CN112646693A - 一种摇摆式细胞扩增培养系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种摇摆式细胞扩增培养系统，包括：固定座；位于所述固定座上方的加热装置；安装在所述固定座上，支撑所述加热装置并使得所述加热装置左右摇摆的摇摆机构；细胞培养袋；固定在所述加热装置上，用于放置所述细胞培养袋的保温箱体；安装在所述加热装置和所述保温箱体之间，用于监测细胞培养袋温度的温度监测装置；安装在所述固定座底部的多个称重装置；安装在所述固定座内，电连接所述加热装置、摇摆机构和温度监测装置的中央控制单元；安装在所述固定座内，与所述中央控制单元电连接的通讯控制单元；与所述通讯控制单元无线通讯的控制装置。能够使细胞和培养液充分混合，更有利于细胞扩增生长。
Description
技术领域
本发明涉及生物制药及细胞治疗技术领域，特别是涉及一种摇摆式细胞扩增培养系统。
背景技术
传统的细胞培养多是采用培养器皿置于培养箱中培养，对于温度控制和结构体积来说，都比较笨重，体积较大。另外大多数细胞需要在37℃环境下生长，稳定适宜的生长环境是细胞增殖扩增所需的，进而才可以满足细胞药物制备生产规范及工艺的要求，制备获得符合应用安全性及有效性要求的细胞产品。恒温的培养环境系统对于生物制药及细胞治疗技术来说尤为关键。在生物反应器及相关的细胞培养产品中都采用了很厚保温层或者是增加了结构复杂度的保温隔热设计。导致设备体积偏大，或者因为保温隔热性能的原因，造型受限不易美观。有些同类产品甚至放弃了保温隔热的设计。随着生物医药的发展，法规及操作对于研究生产工具的要求也越来越高,对传统培养模式的挑战越来越多。采用的摇摆方式培养就是一种创新的思路，通过摇摆提供低剪切力以获得充分的混合能力，可以提供温和的细胞培养微环境，这种方式将以有利于改善细胞状态，获取更好细胞生长效果，更高的表达量。
摇摆式培养所产生的波浪式运动能够提供良好的气液混合功能，也适用于各类贴壁细胞微载体的培养。培养可以从很小的接种体积开始，等到细胞密度足够高了以后，再加入新鲜的培养液。这样可以逐步放大工作体积，无需转移液体，同时科学的波浪产生了远远小于传统罐体中用搅拌或者气升式方法所产生的剪切力，使得这种方式同样适用于高密度细胞培养和针对病人的细胞治疗。另外摇摆式培养因为采用了无菌一次性系统的思路，可以提供一个十分理想的密闭式环境，甚至对于病毒生产也得到很好应用。初始阶段采用小体积培养，随后当细胞密度提高后，不断补充新鲜培养基实现扩增，使得接种后放大培养避免在不同容器间频繁转移，能够扩增放大，快速灵活，节省硬件设备投资。目前，为使加快产品上市，以摇摆式培养为核心的快速生产线，将成为多种单抗，疫苗等生物药物规模化生产的趋势。
发明内容
本发明的目的在于提供一种摇摆式细胞扩增培养系统，进行大容量培养或者采用一次性细胞反应袋培养细胞，提供摇摆、加热保温、称重功能，可提供恒温环境和温和细胞成长环境，使细胞和培养液充分混合，更有利于细胞扩增生长。
实现上述目的的技术方案是：
一种摇摆式细胞扩增培养系统，包括：
固定座；
位于所述固定座上方的加热装置；
安装在所述固定座上，支撑所述加热装置并使得所述加热装置左右摇摆的摇摆机构；
细胞培养袋；
固定在所述加热装置上，用于放置所述细胞培养袋的保温箱体；
安装在所述加热装置和所述保温箱体之间，用于监测细胞培养袋温度的温度监测装置；
安装在所述固定座底部的多个称重装置；
安装在所述固定座内，电连接所述加热装置、摇摆机构和温度监测装置的中央控制单元；
安装在所述固定座内，与所述中央控制单元电连接的通讯控制单元；以及
与所述通讯控制单元无线通讯的控制装置。
优选的，所述加热装置包括：
固定连接所述摇摆机构的托盘支撑铝板；
固定在所述托盘支撑/铝板上的电热毯；以及
固定在所述电热毯上的加热板；
所述保温箱体包括：
中间开设有用于容纳所述电热毯和所述加热板的通孔，固定在所述托盘支撑铝板上的托盘；
固定连接所述托盘支撑铝板的边沿的下罩壳；
连接所述下罩壳边沿，并开设有进口的上罩壳；以及
铰接连接所述上罩壳，用于罩住所述上罩壳的进口的翻盖；
所述温度监测装置包括：
固定在所述托盘支撑铝板中心位置，并且顶部穿过所述电热毯和所述加热板的温度传感器基座；
固定在所述温度传感器基座顶部的导热片；
固定在所述温度传感器基座内与所述导热片连接的温度传感器；以及
套在所述温度传感器基座侧壁，用于所述温度传感器基座分别与所述电热毯以及所述加热板隔热的隔热套。
优选的，所述摇摆机构包括：
安装在所述固定座表面的一对下支撑；
安装在所述加热装置底部，并与所述下支撑一一对应的两个上支撑；
将每个所述下支撑与对应所述上支撑相互轴接的销轴；
安装在所述固定座表面中间位置的安装座；
安装在所述安装座上，并且摇摆端连接所述加热装置底部的摆动电机；以及
顶部与所述加热装置底部连接，底部与所述安装座铰接的连接座。
优选的，所述称重装置包括：
连接所述固定座底部的支撑调节座；
位于所述支撑调节座内部的称重元件；
套在所述称重元件外，并连接所述称重元件下部的固定支撑座；
套在所述称重元件外，并连接所述固定支撑座的缓冲垫；
套在所述称重元件外，并连接所述缓冲垫的垫环；以及
固定连接所述支撑调节座和所述称重元件上部的一对紧定螺钉。
优选的，所述控制装置包括：
控制装置外壳；
安装在所述控制装置外壳上的PC触摸屏；
安装在所述控制装置外壳上的泵；
安装在所述控制装置外壳上的开关旋钮；
安装在所述控制装置外壳上的混合气体通气口；
安装在所述控制装置外壳上的压力检测口；以及
安装在所述控制装置外壳内，电连接所述PC触摸屏、泵和开关旋钮的外部控制单元。
优选的，所述摇摆机构还包括：安装在所述销轴两侧的所述上支撑上，用于对所述上支撑摆动角度进行限制的一对限位轴；
优选的，所述细胞培养袋包括：储液袋体，所述储液袋体设置有进气口、出气口、进料口、出料口、传感器接口和功能口；所述储液袋体相对的两侧边均安装有一对固定安装棒。
优选的，所述控制装置还包括：
安装在所述控制装置外壳内的PH(氢离子浓度指数)传感器和DO(溶解氧)传感器；
所述PH传感器和DO传感器连接所述外部控制单元；
所述PH传感器和DO传感器连接有光纤，光纤延伸出所述控制装置外壳外。
本发明的有益效果是：本发明能够进行大容量培养或者采用一次性细胞反应袋培养细胞，通过摇摆机构实现摇摆运动，精准的角度和速度匹配提供混合效率。紧凑节约空间，摆动电机结构工作过程中噪音及振动小，适合各类实验室，医院等场所适用。通过集成的传感器提供可靠的温度测量，中心温度传感器用于采集细胞反应袋温度，并将采集的中心温度数据实时传送至温度控制模块，通过与温度控制模块的实时温度信息传送，控制加热装置加热金属板，中心探头置于紫铜片中，较与传统的中心探头布置在不锈钢铠装内，提供了更好的导热效果，为了提升导热灵敏性，还可以采用镀金镀银的工艺。通过PH传感器，DO传感器和压力传感器。对细胞进行更好的扩增培养。保温箱体由特殊聚氨酯工艺制成，提供优良保温隔热性能。对比传统的采用隔热绝热材料，密封垫，海绵垫，硅胶垫，发泡聚氨酯板等。采用RIM反应注射聚氨酯工艺，同一个零件上可以使用不同的零件壁厚，零件表面不会产生缩痕，没有内应力，无变形，外形美观，通过密度控制，内部疏松有大量气泡，使得产品重量较轻，并整体提供了更好的保温性能。称重装置集成了高度调节元件，壳调节不同称重装置高度，确保重量均匀分散在不同的称重装置上。本发明称重装置集成缓冲装置，在摇床摆动过程中吸收因摇床摆动产生的冲击力，有效的减少摇床摆动的冲击造成的称重误差，称重的结果更准确。通过加热装置的加热方式对比培养箱的辐射式加热精度更高，加热效率更好。采用一次性细胞反应袋培养细胞具有无菌性，培养量大、效率高、操作安全等优点，可以解决传统容器所常见的污染、交叉污染等状况。在应用中培养基和接种细胞处于这样一个密封、无菌条件中，在精确的温度场环境里。细胞受到的影响和危害也大大减小，扩增和活率大大提高。
附图说明
图1是本发明的摇摆式细胞扩增培养系统的正面立体视图；
图2为本发明的摇摆式细胞扩增培养系统打开保温箱体盖的轴测视图；
图3为本发明的摇摆式细胞扩增培养系统打开保温箱体盖的正面视图；
图4为图3中B-B剖面视图；
图5为本发明中温度监测装置的结构示意图；
图6为本发明中摇摆机构的局部视图；
图7为本发明中称重装置的剖视图；
图8为本发明中控制装置的轴测视图；
图9为本发明中细胞培养袋示意图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明作进一步说明。
请参阅图1-9，本发明的摇摆式细胞扩增培养系统，包括：固定座7、加热装置、摇摆机构12、保温箱体、温度监测装置、称重装置28、中央控制单元、通讯控制单元27、控制装置。
加热装置位于固定座7上方。摇摆机构12安装在固定座7上，支撑加热装置并使得加热装置左右摇摆。保温箱体固定在加热装置上。
加热装置包括：托盘支撑铝板13、电热毯11、加热板10。保温箱体包括：托盘9、下罩壳8、上罩壳6、翻盖5。温度监测装置安装在加热装置和保温箱体之间，用于监测细胞培养袋温度。温度监测装置包括：温度传感器基座2、导热片1、温度传感器3、隔热套4。多个称重装置28安装在固定座7底部。中央控制单元安装在固定座7内，电连接加热装置、摇摆机构12和温度监测装置。通讯控制单元27安装在固定座7内，与中央控制单元电连接。控制装置与通讯控制单元27无线通讯。中央控制单元具体连接电热毯11、加热板10、摆动电机24、温度传感器3和称重元件29。
保温箱体由特殊聚氨酯工艺制成，提供优良保温隔热性能。对比传统的采用隔热绝热材料，密封垫，海绵垫，硅胶垫，发泡聚氨酯板等。采用RIM反应注射聚氨酯工艺，同一个零件上可以使用不同的零件壁厚，零件表面不会产生缩痕，没有内应力，无变形，外形美观，通过密度控制，内部疏松有大量气泡，使得产品重量较轻，并整体提供了更好的保温性能。
托盘支撑铝板13固定连接摇摆机构12。电热毯11固定在托盘支撑铝板13上。加热板10固定在电热毯11上。
托盘9中间开设有用于容纳电热毯11和加热板10的通孔，固定在托盘支撑铝板13上。下罩壳8固定连接托盘支撑铝板13的边沿。上罩壳6连接下罩壳8边沿，并开设有进口。翻盖5铰接连接上罩壳6，用于罩住上罩壳6的进口。
温度传感器基座2固定在托盘支撑铝板13中心位置，并且顶部穿过电热毯11和加热板10。导热片1固定在温度传感器基座2顶部。温度传感器3固定在所述温度传感器基座2内与导热片1连接。隔热套4套在温度传感器基座2侧壁，用于温度传感器基座2分别与电热毯11以及加热板10隔热。
控制装置包括：控制装置外壳38，安装在所述控制装置外壳38上的PC触摸屏35、泵36、开关旋钮37、混合气体通气口39和压力检测口40，安装在控制装置外壳38内的外部控制单元、PH传感器和DO传感器以及压力传感器。PH传感器和DO传感器连接外部控制单元；PH传感器和DO传感器连接有光纤，光纤延伸出控制装置外壳38外。外部控制单元电连接PC触摸屏35、泵36和开关旋钮37。压力传感器与压力检测口40相接。
摇摆机构12包括：一对下支撑20、两个上支撑22、销轴21、安装座25、摆动电机24和连接座26。称重装置28包括：支撑调节座34、称重元件29、固定支撑座30、缓冲垫31、垫环32、一对紧定螺钉33。一对下支撑20安装在固定座7表面。两个上支撑22安装在加热装置底部，并与下支撑20一一对应。销轴21将每个下支撑20与对应上支撑22相互轴接。安装座25安装在固定座7表面中间位置。摆动电机24安装在所述安装座25上，并且摇摆端连接加热装置底部。连接座26顶部与加热装置底部连接，底部与安装座25铰接。摇摆机构12还包括：安装在销轴21两侧的所述上支撑22上，用于对上支撑22摆动角度进行限制的一对限位轴23。
称重装置28包括：支撑调节座34、称重元件29、固定支撑座30、缓冲垫31、垫环32、一对紧定螺钉33。
支撑调节座34连接固定座7底部。称重元件29位于支撑调节座34内部的称重元件29。固定支撑座30套在称重元件29外，并连接称重元件29下部。缓冲垫31套在称重元件29外，并连接固定支撑座30。垫环32套在称重元件29外，并连接缓冲垫31。一对紧定螺钉33固定连接支撑调节座34和称重元件29上部。
细胞培养袋包括储液袋体41，所述储液袋体41设置有进气口42、出气口43、进料口45、出料口46、传感器接口47和功能口48；储液袋体41相对的两侧边均安装有一对固定安装棒44。
打开翻盖5，将细胞培养袋1L至100L，放于加热板10上进行固定，连接管路和培养相关工艺操作，开始进行培养，在培养的过程中，摇摆机构12正反转动，具体摆动电机24收到中央控制单元控制，而中央控制单元通过通讯控制单元27受到控制装置控制。使托盘支撑铝板13以上部分进行摇摆晃动，带动细胞培养袋内的被培养物产生波浪式运动能够提供良好的气液混合功能，适用于各类贴壁细胞微载体的培养。采用接触加热的方式对细胞反应袋进行加热。此加热方式对比培养箱的辐射式加热精度更高，加热效率更好。培养可以从很小的接种体积开始，等到细胞密度足够高了以后，再加入新鲜的培养液。这样可以逐步放大工作体积，同时科学的波浪产生了远远小于传统罐体中用搅拌或者气升式方法所产生的剪切力，这种方式适用于高密度细胞培养和针对病人的细胞治疗。细胞培养袋多为塑料材质，与加热板10良好接触，通过电热毯11提供加热，传热到加热板10，导热到细胞培养袋。全程培养过程导热片1都与细胞培养袋充分接触，温度实时通过导热片1，传递到温度传感器基座2上的温度传感器3上，通过中央控制单元温度和加热实时调节，达到恒温控制，整个保温箱体形成良好的密闭环境，并且形成良好的隔热保温条件。
称重装置28集成了高度调节元件，壳调节不同称重装置高度，确保重量均匀分散在不同的称重装置上。本发明称重装置集成缓冲装置，在摇床摆动过程中吸收因摇床摆动产生的冲击力，有效的减少摇床摆动的冲击造成的称重误差，称重的结果更准确。控制装置通过连接器连接到摇摆仪器。通入混合空气、O2和CO2气体，并且含有空气、O2和CO2配有质量流量计。控制装置可对多台仪器进行控制，也可以利用控制装置的泵对其中的一台仪器提供特殊的加酸、加碱、补料的功能，结合控制控制装置内置的PH传感器，DO传感器和压力传感器。对细胞进行更好的扩增培养。细胞培养在细胞培养袋内执行，细胞培养袋经过100％完整性测试和伽马射线辐射，保证了无菌性。一次性袋子只能使用一次。细胞培养袋是由多层的、透明的USP VI级塑料制成，具备很好的相容性。通过PH/DO传感器可实现复杂的过程控制。培养袋上有进出气口和进出料口及一些功能交互接口，比如传感器接口等。具体细胞培养袋上的进出气口和进出料口及一些功能交互接口不一定要和示意图位置一致，放置于袋表面均可。
PH和DO传感器是PH/DO检测及控制的重要单元，通过光纤连接传感器接口和仪器控制单元，进行数据实时传输实现精准测量及控制。PH/DO传感器的光学部分通过特殊的结构设计，插入到培养袋环境当中，确保传感器的电路和信号部分不接触培养基环境。传感器系统通过读取光缆光信号，可以实时监测培养袋的PH/DO值的变化。由于PH/DO系统分离设计为多个部分，插入细胞袋的光学部分设计为一次性使用并预灭菌，以保证生物处理的安全性和可靠性。
整体系统提供了细胞增殖扩增所需的稳定适宜的生长环境，进而可以满足细胞药物制备生产规范及工艺的要求，制备获得符合应用安全性及有效性要求的细胞产品。
以上实施例仅供说明本发明之用，而非对本发明的限制，有关技术领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以作出各种变换或变型，因此所有等同的技术方案也应该属于本发明的范畴，应由各权利要求所限定。
Claims (8)
1.一种摇摆式细胞扩增培养系统，其特征在于，包括：
固定座(7)；
位于所述固定座(7)上方的加热装置；
安装在所述固定座(7)上，支撑所述加热装置并使得所述加热装置左右摇摆的摇摆机构(12)；
细胞培养袋；
固定在所述加热装置上，用于放置所述细胞培养袋的保温箱体；
安装在所述加热装置和所述保温箱体之间，用于监测细胞培养袋温度的温度监测装置；
安装在所述固定座(7)底部的多个称重装置(28)；
安装在所述固定座(7)内，电连接所述加热装置、摇摆机构(12)和温度监测装置的中央控制单元；
安装在所述固定座(7)内，与所述中央控制单元电连接的通讯控制单元(27)；以及
与所述通讯控制单元(27)无线通讯的控制装置。
2.根据权利要求1所述的摇摆式细胞扩增培养系统，其特征在于，所述加热装置包括：
固定连接所述摇摆机构(12)的托盘支撑铝板(13)；
固定在所述托盘支撑/铝板(13)上的电热毯(11)；以及
固定在所述电热毯(11)上的加热板(10)；
所述保温箱体包括：
中间开设有用于容纳所述电热毯(11)和所述加热板(10)的通孔，固定在所述托盘支撑铝板(13)上的托盘(9)；
固定连接所述托盘支撑铝板(13)的边沿的下罩壳(8)；
连接所述下罩壳(8)边沿，并开设有进口的上罩壳(6)；以及
铰接连接所述上罩壳(6)，用于罩住所述上罩壳(6)的进口的翻盖(5)；
所述温度监测装置包括：
固定在所述托盘支撑铝板(13)中心位置，并且顶部穿过所述电热毯(11)和所述加热板(10)的温度传感器基座(2)；
固定在所述温度传感器基座(2)顶部的导热片(1)；
固定在所述温度传感器基座(2)内与所述导热片(1)连接的温度传感器(3)；以及
套在所述温度传感器基座(2)侧壁，用于所述温度传感器基座(2)分别与所述电热毯(11)以及所述加热板(10)隔热的隔热套(4)。
3.根据权利要求1所述的摇摆式细胞扩增培养系统，其特征在于，所述摇摆机构(12)包括：
安装在所述固定座(7)表面的一对下支撑(20)；
安装在所述加热装置底部，并与所述下支撑(20)一一对应的两个上支撑(22)；
将每个所述下支撑(20)与对应所述上支撑(22)相互轴接的销轴(21)；
安装在所述固定座(7)表面中间位置的安装座(25)；
安装在所述安装座(25)上，并且摇摆端连接所述加热装置底部的摆动电机(24)；以及
顶部与所述加热装置底部连接，底部与所述安装座(25)铰接的连接座(26)。
4.根据权利要求1所述的摇摆式细胞扩增培养系统，其特征在于，所述称重装置(28)包括：
连接所述固定座(7)底部的支撑调节座(34)；
位于所述支撑调节座(34)内部的称重元件(29)；
套在所述称重元件(29)外，并连接所述称重元件(29)下部的固定支撑座(30)；
套在所述称重元件(29)外，并连接所述固定支撑座(30)的缓冲垫(31)；
套在所述称重元件(29)外，并连接所述缓冲垫(31)的垫环(32)；以及
固定连接所述支撑调节座(34)和所述称重元件(29)上部的一对紧定螺钉(33)。
5.根据权利要求1所述的摇摆式细胞扩增培养系统，其特征在于，所述控制装置包括：
控制装置外壳(38)；
安装在所述控制装置外壳(38)上的PC触摸屏(35)；
安装在所述控制装置外壳(38)上的泵(36)；
安装在所述控制装置外壳(38)上的开关旋钮(37)；
安装在所述控制装置外壳(38)上的混合气体通气口(39)；
安装在所述控制装置外壳(38)上的压力检测口(40)；以及
安装在所述控制装置外壳(38)内，电连接所述PC触摸屏(35)、泵(36)和开关旋钮(37)的外部控制单元。
6.根据权利要求3所述的摇摆式细胞扩增培养系统，其特征在于，所述摇摆机构(12)还包括：安装在所述销轴(21)两侧的所述上支撑(22)上，用于对所述上支撑(22)摆动角度进行限制的一对限位轴(23)。
7.根据权利要求1所述的摇摆式细胞扩增培养系统，其特征在于，所述细胞培养袋包括：储液袋体(41)，所述储液袋体(41)设置有进气口(42)、出气口(43)、进料口(45)、出料口(46)、传感器接口(47)和功能口(48)；所述储液袋体(41)相对的两侧边均安装有一对固定安装棒(44)。
8.根据权利要求5所述的摇摆式细胞扩增培养系统，其特征在于，所述控制装置还包括：
安装在所述控制装置外壳(38)内的PH传感器和DO传感器；
所述PH传感器和DO传感器连接所述外部控制单元；
所述PH传感器和DO传感器连接有光纤，光纤延伸出所述控制装置外壳(38)外。
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