CN113322183A - 一种二氧化碳培养箱 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种二氧化碳培养箱，包括培养模块、旋转培养盘模块、箱体模块、机械手模块、自动门模块和环境控制模块；所述培养模块将箱体内的传感器组件放置于容纳腔一，保护传感器组件免于培养空腔高温灭菌带来的损害；培养空腔外壁分布式控温，使得培养空腔内的温度均匀稳定，在高温灭菌时升温均匀快速；所述旋转培养盘模块和机械手模块协同运作完成培养容器的转运；所述机械手模块置于培养模块外，用所述自动门模块隔离，免于培养空腔内高温灭菌带来的损害；所述环境控制模块维持箱体模块内、培养盒体之外区域所需的环境状态。本发明的技术方案解决了二氧化碳培养箱在高温灭菌时，传感器组件和运动器件难以长时间承受高温，易导致其检测不准确、易损坏等问题。

Description

一种二氧化碳培养箱
技术领域
本发明涉及细胞、组织培养技术领域，特别是涉及一种二氧化碳培养箱。
背景技术
二氧化碳培养箱是培养细胞、组织的一种装置，其通过在二氧化碳培养箱的箱体内模拟形成一个类似细胞、组织在生物体内的生长环境，对细胞、组织进行培养，一般要求二氧化碳培养箱内部有恒定的温度、湿度、二氧化碳浓度等。
目前，为了测得二氧化碳培养箱内部培养空腔内的温度、湿度、二氧化碳浓度等信息，一般是将传感器设置在培养空腔内。但是，在高温灭菌的环境中，传感器难以长时间的承受高温，易导致其检测不准确、易损坏等问题，使得传感器的使用寿命缩短。
发明内容
本发明的目的在于提供一种新型的二氧化碳培养箱，通过巧妙结构设计将传感器组件、机械手模块和培养空腔的高温灭菌执行机构隔离，既保证传感器组件对培养空腔温度、湿度、二氧化碳浓度等环境信息的准确监测，也保证传感器组件的使用寿命和检测精度，同时保护易损运动器件免于培养空腔内高温灭菌带来的损害。
为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
所述二氧化碳培养箱包括培养模块、旋转培养盘模块、箱体模块、机械手模块、自动门模块和环境控制模块；所述旋转培养盘模块安装在培养模块内，培养模块和机械手模块安装于箱体模块内，并且培养模块和机械手模块由自动门模块隔离；所述培养模块将用于监测培养模块培养空腔内环境的传感器组件放置于容纳腔一，用管道将培养空腔和容纳腔一连通，以达到在培养空腔高温灭菌时保护传感器组件的目的，并且培养模块的培养空腔外壁采用分布式控温的方法，使得培养空腔内的温度均匀稳定，在高温灭菌时升温均匀快速；所述旋转培养盘模块和机械手模块协同运作，用于放置待培养细胞/组织的培养容器在培养模块内外自动转运；所述机械手模块的不耐高温、易损运动器件等置于培养模块外，用所述自动门模块隔离或者连通的，保护机械手模块的运动器件免于培养空腔内高温灭菌带来的损害；所述环境控制模块保持箱体模块内、培养模块之外区域所需的温度、湿度及空气清洁无菌工作的环境状态。
所述培养模块包括：培养盒体、传感器组件、导气管一与导气管二，所述培养盒体形成有培养空腔与容纳腔一，所述培养空腔与所述容纳腔一相间隔设置，所述传感器组件设置于所述容纳腔一内；所述导气管一穿设于所述培养盒体的侧壁内，所述导气管一的一端连通于所述培养空腔，另一端连通于所述容纳腔一；所述导气管二的一端连通于所述容纳腔一，另一端连通于所述培养空腔。
优选地，所述容纳腔一内装设有送气泵，所述送气泵连接于所述传感器组件并与所述导气管二相连通；所述传感器组件外置于培养空腔，可隔离培养空腔高温灭菌所带来的损害，并通过导气管一、导气管二和送气泵的协作配合，保证传感器组件监测培养空腔环境的准确性。
优选地，所述培养盒体包括：外壳体与培养腔体，所述培养腔体内置于所述外壳体内部，所述培养空腔形成于所述培养腔体内，所述容纳腔一形成于所述外壳体内并通过所述导气管一与所述导气管二连通于所述培养空腔；其中，所述培养腔体的外壁均匀装设有多个测温探头与多个加热器，可保证培养空腔温度加热的均匀性和温度监测的准确性；所述外壳体开设有安装口，所述安装口设置有散热风机，所述散热风机与所述培养腔体对应设置。
优选地，所述培养腔体的外壁与所述外壳体之间设置有第一保温层；所述传感器组件选之温度传感器、湿度传感器、二氧化碳传感器中的一种或多种；所述二氧化碳培养箱还包括有导气管三，所述导气管三的一端连通于所述培养空腔，另一端与供气设备相连通，且所述导气管三装设有控制阀；所述培养空腔内部放置有接水盘。
所述旋转培养盘模块用于承载培养容器，实现培养容器的精度定位和灵活移入及取出操作，包括：部分穿入至所述培养空腔内的旋转座、旋转电机、旋转盘及至少一个培养架，所述旋转电机设于所述旋转座并与所述旋转盘驱动连接，各个所述培养架通过定位识别芯片和可拆卸式固定元件装设于所述旋转盘背向所述旋转座的一侧，且所述旋转电机位于所述培养盒体外部，所述旋转盘位于所述培养空腔内。
优选地，所述旋转盘和培养架之间的固定方式可以为螺钉与螺纹孔的螺接固定、磁铁的吸合固定、弹性碰珠的锁合等等。所述旋转盘背向所述旋转座的一侧设置有至少一个识别触点，各个所述培养架面向所述旋转盘的一侧均设置有与各个所述识别触点一一对应设置的识别芯片，进而识别触点能够识别获知相应的培养架信息。
所述机械手模块固定装设于所述箱体模块内部并与所述培养模块由所述自动门模块隔离避免培养模块的培养腔体高温灭菌所带来的损害，所述机械手模块与旋转培养盘模块配合转移培养架上放置的培养容器。
所述自动门模块固定装设于培养模块的培养盒体上开设的第一开口，可以在电机控制下打开或者关闭，起到封闭培养空腔或打开培养空腔的目的。除了需要转移培养容器的时候，自动门模块都是保持关闭状态，以保证培养空腔内部和外部环境的独立和稳定，在需要转移培养容器的时候打开自动门模块。
所述环境控制模块固定装设于所述箱体模块上；包括：调控盒、初效过滤器、离心风机、高效过滤器、温湿度控制器、灭菌执行器、感应组件；所述调控盒装设于所述箱体模块；所述初效过滤器固定装设于所述调控盒内并与外部环境相通；所述离心风机装设于所述调控盒内；所述高效过滤器固定装设于所述调控盒内并与所述箱体的内部空间相通，且所述离心风机设于所述初效过滤器与所述高效过滤器之间；所述调控盒内还固定装设有温湿度控制器与灭菌执行器，所述温湿度控制器与所述灭菌执行器相间隔排布；所述感应组件装设于所述调控盒，且所述感应组件至少部分伸入至所述箱体模块内部，所述感应组件选自风速传感器、温度传感器、湿度传感器、臭氧浓度传感器、过氧化氢浓度传感器中的一种或多种。
相比现有技术，本发明的有益效果在于：
上述技术方案中所提供的一种二氧化碳培养箱，通过将培养模块的传感器组件外置于培养空腔的方法，有效避免了反复高温灭菌操作所导致的传感器组件损坏的问题，有效提升了培养过程中动态环境监测的准确性和精度，延长了传感器组件的使用寿命。旋转培养盘模块和机械手模块协同操作，使得培养容器的取放更加灵活、自由；采用自动门模块隔离保护机械手模块等不耐高温，易损运动器件免于培养空腔内高温灭菌带来的损害，改善了运动的工况，大大延长了工作寿命。同时自动门模块只需要在转移培养容器时开启，其余时间处于关闭状态密封培养空腔，使得培养空腔内外的空间环境相互独立、稳定；培养模块的送气泵和环境控制模块共同作用，保持培养箱内二氧化碳气体、空气、温度、湿度及无菌工作的环境状态控制精确，有效提高培养腔内环境控制的效率和精度。
附图说明
图1为本发明一种二氧化碳培养箱的结构示意图。
图2为图1所示培养模块的结构示意图。
图3为图1所示环境控制模块的结构示意图。
100、培养模块；101、传感器组件；102、导气管一；103、导气管二；104、培养空腔；105、容纳腔一；106、送气泵；107、外壳体；108、培养腔体；109、测温探头；110、加热器；111、安装口；112、散热风机；113、第一保温层；114、导气管三；115、控制阀；116、接水盘；
200、旋转培养盘模块；
300、箱体模块；301、支撑架；
400、机械手模块；
500、自动门模块；
600、环境控制模块；601、调控盒；602、初效过滤器；603、离心风机；604、高效过滤器；605、温湿度控制器；606、灭菌执行器；607、感应组件。
具体实施方式
以下将结合附图，对本发明进行更为详细的描述，需要说明的是，以下参照附图对本发明进行的描述仅是示意性的，而非限制性的。各个不同实施例之间可以进行相互组合，以构成未在以下描述中示出的其他实施例。
请参阅图1至图3，本发明一实施例中提供了一种新型的二氧化碳培养箱，能够自动管理培养容器，培养环境稳定，有良好的高温灭菌性能，具有较好的应用性。
该二氧化碳培养箱，如图1所示，包括培养模块100、旋转培养盘模块200、箱体模块300、机械手模块400、自动门模块500和环境控制模块600；旋转培养盘模块200安装与培养模块100内，培养模块100和机械手模块400安装于箱体模块300内，并且培养模块100和机械手模块400由自动门模块500隔离；所述培养模块100将传感器组件放置于容纳腔一，保护传感器组件免于培养空腔高温灭菌带来的损害，达到培养状态实时监测的目的，并在培养模块100的培养空腔外壁采用分布式控温，使得培养空腔内的温度均匀稳定，在高温灭菌时升温均匀快速；所述旋转培养盘模块200和机械手模块400协同运作完成用于放置待培养细胞/组织的培养容器在培养模块内外转运；所述机械手模块400置于培养模块100外，用所述自动门模块500隔离，免于培养空腔内高温灭菌带来的损害；所述环境控制模块600保持箱体模块300内，培养模块之外区域所需的环境状态。
其中，所述培养模块，如图2所示，至少包括：培养盒体、传感器组件101、导气管一102与导气管二103，培养盒体形成有容纳腔一105以及用于容纳放置待培养细胞/组织的培养容器的培养空腔104，培养空腔104与容纳腔一105相间隔设置；传感器组件101设置在容纳腔一105内部，导气管一102与导气管二103均穿设在培养盒体的侧壁内，导气管一102的两端分别与培养空腔104、容纳腔一105相连通，导气管二103的两端分别与培养空腔104、容纳腔一105相连通；如此设置，导气管一102、容纳腔一105与导气管二103相连通构成了供培养空腔104内气体流动的导气管道。
可以理解的，培养空腔104内的气体可经由导气管一102流动至容纳腔一105内，传感器组件101检测位于容纳腔一105内的气体以实时获得相应的温度、湿度、二氧化碳浓度等信息，之后流入容纳腔一105内的气体经由导气管二103回流至培养空腔104内，如此设置，由于传感器组件101外置在导气管道内，从而在对培养空腔104内部进行高温灭菌的过程，可有效保护传感器组件101，避免传感器组件101因长期承受高温而出现损坏。作为优选，该传感器组件101可以为：温度传感器、湿度传感器及二氧化碳传感器，分别用于检测培养空腔104内气体的温度、湿度及二氧化碳浓度。
为了提高导气管道内气体流动的效率，容纳腔一105内装设有送气泵106，送气泵106的一端与传感器组件101相连接，另一端与导气管二103相连通。如此设置，送气泵106运行时，送气泵106驱动培养空腔104内的气体依次经过导气管一102、容纳腔一105、导气管二103并回流至培养空腔104内，进而实现了气体的循环流动，并能够使得传感器组件101能够实时监测得到培养空腔内的温度、湿度、二氧化碳浓度等信息。
在其中一实施例中，如图2所示，培养盒体包括外壳体107与培养腔体108，培养腔体108内置在外壳体107的内部，培养空腔104形成在培养腔体108的内部，容纳腔一105、导气管一102及导气管二103均设置在外壳体107上，同时导气管一102、导气管二103均穿过培养腔体108以与培养空腔104相连通。
为了便于对培养腔体108进行均匀加热，培养腔体108的外壁上均匀布设有多个加热器110，该加热器110可以为加热膜、加热丝、加热线缆，如此能够使培养腔体108的内部温度恒定的维持在适宜温度值，如：37℃；另外，在需要对培养空腔104内部环境进行高温灭菌时，能够快速加热培养腔体108，且加热均匀。作为优选，为了便于导热，培养腔体108的内壁由光滑的金属材料制备而成。
为了便于实时检测培养腔体108不同位置处的实际温度，培养腔体108的外壁装设有多个测温探头109，各个测温探头109均匀分布在培养腔体108的外壁上，如此设置，可通过各个测温探头109检测的实际温度来辅助各个加热器110进行精确控温。
为了便于在培养腔体108温度过高时进行强制散热，如图2所示，外壳体107开设有安装口111，培养腔体108的顶部外侧固定设置有散热风机112，散热风机112位于安装口111内，散热风机112与培养腔体108对应设置，能够配合加热器110对培养腔体108进行控温。可以理解的，当培养腔体108的温度过高时，散热风机112运行能够对培养腔体108进行强制散热；另外，当完成高温灭菌操作时，散热风机112运行能够对培养腔体108进行强制散热，使培养空腔104内部温度快速恢复至适宜的温度区间。另外，在培养空腔104内部放置有接水盘116，用于盛接加湿用的水。
为了避免热量散失，培养腔体108的外壁与外壳体107之间设置有第一保温层113。具体的，第一保温层113包覆在培养腔体108、加热器110、测温探头109、导气管一102、传感器组件101及导气管二103组成的气体循环回路的外侧，同时第一保温层113形成有容置传感器组件101与送气泵106的容纳腔一105，如此设置，能够保持培养空腔104内部温度的稳定性，避免热量流失。
为了向培养空腔104内通入二氧化碳气体，培养腔体108的侧壁还装设有导气管三114，导气管三114的一端连通培养空腔104，另一端连通设置在外部的供气设备上，该供气设备能够提供二氧化碳气体。另外，导气管三114上装设有用于控制二氧化碳通入流量的控制阀115，如电磁气阀，控制阀115能够配合传感器组件101调节培养空腔104内部的二氧化碳浓度。
在其中一实施例中，该二氧化碳培养箱内置有用于承载培养容器的旋转培养盘模块200，可以实现培养容器的精度定位和灵活移入及取出操作；如图1所示，该旋转培养盘模块200至少包括：部分穿入至培养空腔104内的旋转座、旋转电机、旋转盘以及至少一个培养架，旋转电机设置在旋转座上并与旋转盘驱动连接，旋转座至少部分位于培养盒体的外部，旋转电机位于培养盒体的外部，各个培养架可拆卸式装设在旋转盘背向旋转座的一侧。如此设置，旋转电机与旋转座相配合能够为旋转盘提供旋转的驱动力，使旋转盘绕其中心轴进行旋转，从而带动位于旋转盘上的培养架转动。可以理解的，旋转电机、部分旋转座位于培养盒体的外部，在对培养空腔内部进行高温灭菌的过程中，能够有效保护旋转电机的正常运行。为了快速的将培养架固定在旋转盘上，固定方式可以为螺钉与螺纹孔的螺接固定、磁铁的吸合固定、弹性碰珠的锁合等等。为了便于识别培养架的类型，旋转盘背向旋转座的一侧设置有至少一个识别触点，可拆卸元件与各个识别触点一一对应设置；各个培养架面向旋转盘的一侧均设置有与各个识别触点一一对应设置的识别芯片，识别芯片内设有相应培养架的类型信息，即不同类型的培养架上的识别芯片也不相同；当培养架固定在旋转盘上时，识别触点与识别芯片相接触，识别触点能够识别获知相应的培养架信息。
在其中一实施例中，为了实现培养盒体内部培养容器的移入与取出操作，该二氧化碳培养箱还包括：箱体模块300与机械手模块400，培养盒体、传感器组件101、导气管一102、导气管二103等均位于箱体模块300内部的支撑架301上；培养盒体上开设有第一开口，培养空腔104通过第一开口与箱体模块300的内部空间相通，培养盒体上设置有用于启闭第一开口的自动门模块500，机械手模块400与培养盒体相间隔设置。如此设置，机械手模块400将培养容器移入至培养空腔104内或者由培养空腔104内取出，同时自动门模块500起到隔离培养腔体108与机械手模块400的作用，能够在对培养空腔104内部进行高温灭菌的过程中有效保护机械手模块400。自动门模块500是培养盒体的启闭门，用于保证在无需机械手模块400转移培养容器的时间段内使培养腔体108处于密封状态。自动门的打开与关闭可以有电机、气缸磁力等动力元件驱动。
在其中一实施例中，如图1及图3所示，箱体模块300上固定装设有环境控制模块600，能够实时调控箱体模块300内部的工作环境。具体的，该环境控制模块600至少包括：调控盒601，调控盒601固定设置在箱体模块300的上方；初效过滤器602，初效过滤器602固定装设在调控盒601内并与外部空间相连通，外部的空气经初效过滤器602初步过滤之后进入到调控盒601内；离心风机603，离心风机603固定在调控盒601内，离心风机603运行时能够形成风流以带动空气流动，为空气循环提供驱动力；高效过滤器604装设在调控盒601内并与箱体模块300的内部空间相连通，离心风机603设于初效过滤器602与高效过滤器604之间，调控盒601内部的气体能够在离心风机603的带动下进入高效过滤器604，并经高效过滤器604进行二次过滤之后流动至箱体模块300内；高效过滤器604的设置能够有效提高进入至箱体模块300内部的空气的洁净度，另一方面也能够在离心风机603的作用下使得空气形成自上而下的平行气流。
作为优选，为了便于对调控盒601内的气体进行恒温恒湿调控，该调控盒601内部装设有温湿度控制器605。为了对箱体模块300的内部环境进行消毒灭菌处理，该调控盒601内部装设有灭菌执行器606，灭菌执行器606与温湿度控制器605之间相间隔排布。
可以理解的，外部的空气可经初效过滤器602初次过滤之后进入至调控盒601内部，温湿度控制器605对过滤后的空气进行恒温恒湿处理，灭菌执行器606能够快速产生臭氧气体或氧化氢蒸汽，以在需要对箱体模块300内部进行消毒灭菌时可与恒温恒湿处理后的空气相混合并经高效过滤器604二次过滤之后流动至箱体模块300内部。
在其中一实施例中，为了实时测定箱体模块300内部的环境状态，调控盒601上装设有感应组件607，该感应组件607至少部分伸入至箱体模块300内部，以便于实时测定箱体模块300内部环境状态的同时反馈至温湿度控制器605处，以保证温湿度控制器605对箱体模块300内部环境控制的准确性。作为优选，该感应组件607可选之风速传感器、湿度传感器、温度传感器、臭氧浓度传感器、过氧化氢浓度传感器中的一种或多种。
上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种二氧化碳培养箱，其特征在于，包括培养模块(100)、旋转培养盘模块(200)、箱体模块(300)、机械手模块(400)、自动门模块(500)和环境控制模块(600)；所述旋转培养盘模块(200)安装在所述培养模块(100)内，所述培养模块(100)和所述机械手模块(400)安装于所述箱体模块(300)内，所述旋转培养盘模块(200)和所述机械手模块(400)配合用于培养容器在所述培养模块(100)内外自动转运，并且所述培养模块(100)和所述机械手模块(400)由所述自动门模块(500)隔离；所述培养模块(100)包括通过管道连通的培养空腔(104)和容纳腔一(105)，以及放置于容纳腔一(105)并用于监测所述培养空腔(104)内环境的传感器组件(101)；所述环境控制模块(600)用于保持所述箱体模块(300)内、所述培养模块(100)之外区域所需的环境状态。
2.如权利要求1所述的二氧化碳培养箱，其特征在于，所述培养模块(100)包括：培养盒体、传感器组件(101)、导气管一(102)与导气管二(103)，所述培养盒体形成有培养空腔(104)与容纳腔一(105)，所述培养空腔(104)与所述容纳腔一(105)相间隔设置，所述传感器组件(101)设置于所述容纳腔一(105)内；所述导气管一(102)穿设于所述培养盒体的侧壁内，所述导气管一(102)的一端连通于所述培养空腔(104)，另一端连通于所述容纳腔一(105)；所述导气管二(103)的一端连通于所述容纳腔一(105)，另一端连通于所述培养空腔(104)。
3.如权利要求2所述的二氧化碳培养箱，其特征在于，所述容纳腔一(105)内装设有送气泵(106)，所述送气泵(106)连接于所述传感器组件(101)并与所述导气管二(103)相连通；所述传感器组件(101)外置于培养空腔(104)。
4.如权利要求2所述的二氧化碳培养箱，其特征在于，所述培养盒体包括：外壳体(107)与培养腔体(108)，所述培养腔体(108)内置于所述外壳体(107)内部，所述培养空腔(104)形成于所述培养腔体(108)内，所述容纳腔一(105)形成于所述外壳体(107)内并通过所述导气管一(102)与所述导气管二(103)连通于所述培养空腔(104)；其中，所述培养腔体(108)的外壁均匀装设有多个测温探头(109)与多个加热器(110)；所述外壳体(107)开设有安装口(111)，所述安装口(111)设置有散热风机(112)，所述散热风机(112)与所述培养腔体(108)对应设置。
5.如权利要求4所述的二氧化碳培养箱，其特征在于，所述培养腔体(108)的外壁与所述外壳体(107)之间设置有第一保温层(113)；所述二氧化碳培养箱还包括有导气管三(114)，所述导气管三(114)的一端连通于所述培养空腔(104)，另一端与供气设备相连通，且所述导气管三(114)装设有控制阀(115)；所述培养空腔(104)内部放置有接水盘(116)。
6.如权利要求1所述的二氧化碳培养箱，其特征在于，所述旋转培养盘模块(200)包括：部分穿入至所述培养空腔(104)内的旋转座、旋转电机、旋转盘及至少一个培养架，所述旋转电机设于所述旋转座并与所述旋转盘驱动连接，各个所述培养架可拆卸式装设于所述旋转盘背向所述旋转座的一侧，且所述旋转电机位于所述培养盒体外部，所述旋转盘位于所述培养空腔(104)内。
7.如权利要求6所述的二氧化碳培养箱，其特征在于，所述旋转盘背向所述旋转座的一侧设置有至少一个识别触点，各个所述培养架面向所述旋转盘的一侧均设置有与各个所述识别触点一一对应设置的识别芯片，识别触点能够识别获知相应的培养架信息。
8.如权利要求2所述的二氧化碳培养箱，其特征在于，所述自动门模块(500)固定装设于培养模块(100)的培养盒体上开设的第一开口，并在电机控制下打开或者关闭，以封闭培养空腔或打开培养空腔。
9.如权利要求1所述的二氧化碳培养箱，其特征在于，所述环境控制模块(600)固定装设于所述箱体模块(300)上；包括：调控盒(601)、初效过滤器(602)、离心风机(603)、高效过滤器(604)、温湿度控制器(605)、灭菌执行器(606)、感应组件(607)；所述调控盒(601)装设于所述箱体模块(300)；所述初效过滤器(602)固定装设于所述调控盒(601)内并与外部环境相通；所述离心风机(603)装设于所述调控盒(601)内；所述高效过滤器(604)固定装设于所述调控盒(601)内并与所述箱体模块(300)的内部空间相通，且所述离心风机(603)设于所述初效过滤器(602)与所述高效过滤器(604)之间；所述调控盒(601)内还固定装设有温湿度控制器(605)与灭菌执行器(606)，所述温湿度控制器(605)与所述灭菌执行器(606)相间隔排布；所述感应组件(607)装设于所述调控盒(601)，且所述感应组件(607)至少部分伸入至所述箱体模块(300)内部。
10.如权利要求9所述的二氧化碳培养箱，其特征在于，所述感应组件(607)选自风速传感器、温度传感器、湿度传感器、臭氧浓度传感器、过氧化氢浓度传感器中的一种或多种。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN116144469A (zh) * 2023-04-18 2023-05-23 哈尔滨葵花药业有限公司 一种双歧杆菌培养设备

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