CN111763624A - 一种高内涵细胞观测培养装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种高内涵细胞观测培养装置，包括箱体和培养仓，箱体的顶部设有培养仓，箱体的内部设有摄像装置，摄像装置位于培养仓的下方用于对培养仓内的培养情况进行拍摄。本发明的有益效果是：本发明着眼最前沿的科研领域对仪器的需求，结合物联网技术，将传统的细胞培养和细胞观察需求进行整合，建立了一种更加实用的细胞培养和监测仪器。为相关领域科研工作提供了便利，将物联网技术更好的融入了科研一线产品中。

Description

一种高内涵细胞观测培养装置

技术领域

本发明涉及细胞观测培养装置领域，更具体地说涉及一种高内涵细胞观测培养装置。

背景技术

细胞作为生命活动的最小单元，蕴藏着生命奥秘。近些年，科技工作者对细胞的研究逐步深入，单细胞检测方法也大量被开发出来。细胞相关的培养和跟踪设备需求越来越大。特别是在细胞正常生长情况下对细胞原位监测的装置需求正逐渐增加。

PhenomScientific作为继承了飞利浦数字光学和FEI公司技术的行业领先企业，研发出了高内涵活细胞智能成像及云分析系统Omni，可以在细胞培养箱中对培养瓶、培养皿和微流控芯片中的细胞进行观察和分析。但该产品对培养箱的体积有一定要求，并且仪器在培养箱中供电较为困难。仪器使细胞培养箱内部表面积和死角增加，从而增加了细菌污染清理的难度。并且实验室中培养箱多为多人使用，容易造成交叉污染和细菌感染，不利于细胞培养和相关实验进行。其它相似的设备其用于观察的摄像装置均置于细胞培养环境内，均存在细菌污染及相关设备产生有毒气体和油性润滑物质挥发对培养环境的污染问题，同时培养环境下需要一定的湿度，这样潮湿环境不利于电子设备的长期正常工作。

发明内容

本发明克服了现有技术中的不足，提供了一种高内涵细胞观测培养装置。

本发明的目的通过下述技术方案予以实现。

一种高内涵细胞观测培养装置，包括箱体和培养仓，所述箱体的顶部设有所述培养仓，所述箱体的内部设有所述摄像装置，所述摄像装置位于所述培养仓的下方用于对所述培养仓内的培养情况进行拍摄。

进一步，所述培养仓的底部设有支撑柱和卡扣，所述箱体的顶部设有所述支撑柱插孔和卡槽，所述培养仓和所述箱体通过所述支撑柱插入所述支撑柱插孔内及所述卡扣插入所述卡槽内实现固定。

进一步，所述培养仓的顶部设有上盖，所述培养仓与所述上盖之间设有透明隔板，所述培养仓、所述隔板和所述上盖的后侧设有后盖。

进一步，所述上盖的后侧、所述隔板的后侧和所述培养仓的后侧均设有后侧定位孔，所述后侧定位孔通过螺栓与所述后盖的定位孔相连接。

进一步，所述后盖内设有控制电路，所述控制电路上设有磁吸插口，所述磁吸插口用于与外接电源或者所述摄像装置或者wifi模块相连接。

进一步，所述培养仓内设有分隔板，所述分隔板将所述培养仓分隔出培养区和制冷区，所述分隔板上设有所述散热装置和所述二氧化碳管道，所述二氧化碳管道一端延伸进所述培养区内，所述二氧化碳管道的另一端延伸出所述制冷区且该端管道上设有液压阀，所述温度传感器、所述湿度传感器、所述二氧化碳传感器和所述液压阀分别与所述PCB板相连。

进一步，所述培养区内设有可抽拉的托盘。

进一步，所述托盘设有把手、密封橡胶圈、透明材质的培养板和水槽，所述培养板的一端设有挡板，所述把手通过所述密封橡胶圈与所述挡板相连接，所述培养板上设有所述水槽。

进一步，所述散热装置包括散热风扇、散热片和加热片，所述加热片、所述散热片和所述散热风扇依次连接，所述散热风扇设置在所述分隔板靠近所述托盘的一侧，所述加热片与所述PCB板相连接。

进一步，所述摄像装置包括Z轴滑台、Y轴右滑台、Y轴左滑台、X轴右滑台、X轴左滑台、左相机、右相机、X轴左电机、Y轴左电机、Z轴电机、Y轴右电机和X轴右电机，所述Y轴右滑台和所述Y轴左滑台位于同一水平面且设置在所述Z轴滑台上，所述Z轴滑台上设有所述Z轴电机，所述X轴右滑台、所述X轴左滑台位于同一水平面且分别设置在所述Y轴右滑台上和所述Y轴左滑台上，所述Y轴左滑台上设有所述Y轴左电机，在所述Y轴右滑台上设有所述Y轴右电机，所述X轴右滑台上设有所述右相机和所述X轴右电机，所述X轴左滑台上设有所述左相机和所述X轴左电机。

本发明的有益效果为：

箱体通过温、湿度传感器和二氧化碳传感器对其内部环境进行监测，通过微芯片控制以上参数，以保证细胞培养环境的稳定。同时，在箱体内部设计有可以进行X、Y、Z三维调节的摄像装置，该摄像装置可对箱体内细胞进行连续观察，并通过无线网络将观察的信息发送给远端的实验人员，同时可通过无线网络对细胞培养环境参数进行改变，以满足特殊实验需求(如：高二氧化碳浓度实验，高温耐受实验等)。

本发明培养装置可以放置在超净台中使用，也可以配备锂电池实现短时间的细胞转移使用。

一个细胞培养箱可以满足一个实验人员的使用需求，这样可以最大限度的减少多人使用造成的污染，并降低了细菌感染细胞的可能性，最大限度的实现了细胞培养环境下的细胞状态监测。同时，用于观察的摄像装置和箱体进行分离，既可以实现24小时的细胞观测，又避免了摄像装置对培养环境的破坏和培养环境对电子设备的损伤。

摄像装置具有双相机，可以为对照实验提供方便，当需要对照和测试组同时观测时，两个相机可以同时工作，相同时间下对两个培养样品进行观测，使数据具有同时对比的意义，使实验数据更加可靠，减少不同时进行实验造成的环境影响误差。

本发明着眼最前沿的科研领域对仪器的需求，结合物联网技术，将传统的细胞培养和细胞观察需求进行整合，建立了一种更加实用的细胞培养和监测仪器。为相关领域科研工作提供了便利，将物联网技术更好的融入了科研一线产品中。

附图说明

图1是发明结构示意图；

图2是发明的右视图；

图3是A-A面剖视图；

图4是后盖结构示意图；

图5是发明培养仓结构示意图；

图6是托盘结构示意图；

图7是箱体的结构示意图；

图8是摄像装置的结构示意图；

图9是PT1000测温电路的示意图；

图10是NTC测温电路的示意图；

图11是湿度检测电路的示意图；

图12是电磁阀控制电路的示意图；

图13是TEC温度控制电路的示意图；

图14是电机驱动电路的示意图；

图15是摄像头模块接口的示意图；

图中：

1、上盖；2、隔板；3、培养仓；4、托盘；5、箱体；6、后盖；9、培养区；

16、卡扣；18、支撑柱；19、分隔板；22、把手；23、密封橡胶圈；24、水槽；

25、培养板；26、PCB板放置区域；27、磁吸插口；

28、后盖底盖；29、定位孔；30、制冷区；31、散热风扇；32、散热片；

33、加热片；34、二氧化碳管道；35、液压阀；36、温度传感器；37、湿度传感器；

38、二氧化碳传感器；39、螺栓；40、Z轴滑台；41、Y轴右滑台；42、Y轴左滑台；

43、X轴右滑台；44、X轴左滑台；45、左相机；46、右相机；47、支撑柱插孔；

48、卡槽；49、X轴左电机；50、Y轴左电机；51、Z轴电机；52、Y轴右电机；

53、X轴右电机。

具体实施方式

下面通过具体的实施例对本发明的技术方案作进一步的说明。

如图1所示，一种高内涵细胞观测培养装置，包括箱体5和培养仓3，箱体5的顶部设有培养仓3，箱体5的内部设有所述摄像装置，所述摄像装置位于培养仓3的下方用于对培养仓3内的培养情况进行拍摄。

如图5、图7所示培养仓3的底部设有支撑柱18和卡扣16，箱体5的顶部设有支撑柱插孔47和卡槽48，培养仓3和箱体5通过支撑柱18插入所述支撑柱插孔47内及所述卡扣插入卡槽48内实现固定。

如图1、图2、图3所示培养仓3的顶部设有上盖1，培养仓3与上盖1之间设有透明隔板2，培养仓3、隔板2和上盖1的后侧设有后盖6。

如图3所示，上盖1的后侧、隔板2的后侧和培养仓3的后侧均设有后侧定位孔，所述后侧定位孔通过螺栓39与后盖6的定位孔29相连接。

如图4所示，PCB板放置于后盖6内的PCB板放置区域26，后盖6底部的后盖底盖28内设有内置wifi模块，所述内置wifi模块与所述控制电路相连。

后盖6内设有控制电路，所述控制电路上设有磁吸插口27，磁吸插口27用于与外接电源或者所述摄像装置或者外接wifi模块相连接；

可以根据需要选择使用所述内置wifi模块还是外接wifi模块；

磁吸插口27与外接电源相连的情况：

当细胞需要快速较长距离转移，转移后可以保持细胞状态并在转移完成即刻就可以使用；或者在短暂时间内需要转移并在转移过程中会遇到不利于细胞存活的环境时，培养仓3可以单独使用来保证细胞转移过程中有一个利于细胞的稳定环境。此时，磁吸插口27是接外接移动电源(电池)的，用以保证培养仓3的系统在移动过程中正常工作，维持细胞正常环境。

在常规使用的时候，培养仓3的控制电路上会有一个12V的适配电源为其供电，这个电源和笔记本电源相同，将市电220V转成12V直流电，然后提供给控制电路及相关用电元器件使用。当移动的时候，无法提供220V市电接入，可通过磁吸插口27接上一个外接电池。

磁吸插口27与外接专用wifi模块相连的情况：

单独使用培养仓3，配合其它仪器，或者客户不需要使用摄像装置的时候，磁吸插口27可以接专用的外接wifi模块，完成培养仓3的参数设置，和环境监测情况与APP反馈。

磁性插口27与所述摄像装置相连的情况：

当使用整套设备的时候，磁吸插口27与下部的所述摄像装置相连接，为所述摄像装置提供电源，相关环境信息和设置信息由这个磁吸插口27传递给所述摄像装置的wifi模块，通过wifi传输出去。

如图4所示后盖6内设有控制电路，控制芯片、控制电路集成PT100测温电路、NTC测温电路、湿度检测电路、电磁阀控制电路、TEC温度控制电路、电机驱动电路和摄像头模块接口；摄像头模块接口与摄像装置的左相机45、右相机46相连，实现对温度、湿度和二氧化碳的数值处于正常范围内以及摄像头观察细胞生长状态；控制电路采用PCB板；

如图9，PT1000测温电路用来采集培养仓3的内部实时温度，精度高；

如图10，NTC测温电路采集散热片32的加热温度，防止加热温度太高；

如图11，湿度检测电路采集培养仓3内部湿度，确保适度处于正常范围；

如图12，电磁阀控制电路控制液压阀35的关闭/开启，从而控制二氧化碳气体的输入，确保二氧化碳浓度处于正常范围内；

如图13所示，TEC温度控制电路是通过温度控制确保培养仓3内的温度处于正常培养恒温状态；通过两个MOS管对加热片的正极和负极进行控制，当加热片正极通过MOS管接入电源正极，负极经过另一个MOS管接入电源地极，加热片开始加热，根据测温芯片对加热温度进行监测，反馈给控制芯片来控制加热的情况；当环境温度较高，为控制培养仓内温度，加热片正极通过MOS管接入电源地极，负极经过另一个MOS管接入电源正极，加热片开始制冷，根据测温芯片对加热温度进行监测，反馈给控制芯片来控制加热片的工作情况，该处的MOS管优选为IRF7309芯片，该处控制芯片型号为STM32F103VET6。

如图14，电机驱动电路通过控制X轴左电机49、Y轴左电机50、Z轴电机51、Y轴右电机52、X轴右电机53的移动从而实现控制左相机45、右相机46移动观察培养仓3各个位置的细胞状态。

如图15，摄像头模块接口，摄像头模块接口与左相机45、右相机46分别相连，使时刻采集细胞的生长情况，做到随时监测细胞状态。

如图5所示培养仓3内设有分隔板19，分隔板19将培养仓3分隔出培养区9和制冷区30，制冷区30用于给所述PCB板降温，分隔板19上设有所述散热装置和二氧化碳管道34，二氧化碳管道34一端延伸进培养区9内，二氧化碳管道34的另一端延伸出制冷区30且该端管道34上设有液压阀35，温度传感器36、湿度传感器37、二氧化碳传感器38和液压阀35，液压阀35与电磁阀控制电路相连，温度传感器36与PT100测温电路、TEC温度控制电路相连，湿度传感器37与湿度检测电路相连。所述散热装置包括散热风扇31、散热片32和加热片33，加热片33、散热片32和散热风扇31依次连接，加热片33靠近散热片32一面制热，散热风扇31设置在分隔板19靠近托盘4的一侧，加热片33与所述PCB板相连接。箱体5通过温度传感器36、湿度传感器37和二氧化碳传感器38对其内部环境进行监测，通过PCB板控制参数，以保证细胞培养环境的稳定。

温度调节过程：

采用加热片33，是一种热电半导体器件，通电后，一侧制冷，另一侧制热，制冷和制热的两侧可以通过电流的方向的改变而改变。由于正常环境下，室温是低于细胞培养温度的，所以在加热片33靠近制冷区30的一面为制冷面，靠近培养仓3的一面是制热面。

控制电路放在制冷面不远的地方，借助制冷面提供控制电路的制冷效果，更好的给控制电路一个工作环境温度。

在特殊情况下，由于室温过高，可能出现短暂的需要对细胞培养环境进行降温的时候，可以把加热片33的电流方向通过控制电路上的电路进行反向，就可以进行制冷，一般温差不会很大，所以即使培养仓33内进行制冷，外部变成制热面温度也不会比当时环境温度提高几度，控制电路也可以正常工作。优选地，加热片33型号为TEC1-12705。

培养区9内可抽拉的设有托盘4，如图6所示托盘4设有把手22、密封橡胶圈23、透明材质的培养板25和水槽24，培养板25的一端设有挡板，把手22通过密封橡胶圈23与所述挡板相连接，培养板25上设有水槽24，水槽24用于加湿。

培养板25可以为96孔板或供培养瓶放置，培养板25为透明材质方便摄像装置对培养板25上的培养过程进行拍摄；优选地，培养板25可以容纳2个25mL细胞培养瓶、一个96孔板或者相同体积的细胞培养容器。

如图8所示所述摄像装置包括Z轴滑台40、Y轴右滑台41、Y轴左滑台42、X轴右滑台43、X轴左滑台44、左相机45、右相机46、X轴左电机49、Y轴左电机50、Z轴电机51、Y轴右电机52和X轴右电机53，Y轴右滑台41和Y轴左滑台42位于同一水平面且设置在Z轴滑台40上，Z轴滑台40上设有Z轴电机51，X轴右滑台43、X轴左滑台44位于同一水平面且分别设置在Y轴右滑台41上和Y轴左滑台42上，Y轴左滑台42上设有Y轴左电机50，在Y轴右滑台41上设有Y轴右电机52，X轴右滑台43上设有右相机46和X轴右电机43，X轴左滑台44上设有左相机45和X轴左电机49。

同时，在箱体5内部设计有可以进行X、Y、Z三维调节的摄像装置，该摄像装置可对箱体5内细胞进行连续观察，并通过无线网络将观察的信息发送给远端的实验人员。

本发明培养装置可以放置在超净台中使用，也可以配备锂电池实现短时间的细胞转移使用。

一个细胞培养箱可以满足一个实验人员的使用需求，这样可以最大限度的减少多人使用造成的污染，并降低了细菌感染细胞的可能性，最大限度的实现了细胞培养环境下的细胞状态监测。同时，用于观察的摄像装置和箱体进行分离，既可以实现24小时的细胞观测，又避免了摄像装置对培养环境的破坏和培养环境对电子设备的损伤。

摄像装置为双摄像，可以为对照实验提供方便，当需要对照和测试组同时观测时，左相机45和右相机46可以同时工作，相同时间下对两个培养样品进行观测，使数据具有同时对比的意义，使实验数据更加可靠，减少不同时进行实验造成的环境影响误差。

工作过程：

将细胞培养容器放置于培养板25上，通过把手22将托盘4送入培养区9中，培养仓3通过温度传感器36、湿度传感器37和二氧化碳传感器38对培养区9的环境进行监测，通过所述PCB板进行调节各参数，以保证细胞培养环境的稳定；同时，在培养舱下部设计有可以进行X、Y、Z三维调节的摄像装置，该摄像装置可对培养舱内细胞进行连续观察，并通过无线网络将观察的信息发送给远端的实验人员。

以上对本发明的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。

Claims (10)

1.一种高内涵细胞观测培养装置，其特征在于：包括箱体和培养仓，所述箱体的顶部设有所述培养仓，所述箱体的内部设有所述摄像装置，所述摄像装置位于所述培养仓的下方用于对所述培养仓内的培养情况进行拍摄。

2.根据权利要求1所述的高内涵细胞观测培养装置，其特征在于：所述培养仓的底部设有支撑柱和卡扣，所述箱体的顶部设有所述支撑柱插孔和卡槽，所述培养仓和所述箱体通过所述支撑柱插入所述支撑柱插孔内及所述卡扣插入所述卡槽内实现固定。

3.根据权利要求2所述的高内涵细胞观测培养装置，其特征在于：所述培养仓的顶部设有上盖，所述培养仓与所述上盖之间设有透明隔板，所述培养仓、所述隔板和所述上盖的后侧设有后盖。

4.根据权利要求3所述的高内涵细胞观测培养装置，其特征在于：所述上盖的后侧、所述隔板的后侧和所述培养仓的后侧均设有后侧定位孔，所述后侧定位孔通过螺栓与所述后盖的定位孔相连接。

5.根据权利要求4所述的高内涵细胞观测培养装置，其特征在于：所述后盖内设有控制电路，所述控制电路上设有磁吸插口，所述磁吸插口用于与外接电源或者所述摄像装置或者wifi模块相连接。

6.根据权利要求3所述的高内涵细胞观测培养装置，其特征在于：所述培养仓内设有分隔板，所述分隔板将所述培养仓分隔出培养区和制冷区，所述分隔板上设有所述散热装置和所述二氧化碳管道，所述二氧化碳管道一端延伸进所述培养区内，所述二氧化碳管道的另一端延伸出所述制冷区且该端管道上设有液压阀，所述培养仓侧壁上设有所述温度传感器、所述湿度传感器和所述二氧化碳传感器，所述温度传感器、所述湿度传感器、所述二氧化碳传感器和所述液压阀分别与所述PCB板相连。

7.根据权利要求6所述的高内涵细胞观测培养装置，其特征在于：所述培养区内设有可抽拉的托盘。

8.根据权利要求7所述的高内涵细胞观测培养装置，其特征在于：所述托盘设有把手、密封橡胶圈、透明材质的培养板和水槽，所述培养板的一端设有挡板，所述把手通过所述密封橡胶圈与所述挡板相连接，所述培养板上设有所述水槽。

9.根据权利要求7所述的高内涵细胞观测培养装置，其特征在于：所述散热装置包括散热风扇、散热片和加热片，所述加热片、所述散热片和所述散热风扇依次连接，所述散热风扇设置在所述分隔板靠近所述托盘的一侧，所述加热片与所述PCB板相连接。

10.根据权利要求3所述的高内涵细胞观测培养装置，其特征在于：所述摄像装置包括Z轴滑台、Y轴右滑台、Y轴左滑台、X轴右滑台、X轴左滑台、左相机、右相机、X轴左电机、Y轴左电机、Z轴电机、Y轴右电机和X轴右电机，所述Y轴右滑台和所述Y轴左滑台位于同一水平面且设置在所述Z轴滑台上，所述Z轴滑台上设有所述Z轴电机，所述X轴右滑台、所述X轴左滑台位于同一水平面且分别设置在所述Y轴右滑台上和所述Y轴左滑台上，所述Y轴左滑台上设有所述Y轴左电机，在所述Y轴右滑台上设有所述Y轴右电机，所述X轴右滑台上设有所述右相机和所述X轴右电机，所述X轴左滑台上设有所述左相机和所述X轴左电机。

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