CN111560314A - 一种干细胞自动培养箱 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种干细胞自动培养箱，包括设备框架、入料仓、操作平台、细胞培养组件、空净消毒系统、电气控制系统，所述入料仓的顶部通过第一铰接件与第一箱盖相连，第一箱盖打开时开口朝向所述操作平台方向；所述入料仓内部设有第一抽屉组件，所述第一抽屉组件内设有第二摆放架，所述入料仓内还设有与所述第一抽屉组件相连的第三摆放架；所述操作平台内包括离心机、加热箱、冷藏箱、第一摆放架和至少两个机器人，其中两个所述机器人的末端分别包括抓取机构、移液器；还包括垃圾箱和拍照显微镜。本装置实现了干细胞的全封闭自动化培养，利用特殊的空净消毒系统和的入料仓，创造了完全无菌环境，能同时培养多个干细胞样品，保证培养过程的稳定。

Description

一种干细胞自动培养箱

技术领域

本发明属于细胞培养领域，特别是一种干细胞自动培养箱。

背景技术

干细胞是一类具有自我复制能力，但尚未充分分化，尚不成熟的多潜能细胞，具有再生各种组织器官和人体的潜在功能，并具有自我更新复制的能力。在一定条件下，干细胞细胞医学界称为“万用细胞”，可以分化成多种功能细胞，根据干细胞所处的发育阶段分为胚胎干细胞和成体干细胞。因此，在无菌条件下，对干细胞的体外培养，观察其增殖生长的研究格外重要。

现有技术中的，通常采用的培养装置为干细胞自动培养箱，例如专利号CN201711443986.X提供的干细胞自动培养系统，包括入料仓、抓取机构、导轨机构、离心机、培养箱、配液中心、出料仓、空气净化系统、废瓶收集箱、废液收集箱、视觉检测组件、培养瓶开瓶组件、冻存管开盖组件、中转工作站。入料仓内设有消毒装置，抓取机构采用机械臂和机械臂上的固定夹具，利用CDD模块扫描、定位和夹取培养瓶。

又例如专利CN201110032862.9提供了一种诱导多能干细胞自动化扩增与培养系统，包括相互连接的自动化细胞扩增与培养系统、操作室以及与自动化细胞扩增与培养系统、操作室分别连接的控制系统，自动化细胞扩增与培养系统包括培养箱以及与培养箱相连的培养箱控制室，培养箱控制室包括气流净化与引入系统和培养箱数字动力系统；操作室内包括条码自动录入系统、自动换液系统和细胞在线观测系统；培养箱和操作室之间设有隔离板，隔离板上设有独立自动门控系统，所述自动化细胞扩增与培养系统通过培养容器自动弹出与闭合系统控制培养容器通过自动门系统在培养箱和操作室之间往复运动。整个培养系统通过人机对话操作面板、控制面板、传感器系统、电路系统、控制电路系统和计算机进行控制，然而上述这些自动化培养的结构占用空间大，缺少必要的样品、试剂保藏或处理装置。

发明内容

针对以上现有技术的不足，本发明提供了一种干细胞自动培养箱，通过优化设备内部各组件、机构的结构和布局，尤其是入料仓和垃圾箱的结构设计，并利用一系列自动化设备，实现干细胞培养整个过程的全封闭及自动化，并可以在一个培养箱内同时培养多个干细胞样品，保证培养过程的稳定。具体通过以下技术实现。

一种干细胞自动培养箱，包括设备框架、入料仓、操作平台、细胞培养组件、空净消毒系统、电气控制系统，

所述入料仓的顶部通过第一铰接件与第一箱盖相连，所述第一箱盖通过升降机构进行开合，第一箱盖打开时开口朝向所述操作平台方向；所述入料仓内部设有第一抽屉组件，所述第一抽屉组件闭合时第一抽屉组件的外侧面位于所述设备框架的某一侧面上，所述第一抽屉组件内设有第二摆放架，所述入料仓内还设有与所述第一抽屉组件相连的第三摆放架；

所述操作平台内包括离心机、加热箱、冷藏箱、第一摆放架和至少两个机器人，其中两个所述机器人的末端分别包括抓取机构、移液器；

所述细胞培养组件位于所述操作平台一侧，所述细胞培养组件上设有可开合的箱门；

还包括垃圾箱和拍照显微镜，所述垃圾箱内部设有第二抽屉组件，所述第二抽屉组件闭合时第二抽屉组件的外侧面位于所述设备框架的某一侧面上；

所述第一箱盖、第一抽屉组件、箱门、第二抽屉组件上均设有与所述电气控制系统相连的电控开关，用于分别控制第一箱盖、第一抽屉组件、箱门、第二抽屉组件的开启和闭合，所述闭合时均形成密闭空间。

本发明干细胞自动培养箱的自动化程度非常高，只需要操作人员将相关的试管、试剂、培养盒等放在第二摆放架上，样品放在第三摆放架上，通过机器人以及其他部件的运转就能完成干细胞的全部培养过程，培养完成后操作人员只需要从第三摆放架中拿走培养的成品即可。

入料仓作为培养箱内部和外界隔绝的中转站，避免了杂菌或有害气体污染。第二摆放架、第三摆放架通过第一抽屉组件从入料仓内滑出或闭合。第二摆放架上可以放置不同尺寸的试管、试剂瓶、培养盒等。第三摆放架用于放置待培养样品和已经完成自动培养、可由操作人员取走的干细胞成品。在入料仓放入物料前后分别进行消毒，再打开第一箱盖进行后续培养操作。所述升降机构可以是一个或两个，以不遮挡机器人从第二、三摆放架上取放物料即可，例如可在入料仓一侧/两侧外设置升降机构，或者在入料仓侧壁内设置升降机构。升降机构可以是液压缸组件或者其他能够推动第一箱盖开合的机构。优选的，所述入料仓的底部或/和侧面设置有由所述电气控制系统控制的推拉机构；例如液压缸机构，目的是通过所述电气控制系统控制推拉机构，进而实现第一抽屉组件从设备框架内自动滑出或闭合。

操作平台内所用的离心机、加热箱、冷藏箱均可以选用现有的技术中适配干细胞自动培养的装置，其装置的启停运转均可以利用现有的电气控制系统实现。加热箱一般为37℃恒温加热箱，冷藏箱一般为4℃等温冷藏箱，也可以自行设置成其他温度。优选的，所述离心机、加热箱、冷藏箱内嵌于操作平台面下方，所述第一摆放架、机器人位于操作平台面上。优选的，两个所述机器人分别位于操作平台不同的侧边缘，避免相互之间的影响。相关的试管、试剂、培养盒、样品、成品等的移动、吸取、分装、震荡、开盖、关盖、废弃等动作均可由本领域技术人员利用现有的机器人或/和机器人搭配移液器(或移液管)实现。

细胞培养组件可以设置一个或多个，每个细胞培养组件均可以在各自的培养条件下独立地培养干细胞。优选的，所述细胞培养组件位于所述设备框架后侧或与所述入料仓相对的一侧设备框架上。

所述垃圾箱用于在干细胞培养过程中盛放机器人丢弃的废弃物，且在使用前后均通过空净消毒系统消毒。优选的，所述第一抽屉组件、第二抽屉组件位于设备框架的不同侧面上，两者闭合时所述设备框架均形成封闭空间。优选的，所述拍照显微镜位于所述设备框架前侧。

空净消毒系统可以采用市面上常见的空气净化和臭氧消毒系统。空净消毒系统与入料仓、垃圾箱、操作平台上方空间相连。

电气控制系统可以位于操作平台下方，用于控制升降机构、机器人、加热箱、冷藏箱、离心机、空净消毒系统、细胞培养组件、电控开关等电子设备和元器件的正常运转。电气控制系统可以连接电脑，通过操作人员预先设置培养程序，并且可以在培养时实时监测和调整。本领域技术人员可基于现有技术实现干细胞自动培养箱内所有需要电控的部件的控制。

上述干细胞自动培养箱的一种使用方法为：

(1)培养箱各部件检查完成后，将第一抽屉组件、第二抽屉组件闭合，第一箱盖、箱门打开，设备框架内形成封闭空间，空净消毒系统完成消毒后，抽出第一抽屉组件，将采集好的样品放入第三摆放架，将培养过程中需要用到的试剂瓶、试管、离心管、培养盒等放入第二摆放架，再将第一抽屉组件推入入料仓，对入料仓再次进行消毒；

(2)升降机构推动第一箱盖打开，一个或若干个机器人带动抓取机构移动试剂瓶、试管、离心管、培养盒、样品等至预定位置，打开各管盖或瓶盖并将盖子放在第一摆放架上，然后用带有移液器的另一个或多个机器人取放或分装试剂、样品等至预定位置，将培养液转移到样品中；

(3)抓取机构将样品摇匀后静置一段时间，将样品转移至离心管并放入离心机内离心；

(4)离心结束后，抓取机构将样品离心管放入第一摆放架上，用三轴机器人的移液管座上的激光发射器进行激光扫描试管内分液层，利用反射激光定位分层位置)，然后三轴机器人自由端末端装上移液器枪头将样品离心管中的上层糟粕吸出并移至垃圾箱；

(5)将一个样品离心管中剩余液体分装入多个试管内(如5个试管)，静置一段时间后集中放到小培养盒，经过预设一段时间的培养后，当细胞数量增加到一定程度，需要增加面积培养时，转入大培养盒中培养；

将样品分别重复第(3)至(5)的步骤，重复培养，扩大培养细胞的数量；

当某一样品在细胞培养组件中培养的过程中，由于细胞培养组件为独立培养环境，此时可重复上述所有操作过程进行另一样品的培养并放入另一个细胞培养组件中，这样在同一时期，就可以进行多个样品的培养，节省了大量时间；

(6)当大培养盒的干细胞数量达到一定程度时，将培养盒震荡若干下，使成品细胞集中至培养盒的盒开口，再将这些培养盒的干细胞移入离心管中，离心，留下下层细胞成品，重悬过滤，产物集中在一个成品试管中，升降机构再次运转打开第一箱盖，抓取机构将成品试管放在第三摆放架上，然后第一箱盖关闭，操作人员抽出第一抽屉组件，从第三摆放架上取走成品试管。

上述过程需要过滤时，将离心管开口处装上过滤件进行过滤。所述过滤件呈凹型，凹型底部带有过滤网且底部形状适配离心管开口内径，凹型上端设有一挡圈，所述挡圈外径大于离心管开口外径。更优选的，所述挡圈连接一手持件。

上述干细胞培养过程中，可以利用拍照显微镜观察培养盒内干细胞培养的状态。

优选地，所述抓取机构包括抓手座、抓取手柄，所述抓取手柄上包括第一抓取件和第二抓取件，所述第一抓取件和第二抓取件的规格不同且轴线相互垂直。通常情况下，抓取手柄可通过调节实现抓取动作的机械手的相互距离来完成不同形状、大小物件的取放，本发明设计的不同规格的抓取件更加利于对不同大小瓶盖的拧开和旋紧，同时设计所述第一抓取件和第二抓取件的轴线相互垂直(例如第一抓取件与抓取手柄轴线重合，第二抓取件的轴线与抓取手柄的轴线垂直)，使抓取手柄的结构小巧、紧密。

更优选地，所述第一抓取件和第二抓取件均形成对称的弧形凹口，所述第一抓取件位于所述抓取手柄的末端且半径较小。第一抓取件和第二抓取件不仅能够实现不同物件的取放，设计的弧形凹口还能够更好的贴合管、瓶、瓶盖等的形状。更优选的，所述弧形凹口内设有均匀小凸起或防滑材料。

本发明的机器人至少有两个，至少一个用于与抓取机构共同实现抓取动作，还有至少一个末端设有移液器，用于精密用量液体的取放、分装。本发明的机器人可以不限定具体的分类，只要是能够实现以上功能的即可，例如现有的三轴、四轴、六轴、九轴机器人等等。优选地，其中两个所述机器人分别为三轴机器人、六轴机器人，所述三轴机器人末端设有所述移液器，所述移液器末端用于与可拆卸的枪头连接，所述六轴机器人末端设有所述抓取机构。

优选地，所述第一摆放架包括用于放置管、瓶、盒中的一种或多种的架子，以及管固定架，所述管固定架包括相对设置的两个弧形块，两个弧形块之间的间距由所述电气控制系统控制。所述管固定架包括一组或多组；使用时，可预先调整每组管固定架的间距用于适配不同大小的试管、离心管等，放入相应管后，再适当缩小每组管固定架的间距，固定试管或离心管的位置，方便后续管盖的拧开和旋紧。更优选的，所述弧形块内设有均匀小凸起或防滑材料。更优选地，所述用于放置盒的架子包括多种规格的槽，不同规格的槽为并排排列，或较小的槽位于较大的槽内部。优选的，所述槽的形状为不同大小的长方形；所述盒可以为长方形，或由长方形主体和梯形头部组成；所述盒为培养盒。所述培养盒包括至少一个盒开口，所述盒开口的入口处为从上至下逐渐收窄的结构。这种入口处逐渐收窄的设计，便于收集培养液。所述培养盒分为大、小两个。所述大培养盒上部包括一与盒开口匹配的盒盖，以及一手柄部。所述手柄部便于六轴机器人抓取，机器人抓取时平衡性比较好。优选地，所述大培养盒内部包括与盒开口相连的混合腔以及分层培养区，所述分层培养区包括一个或若干个平台面，每个平台面靠近混合腔的端部均设有向上的勾槽。使用时抓取机构先将培养盒盒面竖直使液体集中在混合腔，然后稍微倾斜，使每个勾槽槽内均有少量液体，再将培养盒盒面水平放入细胞培养组件，此时，每个平台面上均可培养干细胞，扩大培养面积。更优选地，所述手柄部包括相连的上部档台和下部柱形件。所述盒适配所述槽以及细胞培养组件内部形状。

优选地，所述细胞培养组件设有多个，每个所述细胞培养组件内均设有独立的温湿度和气体含量控制系统。

优选地，所述垃圾箱上与所述垃圾箱外侧面相对的侧面顶部设有第二铰接件，所述垃圾箱顶部的第二箱盖通过所述第二铰接件与所述垃圾箱连接，所述垃圾箱内部通过若干竖直的隔板分割成若干独立的腔室，所述第二箱盖上包括若干个可滑动开合的推拉板，每个所述推拉板各自对应一个所述腔室。垃圾箱上的推拉板能够各自独立的打开，方便机器人将废旧的培养基、样品、试剂等倒入不同的腔室中；然后抽出第二抽屉组件，打开第二箱盖，将腔室中的垃圾倒出，实现了自动化开合，将垃圾与操作平台隔开，避免了杂菌、异物、异味的影响。优选的，所述垃圾箱的底部或/和侧面设置有推拉机构，例如液压缸机构，目的是通过所述电气控制系统控制推拉机构，进而实现第二抽屉组件从设备框架内自动滑出或闭合。优选的，每个所述推拉板分别内置动力机构，所述动力机构与所述电气控制系统控制相连。

优选地，所述空净消毒系统包括鼓风机和臭氧发生器，所述空净消毒系统分别与所述入料仓、细胞培养组件、垃圾箱和操作平台上方空间相连。上述空净消毒系统可以选用本领域技术人员常用的系统结构。

与现有技术相比，本发明的有益之处在于：

1、本装置优化了设备各部件的结构和布局，利用一系列自动化设备，实现了干细胞培养的全自动化，整个过程无需操作人员控制，并可以在一个培养箱内同时培养多个干细胞样品；简单便捷，培养过程标准化，培养效率更高；

2、利用空净消毒系统以及特殊设计的入料仓，创造了一种完全无菌环境，有效保证了干细胞培养过程的稳定；

3、本装置设计了一种专用于干细胞培养的垃圾箱，将垃圾与操作平台隔开，避免了杂菌、异物、异味的影响；

4、本装置可以适用不同型号、体积的试管或培养瓶，应用范围广。

附图说明

图1为本发明一种实施方式的干细胞自动培养箱的立体结构示意图(抓取机构等部件的具体结构省略)；

图2为本发明一种实施方式的干细胞自动培养箱的俯视图；

图3为本发明一种实施方式的干细胞自动培养箱的管固定架的立体结构示意图；

图4为本发明一种实施方式的干细胞自动培养箱的入料仓及第一抽屉组件的立体结构示意图；

图5为本发明一种实施方式的干细胞自动培养箱的入料仓的外部立体结构示意图；

图6为本发明一种实施方式的干细胞自动培养箱的抓取机构的立体结构示意图；

图7为本发明一种实施方式的干细胞自动培养箱的抓取机构的俯视图；

图8为本发明一种实施方式的干细胞自动培养箱的空净消毒系统的第一角度的立体结构示意图；

图9为本发明一种实施方式的干细胞自动培养箱的空净消毒系统的第二角度的立体结构示意图；

图10为本发明一种实施方式的干细胞自动培养箱的细胞培养组件的立体结构示意图；

图11为本发明一种实施方式的干细胞自动培养箱的拍照显微镜的立体结构示意图；

图12为本发明一种实施方式的干细胞自动培养箱的垃圾箱的立体结构示意图；

图13为本发明一种实施方式的干细胞自动培养箱的垃圾箱的立体结构示意图；

图14为本发明一种实施方式的干细胞自动培养箱的三轴机器人的立体结构示意图；

图15为本发明一种实施方式的干细胞自动培养箱的通讯网络局部示意图。

图中：1、设备框架；2、入料仓；21、第一铰接件；22、第一箱盖；23、升降机构；24、第一抽屉组件；25、第二摆放架；26、第三摆放架；3、细胞培养组件；31、箱门；4、抓取机构；41、抓手座；42、抓取手柄；43、第一抓取件；44、第二抓取件；5、操作平台；51、离心机；52、第一摆放架；521、管固定架；53、加热箱；54、冷藏箱；55、三轴机器人；551、坦克链；552、机械x轴；553、机械y轴；554、机械z轴；555、移液管座；556、移液枪；557、激光传感器；558、放大器；56、六轴机器人；6、空净消毒系统；61、鼓风机；62、臭氧消除器；63、鼓风机控制器；64、真空泵；65、臭氧感应器；66、空气净化组件；67、三通电磁阀；68、二通电磁阀；69、环境监测器；610、压力计；611、电机驱动蝶形阀；7、电气控制系统；8、垃圾箱；81、第二抽屉组件；82、第二铰接件；83、第二箱盖；84、推拉板；9、拍照显微镜。

具体实施方式

下面将结合本发明中的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动条件下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

下面通过具体的实施例子并结合附图对本发明做进一步的详细描述。以下未做详细说明的结构、步骤、原理等均可通过现有技术实现。

如图1～14所示，本实施例提供的干细胞自动培养箱，包括设备框架1、入料仓2、细胞培养组件3、操作平台5、空净消毒系统6、电气控制系统7、垃圾箱8、拍照显微镜9。

作为一种实施方式，如图2～5所示，入料仓2的顶部通过第一铰接件21与第一箱盖22相连。所述入料仓2与设备框架1相连。所述第一铰接件21优选位于入料仓2与设备框架1连接处或靠近连接处的位置。所述第一箱盖22通过升降机构23进行开合，第一箱盖22打开时开口朝向所述操作平台5方向，利于后续直接从第二摆放架25、第三摆放架26取放物料。所述升降机构23的设置不遮挡机器人从第二摆放架25、第三摆放架26上取放物料，升降机构23设置在入料仓2外的一侧(如图2、5所示)或两侧，或者设置在入料仓2的一侧/两侧的侧壁内。所述升降机构23具体可为液压缸，或者其他能够推动第一箱盖22开合的机构。

作为一种实施方式，入料仓2内部设有第一抽屉组件24，所述第一抽屉组件24闭合时第一抽屉组件24的外侧面位于所述设备框架1的某一侧面上，使设备框架1封闭。所述第一抽屉组件24内设有用于放置管、瓶、盒的第二摆放架25，所述入料仓2内还设有与所述第一抽屉组件24相连的第三摆放架26。第二摆放架25内包括不同规格的长方形隔板、试管架等。用于放置培养盒的第二摆放架25包括多种规格的槽，不同规格的槽为并排排列。第二摆放架25为较大的长方形，第三摆放架26为较小的长方形，第三摆放架26用于放置管的开口数量为二。入料仓2的形状为包含第二摆放架25、第三摆放架26的长方形，或者为与第二摆放架25、第三摆放架26整体形成的外形相匹配的不规则形状，如图2～5所示。

作为一种优选的实施方式，入料仓2的底部或/和侧面设置有由所述电气控制系统7控制的推拉机构，例如液压缸机构，通过所述电气控制系统7控制推拉机构，进而实现第一抽屉组件24从设备框架1内自动滑出或闭合。

作为一种实施方式，操作平台5内包括离心机51、加热箱53、冷藏箱54、第一摆放架52和至少两个机器人，其中两个所述机器人的末端分别包括抓取机构4、移液器。离心机51、加热箱53、冷藏箱54内嵌于操作平台5表面的下方，离心机51、加热箱53、冷藏箱54的上部盖体不高于操作平台5表面，所述盖体均由电气控制系统7控制开合。所述第一摆放架52、机器人位于操作平台5表面上。加热箱53一般为37℃恒温加热箱，冷藏箱54一般为4℃等温冷藏箱，也可以自行设置成其他温度。

作为一种实施方式，所述第一摆放架52包括用于放置管、瓶、盒的架子，管包括试管、离心管等，瓶包括试剂瓶，盒包括培养盒。用于放置培养盒的架子包括多种规格的槽，不同规格的槽为并排排列，或较小的槽位于较大的槽内部。如图2所示，所述槽有两个且大小相同。另一种实施方式中，所述槽有两个且为不同大小的长方形。培养盒的横截面由长方形主体和梯形头部组成，具有一定厚度。培养盒适配所述槽以及细胞培养组件3内部形状。

作为一种实施方式，所述第一摆放架52还包括管固定架521，所述管固定架521包括相对设置的两个弧形块，两个弧形块之间的间距由所述电气控制系统7控制。管固定架521有多组，如6组(如图2、3)；更优选的，所述弧形块内设有均匀小凸起或防滑材料。

作为一种实施方式，由机器人驱动的抓取机构4包括抓手座41、抓取手柄42，所述抓取手柄42上包括第一抓取件43和第二抓取件44，所述第一抓取件43和第二抓取件44的规格不同且轴线相互垂直。如图6～7所示，第一抓取件43与抓取手柄42轴线重合，第二抓取件44的轴线与抓取手柄42的轴线垂直，所述第一抓取件43和第二抓取件44均形成对称的弧形凹口，所述第一抓取件43位于所述抓取手柄42的末端且半径较小。抓取手柄42的整体结构小巧、紧密，通过调整抓取手柄42方向、角度可以选择使用第一抓取件43或第二抓取件44进行动作操作。更优选的，所述弧形凹口内设有均匀小凸起或防滑材料。

本发明采用的机器人至少有两个，至少一个用于与抓取机构4共同实现抓取动作，还有至少一个末端设有移液器，用于精密用量液体的取放、分装。机器人无需限定具体的分类，只要是能够实现以上功能的即可，例如现有的三轴、四轴、六轴、九轴机器人等等。作为一种实施方式，两个所述机器人分别为三轴机器人55、六轴机器人56，所述三轴机器人55末端设有所述移液器，所述移液器末端用于与可拆卸的枪头连接，所述六轴机器人56末端设有所述抓取机构4。两个机器人分别位于操作平台5不同的侧边缘。

作为一种实施方式，如图14所示，所述三轴机器人55包括坦克链551、机械x轴552、机械y轴553、机械z轴554、移液管座555，利用所述坦克链551、机械x轴552、机械y轴553、机械z轴554的运动，实现三轴机器人55在x、y、z轴方向的运动，所述移液管座555与所述机械z轴554滑动连接，所述移液管座554上设有移液枪556、激光传感器557、放大器558。所述激光传感器、放大器用于发射激光扫描试管内的分液层，实现分液层位置的定位，进而控制移液枪的吸取量。

作为一种实施方式，所述细胞培养组件3位于操作平台5上方后侧，即后侧的设备框架1上。如图10所示，细胞培养组件3可以设置多个，如8个(如图10所示)，每个细胞培养组件3上设有可开合的箱门31，其内均设有独立的温湿度和气体含量控制系统，均可以在各自的培养条件下独立地培养干细胞。

空净消毒系统6可以选用本领域技术人员常用的系统结构，如空气净化和臭氧消毒系统。优选的，所述空净消毒系统6包括鼓风机61和臭氧发生器，所述空净消毒系统6分别与所述入料仓2、细胞培养组件3、垃圾箱8和操作平台5上方空间相连，用于对设备框架1内的所有部件消毒杀菌。作为一种实施方式，如图8～9所示，所述空净消毒系统6包括鼓风机61、臭氧消除器62，还包括鼓风机控制器63、真空泵64、臭氧感应器65、空气净化组件66、三通电磁阀67、二通电磁阀68、环境监测器69、压力计610、电机驱动蝶形阀611，其中，所述鼓风机控制器63、真空泵64、臭氧感应器65、空气净化组件66、臭氧消除器62、三通电磁阀67、二通电磁阀68、电机驱动蝶形阀611位于设备框架1内，环境监测器69和压力计610位于所述操作平台5上方。

作为一种实施方式，如图12、13所示，垃圾箱8内部设有第二抽屉组件81，所述第二抽屉组件81闭合时第二抽屉组件81的外侧面位于所述设备框架1的某一侧面上，使设备框架1封闭。所述第一抽屉组件24、第二抽屉组件81位于设备框架1的不同侧面上。垃圾箱8上与垃圾箱8外侧面相对的侧面顶部设有第二铰接件82，垃圾箱8顶部的第二箱盖83通过所述第二铰接件82与所述垃圾箱8连接，所述垃圾箱8内部通过若干竖直的隔板分割成若干独立的腔室，所述第二箱盖83上包括若干个可滑动开合的推拉板84，每个所述推拉板84各自对应一个所述腔室。垃圾箱8上的推拉板84能够各自独立的打开，方便机器人将废旧的培养基、样品、试剂等倒入不同的腔室中；然后抽出第二抽屉组件81，打开第二箱盖83，将腔室中的垃圾倒出，实现了自动化开合，将垃圾与操作平台5隔开，避免了杂菌、异物、异味的影响。

作为一种优选的实施方式，所述垃圾箱8的底部或/和侧面设置有推拉机构，例如液压缸机构，目的是通过所述电气控制系统7控制推拉机构，进而实现第二抽屉组件81从设备框架1内自动滑出或闭合。优选的，每个所述推拉板84分别内置动力机构，所述动力机构与所述电气控制系统7控制相连。

作为一种实施方式，如图1、11所示，拍照显微镜9位于所述设备框架1前侧靠右上，细胞培养组件3位于所述操作平台5后侧的设备框架1上，三轴机器人55位于所述设备框架1前侧靠左，入料仓2位于所述设备框架1右侧，六轴机器人56位于入料仓2、细胞培养组件3、操作平台5之间，垃圾箱8位于所述设备框架1前侧靠下，电气控制系统7位于左侧下方的设备框架1上。

所述第一箱盖22、第一抽屉组件24、箱门31、第二抽屉组件81上均设有与所述电气控制系统7相连的电控开关，用于分别控制第一箱盖22、第一抽屉组件24、箱门31、第二抽屉组件81的开启和闭合，所述闭合时均形成密闭空间。电气控制系统7用于控制升降机构23、机器人、加热箱53、冷藏箱54、离心机51、空净消毒系统6、细胞培养组件3、电控开关等电子设备和元器件的正常运转。电气控制系统7可以连接电脑，通过操作人员预先设置培养程序，并且可以在培养时实时监测和调整。

作为一种实施方式，如图15所示，所述电气控制系统包括HUB、主PLC、空净消毒系统PLC、保温箱PLC、离心机PLC。主PLC与空净消毒系统PLC、保温箱PLC、离心机PLC连接以便统筹管理，还与激光传感器、条码扫描仪、移液枪、升降机构连接。空净消毒系统PLC控制空净消毒系统的各组件(例如鼓风机控制器、真空泵、臭氧感应器、电机驱动蝶形阀、三通电磁阀、二通电磁阀等)，保温箱PLC控制保温箱和冷藏箱的温度，离心机PLC控制离心机。主PLC还分别控制驱动三轴机器人和六轴机器人上的机械臂的电机或电缸组件，控制移液枪或移液管吸取样品或试剂，并能接收激光传感器、条码扫描仪的电信号，完成相应的指令。电气控制系统通过HUB(多端口转发器)与电脑连接，自动培养箱上的其他组件(例如触摸屏、拍照显微镜等)也通过HUB与电脑连接，操作人员通过电脑完成干细胞自动培养的全程控制和监测。这些电气控制系统的组件均为市面上常用的电子设备。图14中未描述之处均为本领域技术人员可以基于本发明原理实施。

上述干细胞自动培养箱的一种使用方法为：

(1)培养箱各部件检查完成后，将第一抽屉组件、第二抽屉组件闭合，第一箱盖、箱门打开，设备框架内形成封闭空间，空净消毒系统完成消毒后，抽出第一抽屉组件，将采集好的样品放入第三摆放架，将培养过程中需要用到的试剂瓶、试管、离心管、培养盒等放入第二摆放架，再将第一抽屉组件推入入料仓，对入料仓再次进行消毒；

(2)升降机构推动第一箱盖打开，一个或若干个机器人带动抓取机构移动试剂瓶、试管、离心管、培养盒、样品等至预定位置，打开各管盖或瓶盖并将盖子放在第一摆放架上，然后用带有移液器的另一个或多个机器人取放或分装试剂、样品等至预定位置，将培养液转移到样品中；

(3)抓取机构将样品摇匀后静置一段时间，将样品转移至离心管并放入离心机内离心；

(4)离心结束后，抓取机构将样品离心管放入第一摆放架上，用三轴机器人自由端部的激光发射器进行激光扫描试管内分液层，利用反射激光定位分层位置)，然后三轴机器人自由端末端装上移液器枪头将样品离心管中的上层糟粕吸出并移至垃圾箱；

(5)将一个样品离心管中剩余液体分装入多个试管内(如5个试管)，静置一段时间后集中放到小培养盒，经过预设一段时间的培养后，当细胞数量增加到一定程度，需要增加面积培养时，转入大培养盒中培养；

将样品分别重复第(3)至(5)的步骤，重复培养，扩大培养细胞的数量；

当某一样品在细胞培养组件中培养的过程中，由于细胞培养组件为独立培养环境，此时可重复上述所有操作过程进行另一样品的培养并放入另一个细胞培养组件中，这样在同一时期，就可以进行多个样品的培养，节省了大量时间；

(6)当大培养盒的干细胞数量达到一定程度时，将培养盒震荡若干下，使成品细胞集中至培养盒的盒开口，再将这些培养盒的干细胞移入离心管中，离心，留下下层细胞成品，重悬过滤，产物集中在一个成品试管中，升降机构再次运转打开第一箱盖，抓取机构将成品试管放在第三摆放架上，然后第一箱盖关闭，操作人员抽出第一抽屉组件，从第三摆放架上取走成品试管。

上述过程需要过滤时，将离心管开口处装上过滤件进行过滤。所述过滤件呈凹型，凹型底部带有过滤网且底部形状适配离心管开口内径，凹型上端设有一挡圈，所述挡圈外径大于离心管开口外径。更优选的，所述挡圈连接一手持件。

上述干细胞培养过程中，可以利用拍照显微镜观察培养盒内干细胞培养的状态。

当干细胞培养方法有变化时，本发明设备仍可通过程序的调整适配其他干细胞培养过程，自动化程度较高，可同时培养多个干细胞样品。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案。

Claims (10)

1.一种干细胞自动培养箱，包括设备框架、入料仓、操作平台、细胞培养组件、空净消毒系统、电气控制系统，其特征在于，

所述入料仓的顶部通过第一铰接件与第一箱盖相连，所述第一箱盖通过升降机构进行开合，第一箱盖打开时开口朝向所述操作平台方向；所述入料仓内部设有第一抽屉组件，所述第一抽屉组件闭合时第一抽屉组件的外侧面位于所述设备框架的某一侧面上，所述第一抽屉组件内设有第二摆放架，所述入料仓内还设有与所述第一抽屉组件相连的第三摆放架；

所述操作平台内包括离心机、加热箱、冷藏箱、第一摆放架和至少两个机器人，其中两个所述机器人的末端分别包括抓取机构、移液器；

所述细胞培养组件位于所述操作平台一侧，所述细胞培养组件上设有可开合的箱门；

还包括垃圾箱和拍照显微镜，所述垃圾箱内部设有第二抽屉组件，所述第二抽屉组件闭合时第二抽屉组件的外侧面位于所述设备框架的某一侧面上；

所述第一箱盖、第一抽屉组件、箱门、第二抽屉组件上均设有与所述电气控制系统相连的电控开关，用于分别控制第一箱盖、第一抽屉组件、箱门、第二抽屉组件的开启和闭合，所述闭合时均形成密闭空间。

2.根据权利要求1所述的干细胞自动培养箱，其特征在于，所述入料仓的底部或/和侧面设置有由所述电气控制系统控制的推拉机构。

3.根据权利要求1所述的干细胞自动培养箱，其特征在于，所述抓取机构包括抓手座、抓取手柄，所述抓取手柄上包括第一抓取件和第二抓取件，所述第一抓取件和第二抓取件的规格不同且轴线相互垂直。

4.根据权利要求3所述的干细胞自动培养箱，其特征在于，所述第一抓取件和第二抓取件均形成对称的弧形凹口，所述第一抓取件位于所述抓取手柄的末端且半径较小。

5.根据权利要求1～4任一项所述的干细胞自动培养箱，其特征在于，其中两个所述机器人分别为三轴机器人、六轴机器人，所述三轴机器人末端设有所述移液器，所述移液器末端用于与可拆卸的枪头连接，所述六轴机器人末端设有所述抓取机构。

6.根据权利要求1所述的干细胞自动培养箱，其特征在于，所述第一摆放架包括用于放置管、瓶、盒中的一种或多种的架子，以及管固定架，所述管固定架包括相对设置的两个弧形块，两个弧形块之间的间距由所述电气控制系统控制。

7.根据权利要求5所述的干细胞自动培养箱，其特征在于，所述用于放置盒的架子包括多种规格的槽，不同规格的槽为并排排列，或较小的槽位于较大的槽内部。

8.根据权利要求1所述的干细胞自动培养箱，其特征在于，所述细胞培养组件设有多个，每个所述细胞培养组件内均设有独立的温湿度和气体含量控制系统。

9.根据权利要求1所述的干细胞自动培养箱，其特征在于，所述垃圾箱上与所述垃圾箱外侧面相对的侧面顶部设有第二铰接件，所述垃圾箱顶部的第二箱盖通过所述第二铰接件与所述垃圾箱连接，所述垃圾箱内部通过若干竖直的隔板分割成若干独立的腔室，所述第二箱盖上包括若干个可滑动开合的推拉板，每个所述推拉板各自对应一个所述腔室。

10.根据权利要求1所述的干细胞自动培养箱，其特征在于，所述空净消毒系统包括鼓风机和臭氧发生器，所述空净消毒系统分别与所述入料仓、细胞培养组件、垃圾箱和操作平台上方空间相连。

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