CN113353617A - 一种细胞培养自动操作设备 - Google Patents

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徐铭恩
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Abstract

本发明涉及一种细胞培养自动操作设备，包括机械臂模块、夹移模块、开盖模块、耗材存储模块、液体处理模块、固体处理模块、废液处理模块；开盖模块包括解冻开盖机构和开合盖机构；在控制系统的指令下机械臂模块通过夹移模块与耗材存储模块、开盖模块及传送模块共同协作，并配合液体处理模块，完成细胞的自动培养，并将操作过程中产生的固体或液体等废弃物由相应的固体处理模块和废液处理模块完成回收。本发明的技术方案通过机械臂模块切换夹移模块，并在其他各功能模块的协作配合下，很好的模拟了实验人员手工实现的各项操作，能够连续、不间断的作业，效率较高，减少了对人员操作水平和经验的依赖，降低了因批次不同存在的细胞产品差异。

Description

一种细胞培养自动操作设备
技术领域
本发明涉及生物组织生产领域，特别是涉及一种细胞培养自动操作设备。
背景技术
在相关技术中，细胞培养多是纯手工操作或借助设备半自动完成，这种大量依赖人工的生物细胞生产方式效率低，而且较为依赖操作人员的操作水平和经验，不同操作人员或同一个操作人员不同批次做出来的细胞产品差异性较大。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中生产效率低以及依赖操作人员经验的缺陷，进而提供了一种细胞培养自动操作设备，通过自动化装置模拟实验人员手工操作的过程，保证操作流程连续、稳定、不间断，作业效率高。
所述细胞培养自动操作设备，包括机械臂模块、夹移模块、夹移安装模块、开盖模块、耗材存储模块、液体处理模块、固体处理模块、废液处理模块；在控制系统的指令下机械臂模块通过夹移模块与耗材存储模块、开盖模块及传送模块共同协作，并配合液体处理模块，完成细胞的自动培养，并将操作过程中产生的固体或液体等废弃物由相应的固体处理模块和废液处理模块完成回收。
其中，所述开盖模块包括解冻开盖机构和开合盖机构；
所述机械臂模块通过机械臂模块上的第一切换件和所述夹移模块上的第二切换件配合，实现机械臂模块对夹移模块的操作；所述夹移模块包括批量抓取机构、夹持机构和移液机构，其中，所述批量抓取机构可抓取用于细胞样品冻存的冻存组件，夹持机构可对培养瓶、离心管等进行操作，移液机构可用于吸液或吐液等操作。
进一步的，所述解冻开盖机构配合所述批量抓取机构，对所述冻存组件完成解冻操作，由所述夹持机构、所述移液机构及离心机的相互配合完成冻存组件的悬浮细胞的制备，所述悬浮细胞液经分装后加注试剂进行培养，培养过程中由显微镜实时观察细胞的生长状态。
进一步的，所述批量抓取机构包括基壳，铰接于所述基壳上的抓件，以及安装于所述基壳底面的多个抓管件，所述抓件远离所述基壳的一侧夹紧于所述冻存组件的冻存壳的外表面，所述冻存壳内相互间隔安装有多个冻存管，各所述抓管件远离所述基壳的一侧一一对应插设固定于各所述冻存管内；所述批量抓取机构还包括设置于所述基壳远离所述抓管件一侧的气缸，与所述气缸输出端固接且安装于所述基壳内的移动件，所述移动件与所述抓件相对滑动设置；所述批量抓取机构还包括固定设置于所述抓件靠近所述移动件一侧的导向块，以及滑动设置于所述导向块上的导向轴，所述导向轴远离所述导向块的一侧固接于所述抓件上。
进一步的，所述夹持机构包括第一驱动件，以及固定于所述第一驱动件上的多个夹持组，各所述夹持组夹设于离心管或培养存储机构的外表面上，各所述夹持组包括沿所述第一驱动件侧面呈环绕设置的多个夹持件。
进一步的，上述耗材存储模块包括用于载放移液枪头的载架，及安装于所述载架上的至少一个定位架，各所述定位架包括固定于所述载架上的定位座，转动设置于所述定位座上的压件，所述压件与用于安设离心管的耗材壳抵接。
进一步地，上述夹移安装模块包括安装于所述壳体模块内的安装架，设置于所述安装架上的安装件，通过所述安装件与夹移模块上的定位件的卡接配合，进而实现夹移模块在夹移安装模块上的存放。
进一步的，上述液体处理模块用于将试剂转移至所述培养瓶或所述离心管内，其包括移液管路，均安装于所述移液管路上的加热组件和泵体，以及与所述移液管路一端连通设置的加热组件，所述移液管路另一端与所述培养瓶或所述离心管连通设置。
进一步的，上述固体处理模块用于回收废弃的培养载体或离心管或移液枪头等废弃物；上述废液处理模块用于处理所述离心管或所述培养瓶倾倒的液体等废弃物；上述传送模块用于将培养样品运输进出壳体模块；上述开合盖机构用于培养瓶或离心管等盖子的开合操作；上述环境控制模块用于保持细胞培养操作过程中所需的环境状态；上述的各模块均安装在所述壳体模块内。
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细胞培养自动操作设备，通过机械臂切换各种类型的夹移机构，配合各种功能模块，模拟实验人员用手工实现的各项实验操作。相比于纯手工操作，机器自动操作过程更加稳定，且更加连续，不间断，作业效率较高，减少对人员操作水平和经验的依赖，降低因批次不同存在的细胞产品差异。对人员操作水平和经验的依赖，降低因批次不同存在的细胞产品差异。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例中一种细胞培养自动操作设备的内部结构示意图；
图2为图1所示机械臂模块其中一视角的局部示意图；
图3为本发明实施例中批量抓取机构及冻存组件的结构示意图；
图4为本发明实施例中批量抓取机构及冻存管的结构示意图；
图5为本发明实施例中夹持机构及培养瓶的结构示意图；
图6为本发明实施例中夹持机构、冻存管以及离心管的爆炸示意图；
图7为本发明实施例中耗材存储模块的结构示意图；
图8为图1所示移液机构的结构示意图；
图9为本发明实施例中液体处理模块其中一视角的结构示意图；
图10为图1所示夹移安装模块其中一视角的结构示意图；
附图标记说明：
100、壳体模块；10、离心管；20、耗材壳；30、移液枪头；40、冷藏冰箱；50、离心机；
211、冻存壳；212、冻存管；220、培养瓶；
300、机械臂模块；310、第一切换件；320、第二切换件；
400、夹移模块；410、批量抓取机构；411、基壳；412、抓件；413、抓管件；414、气缸；420、夹持机构；421、第一驱动件；422、夹持组；423、夹持件；430、移液机构；
500、解冻开盖机构；
600、耗材存储模块；610、载架；620、定位架；
700、固体处理模块；
800、传送模块；
900、开合盖机构；
1000、液体处理模块；1001、移液管路；1002、泵体；1100、加热组件；
2000、废液处理模块；
3000、夹移安装模块；3001、安装架；3002、安装件；3003、定位件；
4000、环境控制模块；
5000、显微镜。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“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，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”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“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；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。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。
请参阅图1-10，本发明实施例提供了一种细胞培养自动操作设备，该细胞培养自动操作设备作业效率较高，减少对人员操作水平和经验的依赖，降低因批次不同存在的细胞产品差异。
该细胞培养自动操作设备至少包括：壳体模块100；培养存储机构，用于存储细胞，包括冻存组件、培养瓶、或离心管等；机械臂模块300以及夹移模块400，所述机械臂模块300安装于所述壳体模块100内，所述夹移模块400包括批量抓取机构410和夹持机构420，所述机械臂模块300远离所述壳体模块100一侧安装所述批量抓取机构410和/或所述夹持机构420，所述批量抓取机构410可夹持所述冻存组件；耗材存储模块600，所述耗材存储模块600包括安装于所述壳体模块100内且用于安设离心管10的载架610；其中，所述机械臂模块300带着所述批量抓取机构410夹持所述冻存组件并移动至冻存管解冻开盖机构500对所述冻存组件进行解冻，所述夹持机构420将所述离心管10移至目标位置，所述冻存组件中的细胞液转移至所述离心管10内并进行处理得到悬浮细胞液，所述悬浮细胞液经分装加注试剂进行培养。
需要说明的是，所述机械臂模块300一端部上可以同时安设所述批量抓取机构410和所述夹持机构420，也可以只安装所述批量抓取机构410或所述夹持机构420；所述夹持机构420可用于夹持离心管10，当然，还可以夹持冻存组件等细胞培养过程中的其他部件；所述培养存储机构可以在生产过程中由外部传送至壳体模块100内部，也可以生产前设置于壳体模块100内部。
可以理解的是，由机械臂模块300及夹移模块400的共同作用，能够较好的代替人工进行多种操作，提高作业效率，由解冻开盖机构500对冻存组件进行解冻和开盖，由夹持机构420利用载架610存储需用的离心管10，配合其他模块的多个动作过程，在同一壳体模块100内进行细胞培养操作，减少细胞培养过程中人员的参与度，能够较好的排除人员操作带来的不确定性，减少生产中对人员操作水平和经验的依赖，降低因批次不同存在的细胞产品差异。
其中，所述细胞培养自动操作设备还包括固定设置于所述机械臂模块300远离所述壳体模块100一端部上的第一切换件310，以及与所述第一切换件310锁紧配合的第二切换件320，所述第二切换件320远离所述第一切换件310的一侧固定设置于所述夹移模块400上，可以理解的，如图2-3所示，通过所述第一切换件310与所述第二切换件320，可实现机械臂模块300与夹移模块400的快速接合或分离。
为了实现批量抓取机构410对冻存组件的夹持作用，所述冻存组件包括冻存壳211以及安装于所述冻存壳211内的冻存管212，所述批量抓取机构410包括基壳411，铰接于所述基壳411上的抓件412，以及安装于所述基壳411底面的抓管件413，所述抓件412远离所述基壳411的一侧夹紧于所述冻存壳211的外表面，所述抓管件413远离所述基壳411的一侧插设固定于所述冻存管212内。
可以理解的是，冻存管212内具有处于冷冻状态下的细胞，冻存壳211内可以存放一个或多个所述冻存管212，如图3-4所示，抓件412通过铰接轴与所述基壳411铰接，抓件412可相对基壳411转动，不仅实现将所述冻存壳211夹持或松开，还能够适配夹持不同大小的冻存壳211，具有较好的适用性，在机械臂模块300的作用下，抓管件413与冻存管212过盈配合的方式实现固定，将固定于所述抓管件413上冻存管212转移至解冻开盖机构500。
在其中一实施例中，所述移动件呈板体，所述推件可以为推杆，抓管件413的数量、位置与所述冻存管212的数量、位置相对应，所述抓管件413与所述推件的数量对应相同，所述气缸414用于驱动所述移动件相对基壳411进行上下运动，推件能随着移动件沿所述抓管件413轴向运动，当需要将所述冻存管212从抓管件413上取下时，所述气缸414驱动所述移动件向下运动，所述移动件带着所述推件相对于抓管件413向下运动，将所述冻存管212推离推管件。所述移动件415上下移动带着导向轴，导向块上形成有呈倾斜设置的导向槽，导向轴在导向槽内滑动时，抓件412一侧铰接相对基壳411转动，另一侧向靠近或远离移动件的方向运动，使得抓件412张开或合拢，实现批量抓取机构410对冻存壳211的夹持或松开。
为了实现夹持机构420的夹持作用，如图5-6所示，所述夹持机构420包括第一驱动件421，以及固定于所述第一驱动件421上的多个夹持组422，各夹持组422包括两个夹持件423，其中，一夹持组422用于夹持培养瓶220，另一夹持组422用于夹持冻存管212，再一夹持组422用于夹持离心管10，当然，夹持组422的数量、尺寸及形状等可根据需要进行调整，第一驱动件421可以为气缸414，所述第一驱动件421驱动所述夹持组422，使得夹持组422中两个夹持件423相向或相背运动，实现夹持组422的张开或闭合。
为了安设离心管10，所述耗材存储模块600还包括安装于所述载架610上的至少一个定位架620，各所述定位架620包括固定于所述载架610上的定位座，转动设置于所述定位座上的压件，所述压件与用于安设离心管10的耗材壳20抵接，可以理解的是，载架610为各类待取用耗材的临时存放点，耗材可以为移液枪头30、离心管10、一次性细胞计数板等，在本实施例中，如图7所示，定位架620设有多个，每个定位架620可以放置一个对应的耗材，可用于满足对多个耗材设置的需求，所述压件绕着一转轴转动将耗材壳20压住，使得耗材壳20能够稳定的设置于定位座上，从而使得离心管10稳定的设置于载架610上。
在其中一实施例中，所述定位架620还包括设置于定位座上且用于检测耗材壳20是否放置到位的定位开关，当耗材壳20移动到定位座上时，耗材壳20若触碰到定位开关，即耗材壳20安设到位。
在其中一实施例中，如图8所示，所述细胞培养自动操作设备还包括安设于载架610上且用于转移液体的移液枪头30，所述夹移模块400上的移液机构430使用所述移液枪头30，实现吸液或吐液的功能；所述移液枪头30的规格可参考现有技术，例如10ul、20ul、500ul、1ml、10ml等，可用于转移冻存管212、离心管10内的细胞液等细胞培养过程中的液体，设置所述移液机构430和所述移液枪头30，进一步减少人员在细胞生产中的参与度，吸吐液体均由具体规格的移液枪头30量取，提高液体转移的精确度，进而提高细胞产品的质量。
在其中一实施例中，所述细胞培养自动操作设备还包括用于回收废弃所述培养存储机构或所述离心管10或所述移液枪头30的固体处理模块700。
在其中一实施例中，所述细胞培养自动操作设备还包括用于运输所述培养存储机构进出所述壳体模块100的传送模块800。需要说明的是，传送模块800用于运输待扩增细胞株进出所述细胞培养自动操作设备，待扩增细胞株可以是接种至培养瓶220的贴壁细胞，也可以是冻存管212内处于冷冻状态的细胞，因此，所述传送模块800运送的可以为培养瓶220或冻存管212等培养存储机构。
在其中一实施例中，所述细胞培养自动操作设备还包括用于开合所述离心管10或所述培养存储机构的盖子的开合盖机构900。
在其中一实施例中，如图9所示，所述培养存储机构还包括接种有细胞的培养瓶220，所述细胞培养自动操作设备还包括将试剂转移至所述培养瓶220或所述离心管10内的液体处理模块1000，所述液体处理模块包括移液管路1001，均安装于所述移液管路1001上的加热组件1100和泵体1002，以及与所述移液管路1001一端连通设置的加样件，所述移液管路1001另一端与所述培养瓶220或所述离心管10连通设置。
需要说明的是，所述液体处理模块1000用于对冷藏冰箱40中保存的生物试剂或其它位置的生物试剂进入离心管10或培养存储机构之前的加热，加热组件1100用于将液体恢复至常温，加热组件1100加热的方式包括但不限于水浴加热、油浴加热、金属浴加热、热气流加热等。移液管路1001及其适配的泵体1002、加热组件1100的数量相互对应，且均可以为不少于一个的任意数量。
在其中一实施例中，所述细胞培养自动操作设备还包括用于处理所述离心管10和/或所述培养瓶220倾倒的废液处理模块2000。
所述细胞培养自动操作设备还包括用于放置待使用所述夹移模块400的夹移安装模块3000，所述夹移安装模块3000包括安装于所述壳体模块100内的安装架3001，设置于所述安装架3001上的安装件3002，与所述安装件3002卡接配合的定位件3003，所述定位件3003固定设置于所述夹移模块400上。
可以理解的是，如图10所示，在本实施例中，所述安装件3002呈U型，所述安装件3002两侧可以在外力作用下向外发生弹性形变，并在外力撤销后复位，所述安装件3002通过螺栓件与所述安装架3001固接，当需要在安装件3002上固定放置夹移模块400时，将所述夹移模块400上的定位件3003靠近安装件3002，使得定位件3003与安装件3002相互配合，定位件3003沿安装件3002开口方向朝内侧移动，同时定位件3003挤压安装件3002两侧，定位件3003移动至安装件3002最内侧，使得定位件3003被安装件3002锁紧，从而实现对待使用所述夹移模块400的安装，设置所述夹移安装模块3000，使得夹移模块400在需要使用时，可以随时获取，更好的保证细胞培养的连续性，提高工作效率，还能减少细胞培养过程中人员的参与度。
在其中一实施例中，所述细胞培养自动操作设备还包括环境控制模块4000。可以理解的是，所述环境控制模块4000能够实时调控壳体模块100内部的工作环境。
在其中一实施例中，所述细胞培养自动操作设备还包括用于悬浮液颗粒物分离的离心机50，以及用于保存实验试剂的冷藏冰箱40，所述离心机50用于细胞悬液中细胞的分离提取操作，或用于不同密度的物质分离工作，所述冷藏冰箱40冷藏保存生物试剂，能较好的保证自动化生产一致性，减少生产误差。
在其中一实施例中，所述细胞培养自动操作设备还包括显微镜5000，用于观测培养瓶内生长的细胞情况。
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)

1.一种细胞培养自动操作设备，其特征在于，包括机械臂模块(300)、夹移模块(400)、夹移安装模块(3000)、传送模块(800)、开盖模块、耗材存储模块(600)、液体处理模块(1000)、固体处理模块(700)、废液处理模块(2000)；其中，所述开盖模块包括解冻开盖机构(500)和开合盖机构(900)；所述机械臂模块(300)通过机械臂模块上的第一切换件(310)和所述夹移模块上的第二切换件(320)配合，实现机械臂模块(300)对夹移模块(400)的操作；所述夹移模块(400)包括批量抓取机构(410)、夹持机构(420)和移液机构(430)，其中，所述批量抓取机构(410)抓取用于细胞样品冻存的冻存组件，夹持机构(420)用于对培养瓶(220)、离心管(10)进行操作；在控制系统的指令下机械臂模块(300)通过夹移模块(400)与耗材存储模块(600)、开盖模块及传送模块(800)共同协作，并配合液体处理模块(1000)完成细胞的自动培养，并将操作过程中产生的废弃物由相应的固体处理模块(700)和废液处理模块(2000)完成回收。
2.如权利要求1所述的细胞培养自动操作设备，其特征在于，所述解冻开盖机构(500)配合所述批量抓取机构(410)，对所述冻存组件完成解冻操作；所述细胞培养自动操作设备还包括离心机(50)和显微镜(5000)，由所述夹持机构(420)、所述移液机构(430)及离心机(50)的相互配合完成冻存组件的悬浮细胞的制备，所述悬浮细胞液经分装后加注试剂进行培养，培养过程中由显微镜(5000)实时观察细胞的生长状态。
3.如权利要求1所述的细胞培养自动操作设备，其特征在于，所述批量抓取机构(410)包括基壳(411)，铰接于所述基壳(411)上的抓件(412)，以及安装于所述基壳(411)底面的多个抓管件(413)，所述抓件(412)远离所述基壳(411)的一侧夹紧于所述冻存组件的冻存壳(211)的外表面，所述冻存壳(211)内相互间隔安装有多个冻存管(212)，各所述抓管件(413)远离所述基壳(411)的一侧一一对应插设固定于各所述冻存管(212)内。
4.如权利要求3所述的细胞培养自动操作设备，其特征在于，所述批量抓取机构(410)还包括设置于所述基壳(411)远离所述抓管件(413)一侧的气缸(414)，与所述气缸(414)输出端固接且安装于所述基壳(411)内的移动件，所述移动件与所述抓件(412)相对滑动设置。
5.如权利要求1所述的细胞培养自动操作设备，其特征在于，所述夹持机构(420)包括第一驱动件(421)，以及固定于所述第一驱动件(421)上的多个夹持组(422)，各所述夹持组(422)夹设于所述离心管或培养存储机构的外表面上，各所述夹持组(422)包括沿所述第一驱动件(421)侧面呈环绕设置的多个夹持件(423)。
6.如权利要求1所述的细胞培养自动操作设备，其特征在于，所述耗材存储模块(600)包括用于载放移液枪头的载架(610)，及安装于所述载架(610)上的至少一个定位架(620)，各所述定位架(620)包括固定于所述载架(620)上的定位座，转动设置于所述定位座上的压件，所述压件与用于安设离心管(10)的耗材壳(20)抵接。
7.如权利要求1所述的细胞培养自动操作设备，其特征在于，所述夹移安装模块(3000)包括安装于壳体模块(100)内的安装架(3001)，设置于所述安装架(3001)上的安装件(3002)，通过所述安装件(3002)与夹移模块(400)上的定位件(3003)的卡接配合，进而实现夹移模块(400)在夹移安装模块(3000)上的存放。
8.如权利要求1所述的细胞培养自动操作设备，其特征在于，所述液体处理模块(1000)用于将试剂转移至所述培养瓶(220)或所述离心管(10)内，其包括移液管路(1001)，均安装于所述移液管路(1001)上的加热组件(1100)和泵体(1002)，以及与所述移液管路(1001)一端连通设置的加热组件(1100)，所述移液管路(1001)另一端与所述培养瓶(220)或所述离心管(10)连通设置。
9.如权利要求1所述的细胞培养自动操作设备，其特征在于，所述固体处理模块(700)用于回收废弃的培养载体或离心管(10)或移液枪头(30)；所述废液处理模块(2000)用于处理所述离心管(10)或所述培养瓶(220)倾倒的废弃物；所述传送模块(800)用于将培养样品运输进出壳体模块(100)；所述开合盖机构(900)用于培养瓶(220)或离心管(10)的开合操作；环境控制模块(4000)用于保持细胞培养操作过程中所需的环境状态；所述固体处理模块(700)、所述废液处理模块(2000)、所述传送模块(800)、所述开合盖机构(900)均安装在所述壳体模块(100)内。
10.如权利要求9所述的细胞培养自动操作设备，其特征在于，所述细胞培养自动操作设备还包括用于保存实验试剂的冷藏冰箱(40)，以及用于保持细胞培养操作过程中所需的环境状态的环境控制模块(4000)。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI795909B (zh) * 2021-09-16 2023-03-11 國立臺灣大學 自動化細胞培養裝置及自動化細胞培養系統

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