆，进气孔一端与通气腔一端连通，进气孔内设有相对设置的隔离座和定位座，阀杆密封套装在定位座和隔离座之间，阀杆内设有连通腔，阀杆侧壁上靠近外端位置设有进气侧孔，阀杆外壁上隔离座和定位座之间位置设有出气侧孔，进气侧孔、出气侧孔均与连通腔连通；阀杆内端连接导向块，阀杆上定位座和导向块之间安装回位弹簧，阀杆外端置于隔离座内，连杆一端贴合在导向块上，连杆另一端设有定位凸起；活塞上连接活塞杆，活塞杆上套装定位弹簧，定位弹簧抵接在活塞与通气腔内壁之间，活塞杆延伸出通气腔，通气腔内设有通气孔，通气孔置于活塞杆侧，切换转盘上设有汇流孔，所有通气孔均与汇流孔连通，送气主管与汇流孔连接，二氧化碳储气罐通过管道与进气孔连通；活塞杆上延伸出通气腔的部位连接拨动头，拨动头上设有拨爪和倾斜设置的导向面，相邻两切换单元中其中一切换单元的活塞杆向内移动的过程中拨爪抵接到另一切换单元的连杆上的定位凸起内侧将连杆拨动转动，使阀杆径向向外移动，进气孔内隔离座两侧的腔体通过进气侧孔、连通腔、出气侧孔连通。

初始状态下，阀杆外端回缩在隔离座内，进气孔内隔离座两侧的腔体是不连通的，处于隔离状态，二氧化碳储气罐内的气体不会经过进气孔流入通气腔内。开始工作时，转动任意一个切换单元的连杆，并将连杆抵接到与之相邻切换单元的拨爪上，此时与该连杆对应切换单元的阀杆径向向外移动，进气孔内隔离座两侧的腔体通过进气侧孔、连通腔、出气侧孔连通，气源进入通气腔内，在气压作用下，活塞被推动，活塞滑过通气孔后，气源通过通气孔流入汇流孔，进入送气主管，活塞杆向外移动的过程中拨动头上的导向面滑过连杆。当该二氧化碳储气罐气压不足时，在定位弹簧作用下，活塞回位，活塞杆随活塞一起回位，此时拨爪抵接到相邻切换单元的连杆上的定位凸起内侧将连杆拨动转动，使阀杆径向向外移动，进气孔内隔离座两侧的腔体通过进气侧孔、连通腔、出气侧孔连通，相邻的切换单元导通，以此一个个连续不断地进行气源的切换，使气源能够源源不断地供应，避免出现气源断供的现象。当需要对气压不足的二氧化碳储气罐进行补气时，拨动连杆到初始位置，使阀杆回位，进气孔内隔离座两侧的腔体隔离，完成补气即可。这种切换转盘的设置使气源能够源源不断地进行供应，避免出现气源断供的现象，而且可实现不停机在线补气。

作为优选，连杆呈L形且转角位置铰接在切换转盘上，连杆和切换转盘之间连接定位扭簧。定位扭簧对连杆进行定位，使连杆能够定在初始位置。

作为优选，通气孔内安装进气单向阀。进气单向阀的设置避免出现气源回流的现象。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：（1）二氧化碳培养系统能避免污染和气源断供的风险，保证培养过程的可靠性，使生产出来的细胞药物符合药品生产质量管理规范；（2）气源自动切换，操作方便。

附图说明

图1是本发明的实施例1的结构示意图；

图2是本发明的实施例2的切换转盘的结构示意图；

图3是本发明的图2的局部放大示意图；

图4是本发明的实施例2的切换转盘的局部剖视图；

图中：1、二氧化碳培养箱，2、隔离器，3、灭菌气体发生器，4、控制器，5、培养箱门，6、气源管，7、灭菌回风管，8、回风总管，9、除菌过滤器，10、进气阀，11、排气阀，12、抽气泵，13、二氧化碳储气罐，14、流量计，15、减压阀，16、环境监测传感器，17、回风通道，18、搅拌风扇，19、压力补偿管，20、压力补偿除菌过滤器，21、压力补偿管道阀，22、压力补偿开关阀，23、通气支管，24、压力传感器，25、进气电控阀，26、切换转盘，27、进气孔，28、通气腔，29、活塞，30、阀杆，31、连杆，32、隔离座，33、定位座，34、连通腔，35、进气侧孔，36、出气侧孔，37、导向块，38、回位弹簧，39、定位凸起，40、活塞杆，41、定位弹簧，42、通气孔，43、汇流孔，44、拨动头，45、拨爪，46、导向面，47、挡块，48、进气单向阀。

具体实施方式

下面通过具体实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的具体描述：

实施例1：一种二氧化碳培养系统（参见附图1），包括二氧化碳培养箱1、气源组件、与二氧化碳培养箱连接的隔离器2、与隔离器连接的灭菌气体发生器3、控制器4，二氧化碳培养箱密闭设置，二氧化碳培养箱与隔离器通过法兰密封连接。二氧化碳培养箱上与隔离器之间设有连通窗，二氧化碳培养箱上连接培养箱门5，培养箱门密封盖合连通窗；二氧化碳培养箱连通有气源管6、灭菌回风管7，灭菌回风管连接回风总管8；气源管上安装除菌过滤器9，除菌过滤器上并联有进气阀10和排气阀11，排气阀串联抽气泵12，抽气泵、灭菌回风管并联在回风总管上，灭菌回风管上安装隔离阀；气源组件包括若干二氧化碳储气罐13，二氧化碳储气罐并联在送气主管上，二氧化碳储气罐气压不足自动切换，送气主管与进气阀连接，进气主管上安装流量计14和减压阀15，二氧化碳培养箱内安装环境监测传感器16，流量计和环境监测传感器均与控制器电连接。隔离器上设有回风通道17，回风总管与回风通道连通，回风总管上安装回风阀。二氧化碳培养箱内安装搅拌风扇18，搅拌风扇对二氧化碳培养箱内的气体进行搅动，使灭菌气体和二氧化碳分布更加均匀，灭菌更加彻底，二氧化碳浓度控制更加精准。二氧化碳培养箱连通有压力补偿管19，压力补偿管与回风总管连通，压力补偿管上安装压力补偿除菌过滤器20、压力补偿管道阀21，压力补偿管上压力补偿除菌过滤器和压力补偿管道阀之间并联压力补偿开关阀22。进气阀、排气阀、压力补偿管道阀、压力补偿开关阀均为电磁阀且均与控制器电连接。

二氧化碳储气罐与送气主管之间均连接通气支管23，通气支管上安装压力传感器24和进气电控阀25，压力传感器和进气电控阀均与控制器电连接。

二氧化碳培养系统进行灭菌操作时，灭菌气体发生器产生灭菌气体送入隔离器，培养箱门开启，灭菌气体通过连通窗进入二氧化碳培养箱内，进行灭菌。灭菌气体通过灭菌回风管流入回风总管后排出。另外，开启抽气泵，使二氧化碳培养箱内的灭菌气体流入气源管，依次经过除菌过滤器、排气阀、抽气泵后流入回风总管后排出，该过程对气源管进行灭菌处理，降低污染的风险。所有管路进行原位灭菌，灭菌效果好。设置若干个二氧化碳储气罐，二氧化碳储气罐气压不足自动切换，避免单一的二氧化碳储气罐设置而出现气源断供的现象。通过二氧化碳培养箱内安装的环境监测传感器来检测二氧化碳浓度和二氧化碳培养箱内部压力，通过检测的数据控制进气阀的开启和关闭，通过除菌过滤器对二氧化碳进行除菌过滤。这种二氧化碳培养系统能避免污染和气源断供的风险，保证培养过程的可靠性，使生产出来的细胞药物符合药品生产质量管理规范。

实施例2：一种二氧化碳培养系统（参见附图2、附图3、附图4），其结构与实施例1相似，主要不同点在于本实施例中二氧化碳储气罐与送气主管之间安装切换转盘26，切换转盘上均布设有若干和二氧化碳储气罐一一对应设置的切换单元，切换单元包括设置在切换转盘上的进气孔27和通气腔28、安装在通气腔内的活塞29、阀杆30、铰接在切换转盘上的连杆31，进气孔一端与通气腔一端连通，进气孔内设有相对设置的隔离座32和定位座33，阀杆密封套装在定位座和隔离座之间，阀杆内设有连通腔34，阀杆侧壁上靠近外端位置设有进气侧孔35，阀杆外壁上隔离座和定位座之间位置设有出气侧孔36，进气侧孔、出气侧孔均与连通腔连通；阀杆内端连接导向块37，阀杆上定位座和导向块之间安装回位弹簧38，阀杆外端置于隔离座内，连杆一端贴合在导向块上，连杆另一端设有定位凸起39；活塞上连接活塞杆40，活塞杆上套装定位弹簧41，定位弹簧抵接在活塞与通气腔内壁之间，活塞杆延伸出通气腔，通气腔内设有通气孔42，通气孔置于活塞杆侧，切换转盘上设有汇流孔43，所有通气孔均与汇流孔连通，送气主管与汇流孔连接，二氧化碳储气罐通过管道与进气孔连通；活塞杆上延伸出通气腔的部位连接拨动头44，拨动头上设有拨爪45和倾斜设置的导向面46，相邻两切换单元中其中一切换单元的活塞杆向内移动的过程中拨爪抵接到另一切换单元的连杆上的定位凸起内侧将连杆拨动转动，使阀杆径向向外移动，进气孔内隔离座两侧的腔体通过进气侧孔、连通腔、出气侧孔连通。拨动头铰接在活塞杆上，拨动头和活塞杆之间连接定位扭簧，活塞杆端部设有挡块47，拨动头靠近连杆侧的端部边缘贴合挡块上，从而实现拨动头的单向转动，活塞杆向外延伸的过程中拨动头能够转动，活塞杆向内移动的过程中挡块挡住拨动头，防止拨动头转动，从而使拨动头能够可靠地拨动连杆。切换单元沿着逆时针方向依次布置。沿着逆时针方向，前一切换单元的拨动头拨动后一切换单元的连杆转动，从而带动阀杆径向向外移动。连杆呈L形且转角位置铰接在切换转盘上，连杆和切换转盘之间连接定位扭簧。通气孔内安装进气单向阀48。其它结构与实施例1相同。

初始状态下，阀杆外端回缩在隔离座内，进气孔内隔离座两侧的腔体是不连通的，处于隔离状态，二氧化碳储气罐内的气体不会经过进气孔流入通气腔内。开始工作时，转动任意一个切换单元的连杆，并将连杆抵接到与之相邻切换单元的拨爪上，此时与该连杆对应切换单元的阀杆径向向外移动，进气孔内隔离座两侧的腔体通过进气侧孔、连通腔、出气侧孔连通，气源进入通气腔内，在气压作用下，活塞被推动，活塞滑过通气孔后，气源通过通气孔流入汇流孔，进入送气主管，活塞杆向外移动的过程中拨动头上的导向面滑过连杆。当该二氧化碳储气罐气压不足时，在定位弹簧作用下，活塞回位，活塞杆随活塞一起回位，此时拨爪抵接到相邻切换单元的连杆上的定位凸起内侧将连杆拨动转动，使阀杆径向向外移动，进气孔内隔离座两侧的腔体通过进气侧孔、连通腔、出气侧孔连通，相邻的切换单元导通，以此一个个连续不断地进行气源的切换，使气源能够源源不断地供应，避免出现气源断供的现象。当需要对气压不足的二氧化碳储气罐进行补气时，拨动连杆到初始位置，使阀杆回位，进气孔内隔离座两侧的腔体隔离，完成补气即可。这种切换转盘的设置使气源能够源源不断地进行供应，避免出现气源断供的现象，而且可实现不停机在线补气。

以上所述的实施例只是本发明较佳的方案，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。

Claims (7)

1.一种二氧化碳培养系统，其特征是，包括二氧化碳培养箱、气源组件、与二氧化碳培养箱连接的隔离器、与隔离器连接的灭菌气体发生器、控制器，二氧化碳培养箱密闭设置，二氧化碳培养箱上与隔离器之间设有连通窗，二氧化碳培养箱上连接培养箱门，培养箱门密封盖合连通窗；二氧化碳培养箱连通有气源管、灭菌回风管，灭菌回风管连接回风总管；气源管上安装除菌过滤器，除菌过滤器上并联有进气阀和排气阀，排气阀串联抽气泵，抽气泵、灭菌回风管并联在回风总管上；气源组件包括若干二氧化碳储气罐，二氧化碳储气罐并联在送气主管上，二氧化碳储气罐气压不足自动切换，送气主管与进气阀连接，进气主管上安装流量计和减压阀，二氧化碳培养箱内安装环境监测传感器，流量计和环境监测传感器均与控制器电连接；隔离器上设有回风通道，回风总管与回风通道连通；二氧化碳培养箱连通有压力补偿管，压力补偿管与回风总管连通，压力补偿管上安装压力补偿除菌过滤器、压力补偿管道阀，压力补偿管上压力补偿除菌过滤器和压力补偿管道阀之间并联压力补偿开关阀。

2.根据权利要求1所述的一种二氧化碳培养系统，其特征是，回风总管上安装回风阀。

3.根据权利要求2所述的一种二氧化碳培养系统，其特征是，进气阀、排气阀、压力补偿管道阀、压力补偿开关阀均为电磁阀且均与控制器电连接。

4.根据权利要求1至3任意一项所述的一种二氧化碳培养系统，其特征是，二氧化碳储气罐与送气主管之间均连接通气支管，通气支管上安装压力传感器和进气电控阀，压力传感器和进气电控阀均与控制器电连接。

5.根据权利要求1至3任意一项所述的一种二氧化碳培养系统，其特征是，二氧化碳储气罐与送气主管之间安装切换转盘，切换转盘上均布设有若干和二氧化碳储气罐一一对应设置的切换单元，切换单元包括设置在切换转盘上的进气孔和通气腔、安装在通气腔内的活塞、阀杆、铰接在切换转盘上的连杆，进气孔一端与通气腔一端连通，进气孔内设有相对设置的隔离座和定位座，阀杆密封套装在定位座和隔离座之间，阀杆内设有连通腔，阀杆侧壁上靠近外端位置设有进气侧孔，阀杆外壁上隔离座和定位座之间位置设有出气侧孔，进气侧孔、出气侧孔均与连通腔连通；阀杆内端连接导向块，阀杆上定位座和导向块之间安装回位弹簧，阀杆外端置于隔离座内，连杆一端贴合在导向块上，连杆另一端设有定位凸起；活塞上连接活塞杆，活塞杆上套装定位弹簧，定位弹簧抵接在活塞与通气腔内壁之间，活塞杆延伸出通气腔，通气腔内设有通气孔，通气孔置于活塞杆侧，切换转盘上设有汇流孔，所有通气孔均与汇流孔连通，送气主管与汇流孔连接，二氧化碳储气罐通过管道与进气孔连通；活塞杆上延伸出通气腔的部位连接拨动头，拨动头上设有拨爪和倾斜设置的导向面，相邻两切换单元中其中一切换单元的活塞杆向内移动的过程中拨爪抵接到另一切换单元的连杆上的定位凸起内侧将连杆拨动转动，使阀杆径向向外移动，进气孔内隔离座两侧的腔体通过进气侧孔、连通腔、出气侧孔连通。

6.根据权利要求5所述的一种二氧化碳培养系统，其特征是，连杆呈L形且转角位置铰接在切换转盘上，连杆和切换转盘之间连接定位扭簧。

7.根据权利要求5所述的一种二氧化碳培养系统，其特征是，通气孔内安装进气单向阀。

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