CN112779160B - 一种体外生命维持灌流培养系统及其控制方法 - Google Patents

一种体外生命维持灌流培养系统及其控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及体外生命培养技术领域，公开了一种体外生命维持灌流培养系统，包括：预混单元，其包括预混腔室，向预混腔室加入营养液和气体，在预混腔室内进行混合形成培养液；培养单元，其包括培养腔室，培养腔室与预混腔室连通，预混腔室内的培养液能够输送至培养腔室内，培养腔室用于盛放培养物，并培养培养物；显微观察模块，其包括载物台和观察组件，培养腔室放置在载物台上，载物台能够放置至少一个培养腔室，观察组件用于观察培养腔室内的培养物；显微观察模块还包括机架，载物台摆动地设置在机架上，且载物台能够带动培养腔室同步摆动。

Description

一种体外生命维持灌流培养系统及其控制方法
技术领域
本发明涉及体外生命培养技术领域，尤其涉及一种体外生命维持灌流培养系统及其控制方法。
背景技术
类器官作为一种3D细胞组织，在肿瘤药物的评价工具要药效评价方面具有相当高的准确率。目前，类器官的培养方式主要是孔板内的静态培养，操作人员将获得的原代样本剪碎，接着在低温下包被在基质胶中，之后加培养基放入培养箱培养，每周进行3次换液，每7-10天进行一次传代。这种培养模式存在诸多问题：第一，类器官生长速度慢，培养周期长，操作过程中需定期打开培养腔室进行人工换液，污染风险高；当培养样本增加时，会大大增加人力、设备、空间等成本投入。第二，培养板内的静态培养会导致类器官与培养基的交换不足，尤其是3D细胞组织的内部养分吸收不到，最终会限制类器官的生长，限制了类器官的生长程度和模拟人体器官的相似度。
为解决上述技术问题，现有技术所采用的是灌流培养，培养板内的培养液随时流出被排掉，但是这种灌流培养方式无法在培养过程中进行观察。。
因此，亟需一种体外生命维持灌流培养系统，以解决上述技术问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种体外生命维持灌流培养系统及其控制方法，其实现了培养物的灌流培养的同时，又可以实现了培养液的循环利用，提高了培养液的利用率，降低了培养成本。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
第一方面，提供一种体外生命维持灌流培养系统，包括：
预混单元，其包括预混腔室，向所述预混腔室加入营养液和气体，在所述预混腔室内进行混合形成培养液；
培养单元，其包括培养腔室，所述培养腔室与所述预混腔室连通，所述预混腔室内的培养液能够输送至所述培养腔室内，所述培养腔室用于盛放培养物，并培养所述培养物；
交换单元，其包括交换腔室和膜组件，所述交换腔室包括第一交换腔和第二交换腔，所述第一交换腔和所述第二交换腔之间设置有所述膜组件，且通过所述膜组件连通，所述第一交换腔与所述培养腔室连通，所述第一交换腔既能够接收所述培养腔室流出的培养液，又能够向所述培养腔室或所述预混腔室反流培养液，所述膜组件用于截留和/或透过培养液内的部分组份。
作为一种体外生命维持灌流培养系统的优选技术方案，所述预混单元还包括补液腔室，其与所述预混腔室相连通，用于向所述预混腔室内输送营养液，所述补液腔室能够向所述预混腔室内定向输送所述培养物所需的一种或多种组份。
作为一种体外生命维持灌流培养系统的优选技术方案，所述第一交换腔上设置有第一接口和第二接口，所述第一接口与所述培养腔室连通，所述第二接口与所述预混腔室和/或所述培养腔室连通；
所述第一交换腔能够通过所述第一接口接收所述培养腔室流出的培养液，所述第一交换腔能够通过第二接口向所述培养腔室和/或所述预混腔室反流培养液。
作为一种体外生命维持灌流培养系统的优选技术方案，还包括动力单元，所述预混腔室和所述培养腔室之间设置有所述动力单元；和/或，
所述培养腔室和所述第一接口之间设置有所述动力单元；和/或，
所述培养腔室或所述预混腔室与所述第二接口之间设置有所述动力单元。
第二方面，提供一种体外生命维持灌流培养系统，包括：
预混单元，其包括预混腔室，向所述预混腔室加入营养液和气体，在所述预混腔室内进行混合形成培养液；
培养单元，其包括培养腔室，所述培养腔室与所述预混腔室连通，所述预混腔室内的培养液能够输送至所述培养腔室内，所述培养腔室用于盛放培养物，并培养所述培养物；
交换单元，其包括交换腔室和膜组件，所述交换腔室包括第一交换腔和第二交换腔，所述第一交换腔和所述第二交换腔之间设置有所述膜组件，且通过所述膜组件连通，所述培养腔室和所述预混腔室均与所述第一交换腔相连通，所述第一交换腔既能够接收所述培养腔室流出的培养液，又能够向所述预混腔室和/或所述培养腔室输送所述培养液，所述膜组件用于截留和/或透过培养液内的部分组份；
补液单元，其与所述第二交换腔相连通，用于向所述第二交换腔输送营养液，所述补液单元能够向所述第二交换腔内定向输送所述培养物所需的一种或多种组份，所述营养液内至少部分组份能够透过所述膜组件渗透至所述第一交换腔内。
作为一种体外生命维持灌流培养系统的优选技术方案，所述第一交换腔上设置有第一接口和第二接口，所述第一接口与所述培养腔室连通，所述第二接口与所述预混腔室和/或所述培养腔室连通；
所述培养腔室内的培养液能够经所述第一接口流向所述第一交换腔，所述第一交换腔内的培养液能够经第二接口流向所述预混腔室和/或所述培养腔室。
作为一种体外生命维持灌流培养系统的优选技术方案，还包括动力单元，所述预混腔室和所述培养腔室之间设置有所述动力单元，所述培养腔室和所述第一接口之间设置有所述动力单元，所述预混腔室与所述第二接口之间和/或所述培养腔室与所述第二接口之间设置有所述动力单元。
作为一种体外生命维持灌流培养系统的优选技术方案，还包括收集单元，所述收集单元与所述第二交换腔连通，用于收集所述第二交换腔内的液体。
作为一种体外生命维持灌流培养系统的优选技术方案，所述预混单元、所述培养腔室、所述交换单元和所述收集单元至少其中之一为一次性耗材。
作为一种体外生命维持灌流培养系统的优选技术方案，所述培养腔室为多个，多个所述培养腔室均与所述预混腔室相连通；
每一个所述培养腔室均连接有一个所述交换单元，或所有的所述培养腔室均连接于一个所述交换单元。
第三方面，提供一种体外生命维持灌流培养系统，包括：
预混单元，其包括预混腔室，向所述预混腔室加入营养液和气体，在所述预混腔室内进行混合形成培养液；
培养单元，其包括培养腔室，所述培养腔室与所述预混腔室连通，所述预混腔室内的培养液能够输送至所述培养腔室内，所述培养腔室用于盛放培养物，并培养所述培养物；
温控单元，其包括制冷组件和温度控制模块，所述制冷组件与所述温度控制模块电连接，所述温度控制模块用于控制所述制冷组件冷却所述培养腔室至第一预设温度，所述第一预设温度为培养物支撑结构的液化温度；
所述培养腔室上设置取样口，所述取样口用于待所述培养物支撑结构液化后将所述培养物取出。
作为一种体外生命维持灌流培养系统的优选技术方案，所述温控单元还包括制热组件，所述制热组件与所述温度控制模块电连接，所述温度控制模块用于控制所述制热组件加热所述培养腔室和/或所述预混腔室。
作为一种体外生命维持灌流培养系统的优选技术方案，所述制热组件包括多个制热片，所述制冷组件包括多个制冷片，多个所述制热片间隔设置，多个所述制冷片间隔设置，相邻两个所述制热片之间设置有一个所述制冷片，相邻两个制冷片之间设置有一个制热片，所述制热片的能量能够传递至所述制冷片。
作为一种体外生命维持灌流培养系统的优选技术方案，所述温控单元还包括温度检测件，其与所述温度控制模块电连接，所述温度检测件用于检测所述培养腔内的所述培养液的温度。
第四方面，提供一种体外生命维持灌流培养系统，包括：
预混单元，其包括预混腔室，向所述预混腔室加入营养液和气体，在所述预混腔室内进行混合形成培养液；
培养单元，其包括培养腔室，所述培养腔室与所述预混腔室连通，所述预混腔室内的培养液能够输送至所述培养腔室内，所述培养腔室用于盛放培养物，并培养所述培养物；
显微观察模块，其包括载物台和观察组件，所述培养腔室放置在所述载物台上，所述载物台能够放置至少一个所述培养腔室，所述观察组件用于观察所述培养腔室内的培养物；
所述显微观察模块还包括机架，所述载物台摆动地设置在所述机架上，且所述载物台能够带动所述培养腔室同步摆动。
作为一种体外生命维持灌流培养系统的优选技术方案，所述显微观察模块还包括自动进样器和进样轨道，所述自动进样轨道设置在所述机架上，所述自动进样器滑动地设置在所述进样轨道上，所述自动进样器用于向所述培养腔室加样。
第五方面，提供一种体外生命维持灌流培养系统，包括：
预混单元，其包括预混腔室，向所述预混腔室加入营养液和气体，在所述预混腔室内进行混合形成培养液；
培养单元，其包括培养腔室，所述培养腔室与所述预混腔室连通，所述预混腔室内的培养液能够输送至所述培养腔室内，所述培养腔室用于盛放培养物，并培养所述培养物；
无菌控制模块，其包括无菌工作室、过滤组件和灭菌组件，至少所述培养腔室设置在所述无菌工作室内，所述过滤组件用于过滤通入所述无菌工作室内的气体，所述灭菌组件用于对所述无菌工作室灭菌。
作为一种体外生命维持灌流培养系统的优选技术方案，所述预混单元还包括pH探测件、溶氧探测件和信号探测器，所述pH探测件和溶氧探测件均设置在所述预混腔室内，所述信号探测器能够感测所述pH探测件和所述溶氧探测件反馈的信号，以得到所述预混腔室内培养液的pH值和溶氧量。
作为一种体外生命维持灌流培养系统的优选技术方案，所述pH探测件为pH电极片，所述溶氧探测件为溶氧电极片；
所述pH电极片设置在所述预混腔室的内壁上或所述预混腔室内，所述溶氧探测件设置在所述预混腔室的内壁上或浸于所述预混腔室内的液体内。
作为一种体外生命维持灌流培养系统的优选技术方案，所述预混单元还包括气体预混控制单元，其与所述预混腔室相连通，用于向所述预混腔室内输送气体。
作为一种体外生命维持灌流培养系统的优选技术方案，所述预混腔室为多个，所述气体预混控制单元为一个，所述气体预混控制单元同时与多个所述预混腔室相连通，能够控制多个所述预混腔室内的气体浓度。
作为一种体外生命维持灌流培养系统的优选技术方案，所述培养单元还包括混匀模块，其用于摇晃所述培养腔室内的培养液。
第六方面，提供一种体外生命维持灌流培养系统的控制方法，其针对如上所述的体外生命维持灌流培养系统，包括如下步骤：
检测所述培养腔室培养物所需组份的浓度和/或确定所述培养物的生长情况，根据所检测的浓度和/或所确定的所述培养物的生长情况控制所述预混腔室向所述培养腔室输送培养液的速度。
第七方面，提供一种体外生命维持灌流培养系统的控制方法，其针对如上所述的体外生命维持灌流培养系统，包括如下步骤：
检测所述培养腔室培养液中培养物所需组份的浓度和/或确定所述培养物的生长情况，根据所检测的浓度和/或所确定的所述培养物的生长情况控制所述预混腔室向培养腔室输送培养液的速度及所述补液单元向所述第二交换腔输送营养液的速度。
本发明的有益效果：
培养腔室设置在载物台上，观察组件观察培养腔室内的培养物，可以及时得知培养物的生长状况，可以依此对培养液及培养物等进行调整；载物台(801)能够带动培养腔室同步摆动，可以使培养液和培养物接触更充分，提高培养效率。
再者，预混腔室内的培养液可以输送至培养腔室内，培养腔室内的培养液既可以流出至第一交换腔内，第一交换腔内的培养液又可以反流至培养腔或预混腔室内，实现了培养物的灌流培养。膜组件可以将培养液中培养物生长所需的部分组份截留在第一交换腔内，培养液中培养物代谢产生的废物可以透过膜组件渗透至第二交换腔内，第一交换腔内的培养液可以反流至培养腔室内供培养物继续使用，也即实现了培养液的循环利用，提高了培养液的利用率，降低了培养成本。
再者，预混腔室内的培养液可以输送至培养腔室内，培养腔室内的培养液既可以流出至第一交换腔内，第一交换腔内的培养液又可以反流至预混腔室内，实现了培养液的循环，进而实现了培养物的灌流培养。膜组件可以将培养液中培养物生长所需的部分组份截留在第一交换腔内，培养液中培养物代谢产生的废物可以透过膜组件渗透至第二交换腔内，第一交换腔内的培养液可以反流至预混腔室，然后输送至培养腔室内供培养物继续使用，也即实现了培养液的循环利用，提高了培养液的利用率，降低了培养成本。而且，补液单元向第二交换腔提供的营养液，营养液内的至少部分组份能够透过所述膜组件渗透至第一交换腔内，可以根据培养液内的组份的消耗情况定向向补充组份，减少了营养液的使用量，降低了培养成本。
而且，气体预混控制单元可以向预混腔室内通入气体，实现培养液溶氧浓度的调节；温控单元可以控制预混腔室和培养腔室的温度，通过加入营养液的量的大小和碱液来调节培养液的pH值，在预混腔室内可以控制培养液的温度、pH值和溶氧浓度，使该系统摆脱了二氧化碳培养箱的束缚，可任意扩大培养的规模。
附图说明
图1是本发明实施例一提供的体外生命维持灌流培养系统的结构示意图；
图2是本发明实施例一提供的温控单元设置形式的结构示意图一；
图3是本发明实施例一提供的温控单元设置形式的结构示意图二；
图4是本发明实施例一提供的制热组件和制冷组件的结构示意图；
图5是本发明实施例一提供的显微观察模块的结构示意图一；
图6是本发明实施例一提供的显微观察模块的结构示意图二；
图7是本发明实施例一提供的显微观察模块的结构示意图三；
图8是本发明实施例一提供的无菌控制模块的结构示意图；
图9是本发明实施例三提供的显微观察模块的结构示意图一；
图10是本发明实施例三提供的显微观察模块的结构示意图二；
图11是本发明实施例四提供的体外生命维持灌流培养系统的结构示意图；
图12是本发明实施例五提供的体外生命维持灌流培养系统的结构示意图；
图13是本发明实施例六提供的体外生命维持灌流培养系统的结构示意图。
图中：1、预混单元；101、预混腔室；102、pH探测件；103、溶氧探测件；104、补液腔室；105、气体预混控制单元；
2、培养腔室；201、加样口；202、取样口；3、交换单元；301、膜组件；302、第一交换腔；303、第二交换腔；
4、收集单元；5、动力单元；6、温控单元；61、制热片；62、制冷片；63、温度检测件；7、混匀模块；
8、显微观察模块；801、载物台；802、机架；803、物镜；804、目镜；805、第一机械轨道；806、第二机械轨道；807、相机；808、连接部；809、自动进样器；810、进样轨道；
9、无菌控制模块；901、无菌工作室；902、进气扇；903、过滤组件；904、灭菌组件。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“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。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。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
实施例一
如图1所示，本实施例公开了一种体外生命维持灌流培养系统，其包括预混单元1、培养单元、交换单元3、收集单元4及动力单元5。
其中，预混单元1、培养单元的培养腔室2、交换单元3和收集单元4至少其中之一为一次性耗材，在使用一次之后被作为废弃物进行处理，可以保证灌流培养过程中的卫生条件，避免因预混单元1、培养腔室2、交换单元3和收集单元4被污染，而影响正常的灌流培养。
预混单元1包括预混腔室101、补液腔室104和气体预混控制单元105，营养液内包含培养基、因子、药物及酶等培养物生长所需的营养物质。补液腔室104与预混腔室101相连通，补液腔室104内存储营养液，补液腔室104用于向预混腔室101内输送营养液。根据需要可以在补液腔室104和预混腔室101之间设置有动力单元5，使用动力单元5将补液腔室104内的营养液按照使用需求输送至预混腔室101内。
气体预混控制单元105与预混腔室101相连通，用于向预混腔室101内输送气体(具体包括氧气、二氧化碳和氮气等)。通过补液腔室104和气体预混控制单元105向预混腔室101加入营养液和气体，通入的营养液和气体在预混腔室101内进行混合形成培养液。通入的氧气可以增加培养液的溶氧量，使之满足培养物的生长需求；通入的二氧化碳降低调节培养液的pH值，使之满足培养物的生长需求。作为优选，本实施例中，预混腔室101和气体预混控制单元105均为一个，在其它实施例中，预混腔室101为多个，气体预混控制单元105为一个，气体预混控制单元105同时与多个预混腔室101相连通，能够控制多个预混腔室101内的气体浓度，具体控制预混腔室101内的培养液的溶氧浓度。
优选地，预混单元1还包括pH探测件102、溶氧探测件103和信号探测器，pH探测件102和溶氧探测件103均设置在预混腔室101内，
信号探测器能够感测pH探测件102和溶氧探测件103的信号，对感测的信号进行计算分析得到预混腔室101内培养液的pH值和溶氧量。随着预混腔室101内的pH值和溶氧量的变化，pH探测件102和溶氧探测件103所探测的信号会改变，具体地，pH探测件102和溶氧探测件103的光信号会改变，信号探测器会定期接收pH探测件102和溶氧探测件103表面的光信号，以获得数据反馈，根据反馈的数据计算得到pH值和溶氧量。信号探测器能够将所探测的信息反馈至补液腔室104和气体预混控制单元105，如果溶氧量过高，则使补液腔室104向预混腔室101内输送更多的营养液进行稀释，以降低预混腔室101内培养液的溶氧量；如果溶氧量过低，则使气体预混控制单元105向预混腔室101内通入氧气，以增加预混腔室101内培养液的溶氧量。如果pH值过高，则控制气体预混控制单元105通入二氧化碳，以降低预混腔室101内培养液的pH值；如果pH值过低，则控制补液腔室104向预混腔室101内输送更多的营养液进行稀释或者向预混腔室101内通入碱液，以提高预混腔室101内培养液的pH值。
具体地，pH探测件102为pH电极片，溶氧探测件103为溶氧电极片，二者均为贴片材料；pH电极片设置在预混腔室101的内壁上或预混腔室101内，溶氧探测件103设置在预混腔室101的内壁上或预混腔室101内。
预混腔室101上还设置有排气口，其可以排出预混腔室101内的气体，保证预混腔室101气压的稳定性。预混腔室101内设置有搅拌组件，搅拌组件可以搅动预混腔室101内的液体使之混合均匀，以及使气体充分地浸入到液体内。预混腔室101上还设置有加碱口，可以通过加碱口向预混腔室101内加入碱液，以调节预混腔室101内培养液的pH值。
在预混腔室101将营养液与氧气等预混形成培养液，并通过控制相应变量(如pH值和溶氧量)使得营养液与氧气等混合形成的培养液更适合培养物的生长，可以充分地向培养物提供生长所需养分的。相对于现有技术中直接向培养腔室通入营养液和氧气等，节省了复杂的管路、阀门及探测件的设计，降低了系统成本。
培养单元包括培养腔室2，培养腔室2与预混腔室101连通，预混腔室101内的培养液能够输送至培养腔室2内。根据预混腔室101和培养腔室2的相对设置位置以及培养液的输送速度和输送量的需求可以决定是否在预混腔室101和培养腔室2之间设置动力单元5，使用动力单元5将预混腔室101内的培养液输送至培养腔室2内。作为优选，本实施例中，培养腔室2为一个，即一个预混腔室101对应一个培养腔室。在其它实施例中，培养腔室2为多个，多个培养腔室2均与预混腔室101相连通，即多个培养腔室2并联连接，既可以每一个培养腔室2均连接有一个交换单元3，又可以所有的培养腔室2均连接于一个交换单元，或者是几个培养腔室2供应一个交换单元3。其可以同时培养多个培养物，便于在后续试验过程中保证培养物的一致性，可以保证试验结果对比的准确性。
培养腔室2用于盛放培养物，并培养培养物。具体地，培养腔室2上设置有加样口201和取样口202。可以通过加样口201将培养物加入培养腔室2内。而且还可以根据实验需求在培养过程中通过加样口201向培养腔室2内加入生长因子、药物等促进或抑制培养物的生长，也可在培养完成成向体系内加入酶、基质胶处理试剂、染色试剂等，用来收集、处理或表征培养物。通过取样口202可以在培养过程中取培养物或培养液样本进行分析。
交换单元3包括交换腔室和膜组件301，交换腔室包括第一交换腔302和第二交换腔303，第一交换腔302和第二交换腔303之间设置有膜组件301，且通过膜组件301连通，第一交换腔302既能够接收培养腔室2流出的培养液，又能够向培养腔室2反流培养液，膜组件301用于截留和/或透过培养液内的部分组份。具体地，膜组件301可以将培养液中培养物所需的营养成分截留在第一交换腔302内，比如，血清、生长因子和酶等，第一交换腔302内培养物生长产生的代谢物，比如尿素、二氧化碳等可以透过膜组件301渗透至第二交换腔303内，然后由第二交换腔303排出。
设置交换单元3和膜组件301可以使在实现灌流培养的同时，将培养液内有用的组份截留，并反流至培养腔室2内供再次吸收利用，提高了培养液的利用率，降低了培养成本。将交换单元3设置在培养腔室2外，使膜组件301的有效面积可以设置得更大结构更灵活，进而提高交换效率。
收集单元4与第二交换腔303连通，用于收集第二交换腔303内的培养液。根据第二交换腔303和收集单元4的相对设置位置以及培养液的输送速度和输送量的需求可以决定是否在第二交换腔303和收集单元4之间设置动力单元5，作为优选，本实施例中，收集单元4和第二交换腔303之间设置有动力单元5，动力单元5用于将第二交换腔303内的培养液输送至收集单元4内。
具体地，第一交换腔302上设置有第一接口和第二接口，第一接口和第二接口均与培养腔室2连通。第一交换腔302能够通过第一接口接收培养腔室2流出的培养液，第一交换腔302能够通过第二接口向培养腔室2反流培养液。作为优选，本实施例中，培养腔室2和第一接口之间及培养腔室2和第二接口之间均设置有动力单元5。培养腔室2和第一接口之间的动力单元5可以将培养腔室2内的培养液经第一接口输送至第一交换腔302内；培养腔室2和第二接口之间的动力单元5可以将第一交换腔302内的培养液经第二接口输送至培养腔室2内。
由于培养过程中培养液中各个组份的消耗速度不一，本实施例的方案可通过补液腔室104定向增加一种或多种组份，保证各个组份均衡的同时减少整体换液步骤，降低成本，降低培养物污染几率。补液腔室104向预混腔室101补液，然后再由预混腔室101向培养腔室2输送营养液；因此，补液腔室104中营养液的浓度、组分不必调配得与培养物所需的培养液的浓度和组份相同，补液腔室104的体积可以做得更小。同时，预混腔室101灌流速度可以更高而无需担忧由于灌流速度的提升而过快地消耗培养液，提高了培养效率，增加了可以培养的培养物的种类。
具体地，可以检测培养腔室2流出的培养液组分的浓度，针对性地通过补液腔室104补充。浓度检测可以采用取样检测，也可以采用原位检测的方式(如红外光谱技术、荧光检测技术)。优选地，本实施例采用荧光检测技术。系统还可以设置自动加样模块，基于上述的浓度检测结果自动添加营养组分至补液腔室104中。
优选地，培养单元还包括温控单元6，温控单元6用于控制预混腔室101和培养腔室2的温度，具体可以加热预混腔室101和培养腔室2，使之预混腔室101内的培养液和培养腔室2内的培养液的温度升至培养物适合生长的生理温度，以进行培养物的培养；在温度过高时可以冷却预混腔室101和培养腔室2，使之温度降低，以使预混腔室101培养腔室2内的培养液的温度降至培养物适合生长的生理温度，以进行培养物的培养。在培养结束之后，需要进行基质胶去除并收集培养物时，温控单元6可以控制培养腔室2内的培养液的温度至第一预设温度，其中第一预设温度为培养物支撑结构的液化温度，待培养物支撑结构液化后可以通过取样口202将培养物取出。培养物支撑结构形成培养物的网络支撑，利于培养物的3D生长。培养物支撑结构包括但不仅限于基质胶(2-8度液化)、人工合成凝胶(室温25度液化)。
具体地，温控单元6包括制热组件、制冷组件和温度控制模块，制热组件和制冷组件均与温度控制模块电连接，温度控制模块用于控制制热组件加热培养腔室2，还用于控制制冷组件冷却培养腔室2。
预混腔室101和培养腔室2的外壁上均设置有制热组件和制冷组件，制热组件包括多个制热片61，制热片61设置在培养腔室2的外壁上。制热片61具体可以是以是透明加热板、金属加热板、半导体加热板、加热毯或加热片等。制冷组件包括多个制冷片62，制冷片62设置在培养腔室2的外壁上，制冷片62具体可以为半导体制冷片62，也可以是其他制冷材料。
制热片61和制冷片62可以分别位于培养腔室2的不同位置，比如：如图2所示，制热片61位于培养腔室2底部，制冷片62位于培养腔室2侧面；或者是，如图3所示，制热片61位于培养腔室2侧面，制冷片62位于培养腔室2底部。当然，制热片61和制冷片62也可以位于培养腔室2的相同位置，比如，二者均位于培养腔室2的相同的侧面或底部。
作为优选，本实施例中，如图4所示，制热片61和制冷片62位于培养腔室2相同的侧面或底壁上。具体地，多个制热片61间隔设置，多个制冷片62间隔设置，相邻两个制热片61之间设置有一个制冷片62，相邻两个制冷片62之间设置有一个制热片61，而且，制热片61和与其相邻的制冷片62紧密接触，制冷片62和与其相邻的制热片61紧密接触，可以使制热片61的能量能够传递至制冷片62。制热片61和制冷片62均由导热性能良好的材料加工而成，结构上加工成可镶嵌结构，可以使制热片61嵌于制冷片62之间，制冷片62嵌于制热片61之间。
需要对培养腔室2加热升温时，制热片61在温度控制模块的控制下加热至指定温度，由于制冷片62为导热材料，且制热片61的热量可以传递至制冷片62，在对培养腔室2加热的同时加热制冷片62，制冷片62的温度迅速升至指定温，然后由制热片61和制冷片62共同加热培养腔室2。需要对培养腔室2冷却降温时，制冷片62在温度控制模块的控制下降温至指定温度，由于制热片61为导热材料，且制热片61的热量可以传递至制冷片62，制冷片62对培养腔室2冷却降温的同时对制热片61降温，使之温度迅速降至指定温度，然后由制冷片62和制热片61共同冷却培养腔室2。
制热片61和制冷片62交错设置，且可以传递热量，可以使二者共同加热和冷却培养腔室2，增大了热交换面积，提高了热交换效率。
温控单元6还包括温度检测件63，其具体可以为温度传感器。温度检测件63与温度控制模块电连接，温度检测件63可以设置在培养腔室2的内壁上，也可以设置在培养腔室2的外壁上，用于检测培养腔内的培养液的温度，并将检测值反馈至温度控制模块，温度控制模块根据温度检测件63所检测的温度值与实际所需要的设定值进行比较，以控制制热组件加热温度培养腔室2或控制制冷组件冷却培养腔室2。
预混腔室101上的制热组件、制冷组件及温度检测件63的结构和设置方式与培养腔室2的相同，在此不再做详细叙述。
可选地，继续参照图1，培养单元还包括混匀模块7，混匀模块7具体为机械摇晃机构，其用于摇晃培养腔室2内的培养液，具体通过摇晃培养腔室2，以摇晃培养腔室2内的培养液，为培养液和培养物提供更加充分的交换机会。混匀模块7的摇晃幅度及速度可以与向培养腔室2内输送培养液的速度相配合，比如，较高的培养液输送速度能够促进培养液与培养物的交换机会，但会造成培养液过分消耗。较低的培养液输送速度配合大幅度的机械摇晃，可以同时达到更新培养液和增加营养液与培养物交换机会，促进营养物质交换的目的。
可选地，如图5和图6所示，培养单元还包括显微观察模块8，其包括载物台801和观察组件，培养腔室2放置在载物台801上，具体地培养腔室2放置在混匀模块7上，混匀模块7放置在载物台801上。载物台801能够放置至少一个培养腔室2，本实施例中载物台801上设置有一个放置工位，混匀模块7放置在放置工位上；在其它实施例中，载物台801上设置有多个放置工位(具体参照图7)，每个放置工位上均可放置一个混匀模块7。
观察组件用于观察培养腔室2内的培养物，具体地，观察组件包括物镜803、目镜804和相机807(具体为CCD或CMOS相机)。显微观察模块8还包括机架802，物镜803设置在机架802上，其能够沿竖直方向运动，目镜804也设置在机架802上，通过目镜804可以观察培养腔室2内的培养物。
机架802上设置有第一机械轨道805，在第一机械轨道805上滑动地设置有第二机械轨道806，其中第一机械轨道805和第二机械轨道806相互垂直设置，且均位于水平面内。载物台801滑动地设置在第二机械轨道806上，通过载物台801相对于第二机械轨道806滑动及第二机械轨道806相对于第一机械轨道805滑动可以实现载物台801在水平面内任意位置的调节，以便于物镜803正对观察室，使用目镜804聚焦到培养腔室2内的培养物，观察培养物。在观察过程中如需记录图像数据，可以使用相机807拍照记录图像数据。
优选地，如图7所示，显微观察模块8还包括自动进样器809和进样轨道810，其中自动进样轨道810设置在机架802上，自动进样器809滑动地设置在进样轨道810上，由进样驱动件驱动自动进样器809在进样轨道810上滑动，以进行进样工作。自动进样器809主要用于在培养腔室2内需要加入培养物、试剂或药物等时，使用自动进样器809加样，避免人工加样，保证了培养腔室2的卫生条件，使培养物不易被污染。
可选地，如图8所示，体外生命维持灌流培养系统还包括无菌控制模块9，其包括无菌工作室901、过滤组件903和灭菌组件904，至少培养腔室2设置在无菌工作室901内，本实施例中，预混单元1、培养单元、交换单元3、收集单元4及动力单元5等均设置在无菌工作室901内，即培养物的培养系统除无菌控制模块9外的部分全部位于无菌工作室901内。
无菌工作室901设置有通风口，过滤组件903设置在通风口处，且在通风口上设置有进气扇902，通过进气扇902向无菌工作室901内通入气体，过滤组件903用于过滤通入无菌工作室901内的气体，使粉尘杂志等无法进入无菌工作室901内。灭菌组件904用于对无菌工作室901灭菌杀毒，具体地，灭菌组件904为紫外灯，其设置在进气口处，灭菌组件904既可以为无菌工作室901内进行灭菌，还可以对通入无菌工作室901内的气体进行灭菌，其可以避免有菌的气体进入到无菌工作室901内。
本实施例还公开了一种体外生命维持灌流培养系统的控制方法，其针对上述的体外生命维持灌流培养系统，包括如下步骤：
检测培养腔室2内培养液中培养物所需各个组份的浓度和/或确定培养物的生长情况，根据所检测的浓度和/或所确定的培养物的生长情况控制预混腔室101向培养腔室2输送培养液的速度,同时还控制补液腔室104向预混腔室1内输送营养液的速度以及控制气体预混控制单元105向预混腔室101内输送气体的速度。
实施例二
本实施例公开了一种体外生命维持灌流培养系统，包括预混单元1、培养单元、交换单元3、收集单元4及动力单元5。
本实施例中的体外生命维持灌流培养系统，与实施例一中的体外生命维持灌流培养系统的结构基本相同，不同之处在于，培养单元不包括温控单元6和混匀单元，本实施例中的培养单元还包括混匀控温模块，其用于控制培养腔室2的温度并摇晃培养腔室2内的培养液。
其中混匀控温模块包括机械摇晃机构和控温组件，机械摇晃机构设置安装面。控温组件用于控制培养腔室2的温度，具体可以加热预混腔室101和培养腔室2，使之预混腔室101内的培养液和培养腔室2内的培养液的温度升至培养物适合生长的生理温度，以进行培养物的培养；在培养结束之后，需要进行基质胶去除并收集培养物时，控温组件可以使培养腔室2内的培养液下降至培养液内的基质胶液化温度，以便收集培养物。具体地，控温组件包括制热组件、制冷组件和温度控制模块，制热组件和制冷组件均与温度控制模块电连接，温度控制模块用于控制制热组件加热培养腔室2，还用于控制制冷组件冷却培养腔室2。
制热组件包括多个制热片61，制热片61设置在培养腔室2的外壁上。制热片61具体可以是以是透明加热板、金属加热板、半导体加热板、加热毯或加热片等。制冷组件包括多个制冷片62，制冷片62设置在培养腔室2的外壁上，制冷片62具体可以为半导体制冷片62，也可以是其他制冷材料。具体地，多个制热片61间隔设置，多个制冷片62间隔设置，相邻两个制热片61之间设置有一个制冷片62，相邻两个制冷片62之间设置有一个制热片61，而且，制热片61和与其相邻的制冷片62紧密接触，制冷片62和与其相邻的制热片61紧密接触，可以使制热片61的能量能够传递至制冷片62。制热片61和制冷片62均由导热性能良好的材料加工而成，结构上加工成可镶嵌结构，可以使制热片61嵌于制冷片62之间，制冷片62嵌于制热片61之间。制热片61和制冷片62依次排布在安装面上，主要用于加热或冷却培养腔室2的底面，进而对培养腔室2内的培养液进行控温。
需要对培养腔室2加热升温时，制热片61在温度控制模块的控制下加热至指定温度，由于制冷片62为导热材料，且制热片61的热量可以传递至制冷片62，在对培养腔室2加热的同时加热制冷片62，制冷片62的温度迅速升至指定温，然后由制热片61和制冷片62共同加热培养腔室2。需要对培养腔室2冷却降温时，制冷片62在温度控制模块的控制下降温至指定温度，由于制热片61为导热材料，且制热片61的热量可以传递至制冷片62，制冷片62对培养腔室2冷却降温的同时对制热片61降温，使之温度迅速降至指定温度，然后由制冷片62和制热片61共同冷却培养腔室2。
制热片61和制冷片62交错设置，且可以传递热量，可以使二者共同加热和冷却培养腔室2，增大了热交换面积，提高了热交换效率。
控温组件还包括温度检测件63，其具体可以为温度传感器。温度检测件63与温度控制模块电连接，温度检测件63可以设置在培养腔室2的内壁上，也可以设置在培养腔室2的外壁上，用于检测培养腔内的培养液的温度，并将检测值反馈至温度控制模块，温度控制模块根据温度检测件63所检测的温度值与实际所需要的设定值进行比较，以控制制热组件加热温度培养腔室2或控制制冷组件冷却培养腔室2。
实施例三
本实施例公开了一种体外生命维持灌流培养系统，包括预混单元1、培养单元、交换单元3、收集单元4及动力单元5。
本实施例中的体外生命维持灌流培养系统，与实施例一中的体外生命维持灌流培养系统的结构基本相同，不同之处在于，本实施例中的培养单元不包括混匀模块7，且显微观察单元的结构也不一样。如图9所示，本实施例中的显微观察模块8包括载物台801、观察组件和机架802，培养腔室2放置在载物台801上，载物台801摆动地设置在机架802上，摆动载物台801能够摇晃培养腔室2内的培养液。
培养腔室2放置在载物台801上，培养腔室2放置在载物台801上。载物台801能够放置至少一个培养腔室2，本实施例中载物台801上设置有一个放置工位，培养腔室2放置在放置工位上；在其它实施例中，载物台801上设置有多个放置工位，每个放置工位上均可放置一个培养腔室2。
观察组件用于观察培养腔室2内的培养物，具体地，观察组件包括物镜803、目镜804和相机807(具体为CCD相机)。显微观察模块8还包括机架802，物镜803设置在机架802上，其能够沿竖直方向运动，目镜804也设置在机架802上，通过目镜804可以观察培养腔室2内的培养物。
机架802上设置有第一机械轨道805，在第一机械轨道805上滑动地设置有第二机械轨道806，其中第一机械轨道805和第二机械轨道806相互垂直设置，且均位于水平面内。载物台801的底部安装有连接部808，连接部808上设置有转动轴，载物台801与转动轴转动连接，载物台801能够相对连接部808摆动，连接部808滑动地设置在第二机械轨道806上，能够沿第二机械轨道806的长度方向滑动。该显微观察模块8还包括驱动件，其输出端连接于载物台801，用于驱使载物台801摇晃，以摇晃培养腔室2内的培养液。为培养液和培养物提供更加充分的交换机会。载物台801的摇晃幅度及速度可以与向培养腔室2内输送培养液的速度相配合，比如，较高的培养液输送速度能够促进培养液与培养物的交换机会，但会造成培养液过分消耗。较低的培养液输送速度配合大幅度的机械摇晃，可以同时达到更新培养液和增加营养液与培养物交换机会，促进营养物质交换的目的。
通过载物台801相对于第二机械轨道806滑动及第二机械轨道806相对于第一机械轨道805滑动可以实现载物台801在水平面内任意位置的调节，以便于物镜803正对观察室，使用目镜804聚焦到培养腔室2内的培养物，观察培养物。在观察过程中如需记录图像数据，可以使用相机807拍照记录图像数据。在观察过程中可以摇晃载物台801，使培养物处于比较好的观察状态，以便于进行观察。
如图10所示，优选地，显微观察模块8还包括自动进样器809和进样轨道810，其中自动进样轨道810设置在机架802上，自动进样器809滑动地设置在进样轨道810上，由进样驱动件驱动自动进样器809在进样轨道810上滑动，以进行进样工作。自动进样器809主要用于在培养腔室2内需要加入培养物、试剂或药物等时，使用自动进样器809加样，避免人工加样，保证了培养腔室2的卫生条件，使培养物不易被污染。
实施例四
如图11所示，本实施例公开了一种体外生命维持灌流培养系统，包括预混单元1、培养单元、交换单元3、收集单元4及动力单元5。
本实施例中的体外生命维持灌流培养系统，与实施例一中的体外生命维持灌流培养系统的结构基本相同，不同之处在于，第一交换腔302不直接向培养腔室2反流培养液，而是直接向预混腔室101反流培养液，并在第一交换腔302和预混腔室101之间设置动力单元5，使用动力单元5将第二交换腔302内的培养液输送至预混腔室101内。
实施例五
如图12所示，本实施例公开了一种体外生命维持灌流培养系统，其包括预混单元1、培养单元、交换单元3、补液单元11、收集单元4及动力单元5。
其中，预混单元1、培养单元的培养腔室2、交换单元3和收集单元4至少其中之一为一次性耗材，在使用一次之后被作为废弃物进行处理，可以保证灌流培养过程中的卫生条件，避免因预混单元1、培养腔室2、交换单元3和收集单元4被污染，而影响正常的灌流培养。
预混单元1包括预混腔室101和气体预混控制单元105，培养液内包含培养基、因子、药物及酶等培养物生长所需的营养物质。气体预混控制单元105与预混腔室101相连通，用于向预混腔室101内输送气体(具体包括氧气、二氧化碳和氮气等)。预混腔室101可以接收营养液，具体接收营养液的方式在后续进行介绍，此处不再祥叙。通过气体预混控制单元105向预混腔室101加入气体，通入的营养液和气体在预混腔室101内进行混合形成培养液。通入的氧气可以增加培养液的溶氧量，使之满足培养物的生长需求；通入的二氧化碳降低调节培养液的pH值，使之满足培养物的生长需求。作为优选，本实施例中，预混腔室101和气体预混控制单元105均为一个，在其它实施例中，预混腔室101为多个，气体预混控制单元105为一个，气体预混控制单元105同时与多个预混腔室101相连通，能够控制多个预混腔室101内的气体浓度，具体控制预混腔室101内的培养液的溶氧浓度。
优选地，信号探测器能够感测pH探测件102和溶氧探测件103的信号，对感测的信号进行计算分析得到预混腔室101内培养液的pH值和溶氧量。随着预混腔室101内的pH值和溶氧量的变化，pH探测件102和溶氧探测件103所探测的信号会改变，具体地，pH探测件102和溶氧探测件103的光信号会改变，信号探测器会定期接收pH探测件102和溶氧探测件103表面的光信号，以获得数据反馈，根据反馈的数据计算得到pH值和溶氧量。信号探测器能够将所探测的信息反馈至气体预混控制单元105，如果溶氧量过低，则使气体预混控制单元105向预混腔室101内通入氧气，以增加预混腔室101内培养液的溶氧量。如果pH值过高，则控制气体预混控制单元105通入二氧化碳，以降低预混腔室101内培养液的pH值。如果pH值过低，则预混腔室101内通入碱液，以提高预混腔室101内培养液的pH值。
具体地，pH探测件102为pH电极片，溶氧探测件103为溶氧电极片，二者均为贴片材料；pH电极片设置在预混腔室101的内壁上或预混腔室101内，溶氧探测件103设置在预混腔室101的内壁上或预混腔室101内。
预混腔室101上还设置有排气口，其可以排出预混腔室101内的气体，保证预混腔室101气压的稳定性。预混腔室101内设置有搅拌组件，搅拌组件可以搅动预混腔室101内的液体使之混合均匀，以及使气体充分地浸入到液体内。预混腔室101上还设置有加碱口，可以通过加碱口向预混腔室101内加入碱液，以调节预混腔室101内培养液的pH值。
在预混腔室101将营养液与氧气等预混形成培养液，并通过控制相应变量(如pH值和溶氧量)使得营养液与氧气等混合形成的培养液更适合培养物的生长，可以充分地向培养物提供生长所需养分的。相对于现有技术中直接向培养腔室通入营养液和氧气等，节省了复杂的管路、阀门及探测件的设计，降低了系统成本。
培养单元包括培养腔室2，培养腔室2与预混腔室101连通，预混腔室101内的培养液能够输送至培养腔室2内。根据预混腔室101和培养腔室2的相对设置位置以及培养液的输送速度和输送量的需求可以决定是否在预混腔室101和培养腔室2之间设置有动力单元5，使用动力单元5将预混腔室101内的培养液输送至培养腔室2内。作为优选，本实施例中，培养腔室2为一个，即一个预混腔室101对应一个培养腔室。在其它实施例中，培养腔室2为多个，多个培养腔室2均与预混腔室101相连通，即多个培养腔室2并联连接，既可以每一个培养腔室2均连接有一个交换单元3，又可以所有的培养腔室2均连接于一个交换单元，或者是几个培养腔室2供应一个交换单元3。其可以同时培养多个培养物，便于在后续试验过程中保证培养物的一致性，可以保证试验结果对比的准确性。
培养腔室2用于盛放培养物，并培养培养物。具体地，培养腔室2上设置有加样口201和取样口202。可以通过加样口201将培养物加入培养腔室2内。而且还可以根据实验需求在培养过程中通过加样口201向培养腔室2内加入生长因子、药物等促进或抑制培养物的生长，也可在培养完成成向体系内加入酶、基质胶处理试剂、染色试剂等，用来收集、处理或表征培养物。通过取样口202可以在培养过程中取培养物或培养液样本进行分析。
交换单元3包括交换腔室和膜组件301，交换腔室包括第一交换腔302和第二交换腔303，第一交换腔302和第二交换腔303之间设置有膜组件301，且通过膜组件301连通，膜组件301用于截留和/或透过培养液内部分组份。具体地，膜组件301可以将第一交换腔302内的培养液内有用的组份截留在第一交换腔302内，比如，血清、生长因子和酶等，第一交换腔302内培养物生长产生的代谢物，比如尿素、二氧化碳等可以透过膜组件301渗透至第二交换腔303内，然后由第二交换腔303排出。
培养腔室2和预混腔室101均与第一交换腔302相连通，第一交换腔302既能够接收培养腔室2流出的培养液，又能够向预混腔室101反流培养液，具体地，第一交换腔302上设置有第一接口和第二接口，第一接口与培养腔室2连通，第二接口与预混腔室101相连通。第一交换腔302能够通过第一接口接收培养腔室2流出的培养液，第一交换腔302能够通过第二接口向预混腔室101反流培养液。作为优选，本实施例中，培养腔室2和第一接口之间及预混腔室101和第二接口之间均设置有动力单元5。培养腔室2和第一接口之间的动力单元5可以将培养腔室2内的培养液经第一接口输送至第一交换腔302内；预混腔室101和第二接口之间的动力单元5可以将第一交换腔302内的培养液经第二接口输送至预混腔室101内。
设置交换单元3和膜组件301可以使在实现灌流培养的同时，可以将培养液内有用的组份截留，并反流至预混腔室101，然后在输送至培养腔室2内供再次吸收利用，提高了培养液的利用率，降低了培养成本。将交换单元3设置在培养腔室2外，使膜组件301的有效面积可以设置得更大结构更灵活，进而提高交换效率。
收集单元4与第二交换腔303连通，用于收集第二交换腔303内的培养液。根据第二交换腔303和收集单元4的相对设置位置以及培养液的输送速度和输送量的需求可以决定是否在第二交换腔303和收集单元4之间设置有动力单元5，作为优选，本实施例中，收集单元4和第二交换腔303之间设置有动力单元5，使用动力单元5来将第二交换腔303内的培养液输送至收集单元4。
补液单元11与第二交换腔303相连通，用于向第二交换腔303输送营养液，第二交换腔303内的营养液内至少部分组份能够透过膜组件301渗透至第一交换腔302内。根据第二交换腔303和补液单元11的相对设置位置以及营养液的输送速度和输送量的需求可以决定是否在补液单元11和第二交换腔303之间设置有动力单元5，作为优选，本实施例中，补液单元11与第二交换腔303之间设置有动力单元5，使用动力单元5来向第二交换腔303内输送营养液。营养液的浓度比第一交换腔302内的培养液的浓度大，二者之间的浓度差可以驱使营养液中的组份透过膜组件301运动至第一交换腔302内，然后再输送至预混腔室101内营养液，在预混腔室101内营养液和气体混合形成培养液。
由于培养过程中培养液中各个组份的消耗速度不一，本实施例的方案可通过补液单元11定向增加一种或多种组份，保证各个组份均衡的同时减少整体换液步骤，降低成本，降低培养物污染几率。补液单元11向第二交换腔303补液，然后再由第一交换腔302向培养腔室2输送营养液；因此，补液单元11中营养液的浓度、组分不必调配得与培养物所需的培养液的浓度和组份相同，补液单元11的体积可以做得更小。同时，预混腔室101灌流速度可以更高而无需担忧由于灌流速度的提升而过快地消耗培养液，提高了培养效率，增加了可以培养的培养物的种类。
具体地，可以检测培养腔室2流出的培养液组分的浓度，针对性地通过补液单元11补充。浓度检测可以采用取样检测，也可以采用原位检测的方式(如红外光谱技术、荧光检测技术)。优选地，本实施例采用荧光检测技术。系统还可以设置自动加样模块，基于上述的浓度检测结果自动添加营养组分至补液单元11中。
优选地，培养单元还包括温控单元6和显微观察模块8，温控单元6和显微观察模块8与实施例一中的温控单元6和显微观察模块8结构相同，在此不再详细叙述。
可选地，体外生命维持灌流培养系统还包括无菌控制模块9，无菌控制模块9与实施例一中的无菌控制模块9结构相同，在此不再详细叙述。
本实施例还公开了一种体外生命维持灌流培养系统的控制方法，其针对上述的体外生命维持灌流培养系统，包括如下步骤：
检测培养腔室内2培养液中培养物所需组份的浓度和/或确定培养物的生长情况，根据所检测的浓度和/或所确定的培养物的生长情况控制预混腔室101向培养腔室2输送培养液的速度及补液单元11向第二交换腔303输送营养液的速度。
实施例六
如图13所示，本实施例公开了一种体外生命维持灌流培养系统，其包括预混单元1、培养单元、交换单元3、补液单元11、收集单元4及动力单元5。
本实施例中的体外生命维持灌流培养系统，与实施例一中的体外生命维持灌流培养系统的结构基本相同，不同之处在于，第一交换腔302不直接向预混腔室101反流培养液，而是直接向培养腔室2反流培养液，并在第一交换腔302和培养腔室2之间设置动力单元5，使用动力单元5将第二交换腔302内的培养液输送至培养腔室2内。此时，预混腔室101也一直向培养腔室2输送培养液，持续向培养腔室2内输送培养物生长所需的气体。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为了清楚说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种体外生命维持灌流培养系统，其特征在于，包括：
预混单元(1)，其包括预混腔室(101)，向所述预混腔室(101)加入营养液和气体，在所述预混腔室(101)内进行混合形成培养液；
培养单元，其包括培养腔室(2)，所述培养腔室(2)与所述预混腔室(101)连通，所述预混腔室(101)内的培养液能够输送至所述培养腔室(2)内，所述培养腔室(2)用于盛放培养物，并培养所述培养物；
显微观察模块(8)，其包括载物台(801)和观察组件，所述培养腔室(2)放置在所述载物台(801)上，所述载物台(801)能够放置至少一个所述培养腔室(2)，所述观察组件用于观察所述培养腔室(2)内的培养物；
所述显微观察模块(8)还包括机架(802)，所述载物台(801)摆动地设置在所述机架(802)上，且所述载物台(801)能够带动所述培养腔室(2)同步摆动；
所述显微观察模块(8)还包括自动进样器(809)和进样轨道(810)，所述自动进样轨道(810)设置在所述机架(802)上，所述自动进样器(809)滑动地设置在所述进样轨道(810)上，所述自动进样器(809)用于向所述培养腔室(2)加样；
交换单元(3)，其包括交换腔室和膜组件(301)，所述交换腔室包括第一交换腔(302)和第二交换腔(303)，所述第一交换腔(302)和所述第二交换腔(303)之间设置有所述膜组件(301)，且通过所述膜组件(301)连通，所述第一交换腔(302)与所述培养腔室(2)连通，所述第一交换腔(302)既能够接收所述培养腔室(2)流出的培养液，又能够向所述培养腔室(2)或所述预混腔室(101)反流培养液，所述膜组件(301)用于截留和/或透过培养液内的部分组份；
所述载物台(801)的摇晃幅度和速度与向所述培养腔室(2)内输送培养液的速度相配合；
补液单元(11)，所述补液单元(11)与所述第二交换腔(303)相连通，用于向所述第二交换腔(303)输送营养液，所述第二交换腔(303)内的营养液内至少部分组份能够透过所述膜组件(301)渗透至所述第一交换腔(302)内。
2.根据权利要求1所述的体外生命维持灌流培养系统，其特征在于，所述预混单元(1)还包括补液腔室(104)，其与所述预混腔室(101)相连通，用于向所述预混腔室(101)内输送营养液，所述补液腔室(104)能够向所述预混腔室(101)内定向输送所述培养物所需的一种或多种组份。
3.根据权利要求1所述的体外生命维持灌流培养系统，其特征在于，还包括收集单元(4)，所述收集单元(4)与所述第二交换腔(303)连通，用于收集所述第二交换腔(303)内的液体。
4.根据权利要求3所述的体外生命维持灌流培养系统，其特征在于，所述预混单元(1)、所述培养腔室(2)、所述交换单元(3)和所述收集单元(4)至少其中之一为一次性耗材。
5.根据权利要求1所述的体外生命维持灌流培养系统，其特征在于，所述培养腔室(2)为多个，多个所述培养腔室(2)均与所述预混腔室(101)相连通；
每一个所述培养腔室(2)均连接有一个所述交换单元(3)，或所有的所述培养腔室(2)均连接于一个所述交换单元。
6.根据权利要求1所述的体外生命维持灌流培养系统，其特征在于，还包括：
无菌控制模块(9)，其包括无菌工作室(901)、过滤组件(903)和灭菌组件(904)，至少所述培养腔室(2)设置在所述无菌工作室(901)内，所述过滤组件(903)用于过滤通入所述无菌工作室(901)内的气体，所述灭菌组件(904)用于对所述无菌工作室(901)灭菌。
7.根据权利要求1所述的体外生命维持灌流培养系统，其特征在于，所述预混单元(1)还包括pH探测件(102)、溶氧探测件(103)和信号探测器，所述pH探测件(102)和溶氧探测件(103)均设置在所述预混腔室(101)内，所述信号探测器能够感测所述pH探测件(102)和所述溶氧探测件(103)反馈的信号，以得到所述预混腔室(101)内培养液的pH值和溶氧量。
8.根据权利要求7所述的体外生命维持灌流培养系统，其特征在于，所述pH探测件(102)为pH电极片，所述溶氧探测件(103)为溶氧电极片；
所述pH电极片设置在所述预混腔室(101)的内壁上或所述预混腔室(101)内，所述溶氧探测件(103)设置在所述预混腔室(101)的内壁上或浸于所述预混腔室(101)内的液体内。
9.根据权利要求1所述的体外生命维持灌流培养系统，其特征在于，所述预混单元(1)还包括气体预混控制单元(105)，其与所述预混腔室(101)相连通，用于向所述预混腔室(101)内输送气体。
10.根据权利要求9所述的体外生命维持灌流培养系统，其特征在于，所述预混腔室(101)为多个，所述气体预混控制单元(105)为一个，所述气体预混控制单元同时与多个所述预混腔室(101)相连通，能够控制多个所述预混腔室(101)内的气体浓度。
11.一种体外生命维持灌流培养系统的控制方法，其特征在于，其针对如权利要求1-10中任一项所述的体外生命维持灌流培养系统，包括如下步骤：
检测所述培养腔室(2)培养物所需组份的浓度和/或确定所述培养物的生长情况，根据所检测的浓度和/或所确定的所述培养物的生长情况控制所述预混腔室(101)向所述培养腔室(2)输送培养液的速度。
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