CN113046240A - 具有评价功能的细胞培养装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了具有评价功能的细胞培养装置及方法，所述细胞培养装置包括细胞培养模块，所述细胞培养模块包括箱体、第一组培养瓶和参数调节单元，所述箱体具有隔离门；移动模块用于将所述细胞培养模块内的培养瓶选择性地移出箱体，以及将分样模块的第二组培养瓶移动到所述箱体内；第一输送模块用于将移出所述箱体的培养瓶中的细胞选择性地输送到分样模块中的第二组培养瓶和评价模块，以及根据评价模块的评价结果，将培养瓶中的细胞输送到分装模块；分样模块包括第二组培养瓶；分装模块包括多个血袋；评价模块包括单细胞捕获单元和多细胞容纳单元，以及检测单细胞的第一检测单元和检测多细胞容纳单元内多细胞的第二检测单元。本发明具有自动化等优点。

Description

具有评价功能的细胞培养装置及方法
技术领域
本发明涉及细胞培养，特别涉及具有评价功能的细胞培养装置及方法。
背景技术
细胞培养(cell culture)是指在体外模拟体内环境(无菌、适宜温度、酸碱度和一定营养条件等)，使之生存、生长、繁殖并维持主要结构和功能的一种方法。细胞培养也叫细胞克隆技术，在生物学中的正规名词为细胞培养技术。不论对于整个生物工程技术，还是其中之一的生物克隆技术来说，细胞培养都是一个必不可少的过程，细胞培养本身就是细胞的大规模克隆。细胞培养技术可以由一个细胞经过大量培养成为简单的单细胞或极少分化的多细胞，这是克隆技术必不可少的环节，而且细胞培养本身就是细胞的克隆。细胞培养技术是细胞生物学研究方法中重要和常用技术，通过细胞培养既可以获得大量细胞，又可以借此研究细胞的信号转导、细胞的合成代谢、细胞的生长增殖等。
随着细胞被广泛使用，用于细胞培养的试剂和技术也得到了发展，但也随之出现了诸如细胞拿取错误和交叉污染等问题。解决该问题的方法为智能细胞培养，但是目前真正的智能细胞培养系统及设备并不是很完善。且为了能够进行稳定的细胞培养并得到准确结果，经常会在培养细胞的关键点取出部分细胞，借助流式细胞仪或细胞计数仪人为评价，根据评价结果手动调整细胞培养参数。
发明内容
为解决上述现有技术方案中的不足，本发明提供了一种具有评价功能的细胞培养装置。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
具有评价功能的细胞培养装置，所述具有评价功能的细胞培养装置包括细胞培养模块，所述细胞培养模块包括箱体、第一组培养瓶和参数调节单元，所述箱体具有隔离门；所述具有评价功能的细胞培养装置还包括：
移动模块，所述移动模块用于将所述细胞培养模块内的培养瓶选择性地移出箱体，以及将分样模块的第二组培养瓶移动到所述箱体内；
第一输送模块，所述第一输送模块用于将移出所述箱体的培养瓶中的细胞选择性地输送到分样模块中的第二组培养瓶和评价模块，以及将培养瓶中的细胞输送到分装模块的血袋中；
分样模块，所述分样模块包括第二组培养瓶；
分装模块，所述分装模块包括多个血袋；
评价模块，所述评价模块包括单细胞捕获单元和多细胞容纳单元，以及检测单细胞的第一检测单元和检测多细胞容纳单元内多细胞的第二检测单元。
本发明的另一目的在于提供了应用上述细胞培养装置的具有评价功能的细胞培养方法，该发明目的是通过以下技术方案得以实现的：
具有评价功能的细胞培养方法，所述具有评价功能的细胞培养方法包括以下步骤：
(A1)移动模块将细胞培养模块内的培养瓶选择性地移出箱体；
(A2)所述培养瓶内的细胞被输送到分样模块内的多个另设培养瓶，以及评价模块内；
(A3)评价模块获得细胞参数，所述细胞参数包括细胞密度、细胞携带物质信号强度、细胞活力、细胞形态、细胞粘附率或细胞分化率；
(A4)根据所述细胞密度以及所述另设培养瓶内溶液质量调整注入所述另设培养瓶的细胞培养液的质量；
(A5)将另设培养瓶移动到所述细胞培养模块内，并根据需要地调整工作参数；
(A6)细胞传代完成后，将细胞培养模块内的培养瓶选择性地移出箱体；
将该培养瓶中的细胞输送到血袋中。
与现有技术相比，本发明具有的有益效果为：
1.培养效率高；
培养瓶的移动、细胞的输送、评价以及工作参数的调整均是自动化实现，无需人工手动介入，提高了细胞培养效率，杜绝了细胞拿取错误和交叉污染等问题；
提供了全新的细胞评价功能，避免了人为在细胞培养的关键点取出细胞(无需人工打开细胞培养模块取出细胞)，并再进行非常复杂的处理，获取细胞参数，解放双手，提高了效率；
2.准确性好；
根据评价结果，实时优化工作参数以及将评价结果与血袋一一对应，不仅可以避免人为评价的差异性，还可以避免了人为参数设定的差异性，可以获取较高质量的血液；
单细胞捕获单元的设计，有助于快速、准确地捕获单个细胞，提高了单细胞参数检测的准确性。
附图说明
参照附图，本发明的公开内容将变得更易理解。本领域技术人员容易理解的是：这些附图仅仅用于举例说明本发明的技术方案，而并非意在对本发明的保护范围构成限制。图中：
图1是根据本发明实施例的具有评价功能的细胞培养装置的结构示意图；
图2是根据本发明实施例的具有评价功能的细胞培养方法的流程图。
具体实施方式
图1-2和以下说明描述了本发明的可选实施方式以教导本领域技术人员如何实施和再现本发明。为了解释本发明技术方案，已简化或省略了一些常规方面。本领域技术人员应该理解源自这些实施方式的变型或替换将在本发明的范围内。本领域技术人员应该理解下述特征能够以各种方式组合以形成本发明的多个变型。由此，本发明并不局限于下述可选实施方式，而仅由权利要求和它们的等同物限定。
实施例1：
图1示意性地给出了本发明实施例1的具有评价功能的细胞培养装置的结构图，如图1所示，所述具有评价功能的细胞培养装置包括：
细胞培养模块，所述细胞培养模块包括箱体、第一组培养瓶和参数调节单元，所述箱体具有隔离门；所述箱体、第一组培养瓶和参数调节单元是本领域的现有技术；
移动模块，如利用机械臂抓取和移动培养瓶，所述移动模块用于将所述细胞培养模块内的培养瓶选择性地移出箱体，以及将分样模块的第二组培养瓶移动到所述箱体内；
第一输送模块，所述第一输送模块用于将移出所述箱体的培养瓶中的细胞选择性地输送到分样模块中的第二组培养瓶和评价模块，以及将(移出箱体或处于箱体内的)培养瓶中的细胞输送到分装模块，如将移出所述箱体的培养瓶中的细胞选择性地输送到分装模块内的各个血袋；
分样模块，所述分样模块包括第二组培养瓶；
分装模块，所述分装模块包括多个血袋；
评价模块，所述评价模块包括单细胞捕获单元和多细胞容纳单元，以及检测单细胞的第一检测单元和检测多细胞容纳单元内多细胞的第二检测单元。
为了获得移出所述箱体的培养瓶中细胞参数，进一步地，所述第一检测单元采用质谱仪，所述第二检测单元通过图像识别技术获得多细胞参数，所述参数包括细胞活力、细胞密度、细胞形态、培养液纯度、细胞粘附率和细胞分化率中的至少一种。
为了获得细胞携带物质的量，进一步地，所述单细胞捕获单元具有中空部分，自上而下地，所述中空部分的内径变小，中空部分的内壁具有多层适于容纳单个细胞的凹槽；
所述多细胞容纳单元设置在所述单细胞捕获单元的下侧。
为了输送移出所述箱体的培养瓶中的细胞，进一步地，所述第一输送模块包括：
管道及泵，所述管道具有输入端和输出端，所述泵设置在所述管道上；
调整单元，如三维移动机械臂，所述调整单元用于将所述输入端插入移出所述箱体的培养瓶内，以及将所述输出端选择性地对应第二组培养瓶、评价模块及血袋。
为了培养分样模块中第二组培养瓶中的细胞，进一步地，所述细胞培养装置还包括：
第二输送模块，所述第二输送模块用于向所述第二组培养瓶中定量地输入细胞培养液。
图2示意性地给出了本发明实施例2的具有评价功能的细胞培养方法的流程图，如图2所示，所述具有评价功能的细胞培养方法包括以下步骤：
(A1)移动模块将细胞培养模块内的培养瓶选择性地移出箱体；
(A2)所述培养瓶内的细胞被输送到分样模块内的多个另设培养瓶，以及评价模块内；
(A3)评价模块获得细胞参数，所述细胞参数包括细胞密度、细胞携带物质信号强度、细胞活力、细胞形态、细胞粘附率或细胞分化率；
(A4)根据所述细胞密度以及所述另设培养瓶内溶液质量调整注入所述另设培养瓶的细胞培养液的质量；
(A5)将另设培养瓶移动到所述细胞培养模块内，并根据需要地调整工作参数；
(A6)细胞传代完成后，将细胞培养模块内的培养瓶选择性地移出箱体；
将该培养瓶中的细胞输送到血袋中。
为了调整细胞培养过程中的工作参数，进一步地，所述工作参数的调整方式为：
根据所述细胞参数获得评价结果，依据所述评价结果去调整工作参数。
为了准确地标注不同血袋，进一步地，在步骤(A6)中，移出箱体的培养瓶中的细胞被输送到评价模块和血袋，所述评价模块根据步骤(A3)的方式获得细胞参数，并根据细胞参数得出评价结果，该评价结果与血袋一一对应。
为了科学、准确地获得细胞的评价结果，进一步地，评价结果的获得方式为：
设置各个细胞参数Ai的配置值Bi，
Figure BSA0000236450680000061
N为大于2的整数，K为设置值，细胞参数关注度越高，配置值Bi越高；
获得评价值
Figure BSA0000236450680000062
为了准确地给出细胞培养模块的工作参数调整与否，进一步地，在步骤(A5)中，若所述评价值超过第一阈值，且各个细胞参数与其最大值之比均超过第二阈值，则无需调整工作参数；
其它情况，需调整工作参数。
实施例2：
根据本发明实施例1的具有评价功能的细胞培养装置及方法的应用例。
在本应用例中，细胞培养模块包括第一箱体，所述第一箱体具有当打开时适于移动模块穿过的隔离门，第一组培养瓶设置在第一箱体内，参数调节单元用于调整所述第一箱体内的细胞培养的参数，如温度、温度、气体等；
移动模块、第一输送模块、分样模块和分装模块均设置在第二箱体内；移动模块采用第一机械臂，用于抓取和移动培养瓶，以及将分样模块的第二组培养瓶选择性地移动到第一箱体内；第一输送模块包括管道、具有计量功能的泵、第二机械臂和第三机械臂，所述第二机械臂用于将所述管道的输入端插入所述移动模块抓取的培养瓶内，所述第三机械臂用于将所述管道的输出端选择性地对应分样模块的第二组培养瓶和评价模块，以及分装模块的血袋；所述分样模块包括置物架和第二组培养瓶；所述分装模块包括置物架和多个血袋；第二输送模块用于将定量的细胞培养液送入分样模块的培养瓶内；
评价模块包括单细胞捕获单元、多细胞容纳单元、第一检测单元、第二检测单元和计算单元；所述单细胞捕获单元为中空结构，横截面为圆三角形或圆形或圆多边形；自上而下地，所述单细胞捕获单元的内径变小，单细胞捕获单元的内壁具有多层适于容纳单个细胞的凹槽；所述多细胞容纳单元设置在所述单细胞捕获单元的下侧，未被单细胞捕获单元捕获的细胞向下流入多细胞容纳单元内；多细胞容纳单元的底壁为透光材质；所述第一检测单元采用质谱分析单元，包括萃取部分和质谱仪，所述第二检测单元通过图像识别技术获得多细胞参数，所述参数包括细胞活力、细胞密度、细胞形态、培养液纯度、细胞粘附率和细胞分化率中的至少一种；计算单元根据第一检测单元和第二检测单元输出参数得出细胞评价结果；
标注模块，所述标注模块用于将细胞评价结果标注在血袋上。
本发明实施例的具有评价功能的细胞培养方法，也即根据本实施例的细胞培养装置的工作方法，所述具有评价功能的细胞培养方法包括以下步骤：
(A1)隔离门打开，移动模块将细胞培养模块内的培养瓶选择性地移出第一箱体，并进入第二箱体，关闭隔离门；
(A2)第二机械臂将管道的输入端插入移入第二箱体内的培养瓶，第三机械臂将管道的输出端插入选择的分样模块内的培养瓶，利用泵将定量的(包括细胞的)溶液送入培养瓶内；
第三机械臂将管道的输出端移动到单细胞捕获单元的内壁的上端，包含细胞的溶液沿着单细胞捕获单元的内壁倾斜向下流动，单个细胞分别进入凹槽内，剩余的溶液流进底部的多细胞容纳单元内；
(A3)第一检测单元的萃取部分吸取凹槽内的单细胞并萃取，后送质谱仪分析，获得细胞携带物质信号强度；同时，设置在多细胞容纳单元底壁下侧的相机获得多细胞容纳单元内的图像，并利用图像识别技术获得多细胞参数，所述参数包括细胞活力、细胞密度、细胞形态、培养液纯度、细胞粘附率和细胞分化率；
(A4)根据所述细胞密度以及送入第二组培养瓶中培养瓶内溶液质量调整注入所述另设培养瓶的细胞培养液的质量，第二输送模块将定量的细胞培养液注入分样模块的培养瓶内；
(A5)移动模块将分样模块内注入细胞及细胞培养液的培养瓶移动到所述第一箱体内，并根据需要地调整工作参数，工作参数的调整方式为：
获得评价结果：设置各个细胞参数Ai的配置值Bi，
Figure BSA0000236450680000081
细胞参数关注度越高，配置值Bi越高；
计算单元根据第一检测单元和第二检测单元输出的参数获得评价结果，也即获得评价值
Figure BSA0000236450680000082
A1为活细胞数，A01为细胞总数，A2为细胞密度(百分比形式)，A3为细胞携带物质信号强度，A03为标准携带物质信号强度，A4为细胞形态拟合重复率(百分比)，A5为细胞培养液纯度(百分比形式)，A6为细胞粘附率(百分比形式)，A7为携带特定物质信号的细胞数，A07等于A01为细胞总数；
若所述评价值超过第一阈值(第一阈值与配置值的总和设置相关，本实例例取80)，且各个细胞参数与其最大值之比均超过第二阈值(取70％-100％，本实施例取80％)，则无需调整工作参数；
若评价值超过第一阈值，细胞参数与其最大值之比小于第二阈值，则调整与该细胞参数相关的细胞培养工作参数，如湿度、温度、气体、细胞因子等；
若评价值小于第一阈值，需重新调整细胞培养工作参数。
(A6)细胞传代完成后，移动模块将细胞培养模块内的培养瓶选择性地移出第一箱体，第一输送模块将该培养瓶内的细胞输送到评价模块；
评价模块根据步骤(A3)的方式获得细胞参数，并根据该细胞参数得到评价结果，该评价结果(评价值)获得的方式和步骤(A5)相同；
之后，第一输送模块将该培养品内的细胞输送到血袋中，利用标注模块将本步骤中获得的评价结果标注在该血袋上，使得该血袋与评价结果一一对应，如评价结果(评价值)为80，将80标注在血袋上。
实施例3：
根据本发明实施例1的具有评价功能的细胞培养装置及方法的应用例，与实施例2不同的是：
1.第二箱体内设置分液模块，所述分液模块包括置物架，适于放置培养瓶；移动模块将移出第一箱体的培养瓶放置在分液模块的置物架上，输送模块抽取分液模块上的培养瓶中的细胞。
2.第一机械臂包括第一部分和第二部分，第一部分处于第一箱体内，用于将第一箱体内的培养瓶移动到隔离门内侧，以及将隔离门内侧处的培养瓶移动到培养位置；第二部分处于第二箱体内，用于将隔离门内侧处的培养瓶移动到分液模块，以及将分样模块的培养瓶移动到所述内侧处。
3.不再设置标注模块，分装模块内的多个血袋具有不同颜色，如黄、绿、蓝色等，每种颜色代表一定范围的评价值，如黄色对应评价值80以下，绿色对应评价值80到85；
当评价模块的计算单元给出培养瓶内细胞的评价值后，第一输送模块将该培养瓶内的细胞输送到与评价值对应的血袋内，如计算单元获得评价值为80，则将培养瓶内的细胞输送到黄色血袋中，如评价值为83，则将培养瓶内的细胞输送到绿色血袋中。

Claims (10)

1.具有评价功能的细胞培养装置，所述具有评价功能的细胞培养装置包括细胞培养模块，所述细胞培养模块包括箱体、第一组培养瓶和参数调节单元，所述箱体具有隔离门；其特征在于，所述具有评价功能的细胞培养装置还包括：
移动模块，所述移动模块用于将所述细胞培养模块内的培养瓶选择性地移出箱体，以及将分样模块的第二组培养瓶移动到所述箱体内；
第一输送模块，所述第一输送模块用于将移出所述箱体的培养瓶中的细胞选择性地输送到分样模块中的第二组培养瓶和评价模块，以及将培养瓶中的细胞输送到分装模块的血袋中；
分样模块，所述分样模块包括第二组培养瓶；
分装模块，所述分装模块包括多个血袋；
评价模块，所述评价模块包括单细胞捕获单元和多细胞容纳单元，以及检测单细胞的第一检测单元和检测多细胞容纳单元内多细胞的第二检测单元。
2.根据权利要求1所述的具有评价功能的细胞培养装置，其特征在于，所述第一检测单元采用质谱仪，所述第二检测单元通过图像识别技术获得多细胞参数，所述参数包括细胞活力、细胞密度、细胞形态、培养液纯度、细胞粘附率和细胞分化率中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的具有评价功能的细胞培养装置，其特征在于，所述单细胞捕获单元具有中空部分，自上而下地，所述中空部分的内径变小，中空部分的内壁具有多层适于容纳单个细胞的凹槽；
所述多细胞容纳单元设置在所述单细胞捕获单元的下侧。
4.根据权利要求1所述的具有评价功能的细胞培养装置，其特征在于，所述第一输送模块包括：
管道及泵，所述管道具有输入端和输出端，所述泵设置在所述管道上；
调整单元，所述调整单元用于将所述输入端插入移出所述箱体的培养瓶内，以及将所述输出端选择性地对应第二组培养瓶、评价模块及血袋。
5.根据权利要求4所述的具有评价功能的细胞培养装置，其特征在于，所述调整单元采用三维机械臂。
6.具有评价功能的细胞培养方法，所述具有评价功能的细胞培养方法包括以下步骤：
(A1)移动模块将细胞培养模块内的培养瓶选择性地移出箱体；
(A2)所述培养瓶内的细胞被输送到分样模块内的多个另设培养瓶，以及评价模块内；
(A3)评价模块获得细胞参数，所述细胞参数包括细胞密度、细胞携带物质信号强度、细胞活力、细胞形态、细胞粘附率或细胞分化率；
(A4)根据所述细胞密度以及所述另设培养瓶内溶液质量调整注入所述另设培养瓶的细胞培养液的质量；
(A5)将另设培养瓶移动到所述细胞培养模块内，并根据需要地调整工作参数；
(A6)细胞传代完成后，将细胞培养模块内的培养瓶选择性地移出箱体；
将该培养瓶中的细胞输送到血袋中。
7.根据权利要求6所述的具有评价功能的细胞培养方法，其特征在于，在步骤(A5)中，所述工作参数的调整方式为：
根据所述细胞参数获得评价结果，依据所述评价结果去调整工作参数。
8.根据权利要求7所述的具有评价功能的细胞培养方法，其特征在于，在步骤(A6)中，移出箱体的培养瓶中的细胞被输送到评价模块和血袋，所述评价模块根据步骤(A3)的方式获得细胞参数，并根据细胞参数得出评价结果，该评价结果与血袋一一对应。
9.根据权利要求8所述的具有评价功能的细胞培养方法，其特征在于，评价结果的获得方式为：
设置各个细胞参数Ai的配置值Bi，
Figure FSA0000236450670000021
N为大于2的整数，K为设置值，细胞参数关注度越高，配置值Bi越高；
获得评价值
Figure FSA0000236450670000031
10.根据权利要求9所述的具有评价功能的细胞培养方法，其特征在于，在步骤(A5)中，若所述评价值超过第一阈值，且各个细胞参数与其最大值之比均超过第二阈值，则无需调整工作参数；
其它情况，需调整工作参数。
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CN115595250A (zh) * 2022-04-29 2023-01-13 北京宪胜医疗科技有限公司（Cn） 一种自动化完成类器官处理及分析的系统及方法

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