CN114381362A - 自动细胞培养工作站 - Google Patents

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Abstract

一种自动细胞培养工作站，包括封闭的基壳，基壳的内部依次设有储藏模组、操作模组和培养模组，其中：储藏模组，包括可转动的搁置架和用于驱动搁置架旋转的第一动力源；操作模组，包括用于夹持培养瓶或试剂管的机械夹爪、用于存放试剂管的储料盒、用于对试剂管进行离心的离心模块、用于对培养瓶或试剂管进行旋盖的旋盖模块、转移模块和加液模块；培养模组，包括密封仓、位于密封仓内的培养架和用于驱动培养架旋转的第二动力源，培养架用于存放培养瓶，密封仓的侧面设有供机械夹爪穿过的转运窗和用于封闭转运窗的侧封门。上述方案实现了对细胞的全自动培养与传代培养，细胞培养效果好且稳定。

Description

自动细胞培养工作站
技术领域
本发明涉及生物细胞培养的技术领域，具体而言，涉及一种自动细胞培养工作站。
背景技术
随着医美医疗、生命大健康等行业的飞速发展，细胞医疗正在发挥着越来越重要的作用，人们对高质均一稳定来源的细胞要求越来越高。传统细胞是人工培养获得，其需要多名工作人员穿戴洁净服、口罩等防护用品并进行彻底消毒后进入洁净室内进行细胞培养。但人工操作过程中会将粉尘及细菌带入实验室，存在潜在污染风险且会占用过多的劳动力，工作效率较低，实验室的无菌环境及一些有毒药品及尖锐器材也会造成人员劳动强度及危险性的加大。近年来，不断涌现出自动化细胞培养相关设备，一定程度上实现了细胞的自动化培养，但其自动化培养程度低、细胞均一性不足、质量不高，难以满足人们对大量高质细胞的需求，同欧美发达国家仍有很大差距。
发明内容
本发明的目的是：解决现有技术中的自动化细胞培养的相关设备，自动化培养程度低，仍然需要频繁由人工参与调节，导致细胞培养质量差、细胞均一性不足等相关问题。
为解决上述问题，本发明提供一种自动细胞培养工作站，包括封闭的基壳，所述基壳的内部依次设有储藏模组、操作模组和培养模组，其中：
储藏模组，包括可转动的搁置架和用于驱动所述搁置架旋转的第一动力源，所述搁置架用于存放空的培养瓶；
操作模组，包括用于夹持培养瓶或试剂管的机械夹爪、用于存放试剂管的储料盒、用于对试剂管进行离心的离心模块、用于对培养瓶或试剂管进行旋盖的旋盖模块、用于对培养瓶进行吸液/排液的转移模块和具备吸液/排液功能的加液模块；
培养模组，包括密封仓、位于所述密封仓内的培养架和用于驱动所述培养架旋转的第二动力源，所述培养架用于存放培养瓶，所述密封仓的侧面设有供所述机械夹爪穿过的转运窗和用于封闭所述转运窗的侧封门，所述侧封门设置为常闭状态且在所述机械夹爪穿过时打开。
与现有技术相比，上述方案的有益效果为：通过在基壳内依次设置储藏模组、操作模组和培养模组，其中储藏模组的搁置架主要用于放置空的培养瓶，培养模组的培养架主要用于放置存有细胞培养液的培养瓶，而操作模块集成了对培养瓶进行转移的机械夹爪、对培养瓶进行开盖的旋盖模块、对培养瓶进行试剂添加的储料盒和加液模块、对试剂进行离心的离心模块、对培养瓶进行传代的转移模块，从而实现了对细胞的全自动培养与传代培养，细胞培养效果好且稳定，同时有效避免了人工干预或外界污染，具备较好的实用性。
作为优选的，所述储藏模组、操作模组和培养模组沿从左到右的顺序设置在所述基壳的内部，所述基壳的左侧面设有朝向所述搁置架设置的第一窗口和用于开关所述第一窗口的第一侧门，所述侧封门位于所述密封仓的左侧面，所述密封仓的右侧面设有第二窗口和用于开关所述第二窗口的第二侧门。当搁置架上的培养瓶数量不足时，外界可以通过打开第一侧门补充搁置架上的培养瓶；当培养架上的培养瓶需要更换时，外界可以通过打开第二侧面替换培养架上的培养瓶，操作简单方便。
作为优选的，所述转移模块位于所述旋盖模块的侧方，所述加液模块位于所述旋盖模块的下方，所述储料盒位于所述加液模块的侧方，从而减小机械夹爪在转移模块、加液模块、旋盖模块和储料盒之间的移动距离，提升操作效率。
作为优选的，所述操作模组还包括加热模块，所述加热模块包括加热仓和可拆卸连接于所述加热仓内的若干个加热台，所述加热仓的侧面设有供所述机械夹爪穿过的开口，若干所述加热台沿竖向层叠排布，所述加热台用于放置培养瓶并进行加热。采用该结构后，加热台能够实现对培养瓶的底面的整体式加热，加热均匀且快速；且加热台的数量可以根据需要自由设置，更好的满足多线程操作。加热仓则能有效隔绝热量，防止加热台的热量散发至基壳内的其他位置。
作为优选的，所述操作模组内还包括观测模块，所述观测模块包括用于放置培养瓶的载物台、用于驱动所述载物台沿X,Y,Z轴方向移动的驱动组件和正对所述载物台设置的显微镜。驱动组件根据相应算法带动载物台在X,Y,Z轴方向移动，方便显微镜进行自动对焦与观察；且由于观测模块集成在机器的内部，不需要把培养瓶拿到外界进行计数和观察，节约了操作时间，提高了设备的自动化程度。
作为优选的，所述搁置架包括中间轴、若干置物盘和多个紧定杆，若干所述置物盘沿轴向套接于所述中间轴上，多个所述紧定杆沿周向可拆卸连接于所述置物盘的外周侧，所述置物盘上设有沿周向排布的多个限位块，任意相邻的两个限位块之间设有供培养瓶卡入的间隙，所述培养架与所述搁置架结构相同。采用该结构后，搁置架与培养架能够实现对培养瓶的稳固放置，且搁置架与培养架拆装方便，稳固性好，又能方便机械夹爪对培养瓶进行夹取。
作为优选的，所述基壳上还设有常闭的废液口，所述废液口在所述机械夹爪倾倒废液时自动打开；所述基壳的侧面设有常闭的废料门，所述废料门在所述机械夹爪倾倒废料时自动打开，从而在尽可能保证基壳内环境稳定的前提下实现对基壳内部的废液及固体废料的自动排出。
作为优选的，还包括用于调节所述基壳内部空气循环的通风模块，所述通风模块包括位于基壳上部的上风口和位于基壳下部的下风口，所述上风口和下风口均设有空气过滤器，从而使得基壳内能够形成相对稳定、清洁的操作环境，有效避免外部污染。
作为优选的，所述转移模块包括第一吸管，所述第一吸管通过注射泵驱动实现吸液/排液；所述加液模块包括第二吸管，所述第二吸管铜通过注射泵或蠕动泵实现吸液/排液，从而实现对培养瓶或试剂管内的液体的精确吸液/排液。
作为优选的，所述密封仓内设有用于调节温度的温控组件、用于调节二氧化碳浓度的的气体调节组件，所述密封仓的内侧壁设有若干紫外灯，从而保证密封仓内的培养瓶能够处于适宜的环境中，更好地实现对细胞的孵育培养。
附图说明
图1为自动细胞培养工作站的轴测示意图(隐去了基壳的前侧面)；
图2为自动细胞培养工作站的隐去基壳和密封仓后的轴测示意图；
图3为自动细胞培养工作站的隐去基壳后的主视示意图；
图4为沿图3中A-A剖面线的剖视示意图；
附图标记说明：
1-基壳；1.1-第一侧门；1.2-通风模块；1.3-废液口；1.4-废料门；2-搁置架；2.1-中间轴；2.2-置物盘；2.3-紧定杆；2.4-限位块；3-培养架；3.1-密封仓；3.2-侧封门；3.3-第二侧门；3.4-温控组件；3.5-气体调节组件；3.6-紫外灯；4-机械夹爪；5-储料盒；6-离心模块；7-旋盖模块；7.1-锁扣件；8-转移模块；8.1-第一吸管；9-加液模块；9.1-第二吸管；9.2-蠕动泵；10-加热模块；10.1-加热仓；10.2-加热台；11-观测模块；11.1-显微镜；11.2-载物台；12-培养瓶。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。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，所描述的实施例仅仅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。另外需要说明的是，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后、内、外)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
请参阅图1-图4，本发明的实施例提供的一种自动细胞培养工作站，包括封闭的基壳1，基壳1的内部依次设有储藏模组、操作模组和培养模组，其中：
储藏模组，包括可转动的搁置架2和用于驱动搁置架2旋转的第一动力源，搁置架2用于存放空的培养瓶12；
操作模组，包括用于夹持培养瓶12或试剂管的机械夹爪4、用于存放试剂管的储料盒5、用于对试剂管进行离心的离心模块6、用于对培养瓶12或试剂管进行旋盖的旋盖模块7、用于对培养瓶12进行吸液/排液的转移模块8和具备吸液/排液功能的加液模块9；
培养模组，包括密封仓3.1、位于密封仓3.1内的培养架3和用于驱动培养架3旋转的第二动力源，培养架3用于存放培养瓶12，密封仓3.1的侧面设有供机械夹爪4穿过的转运窗和用于封闭转运窗的侧封门3.2，侧封门3.2设置为常闭状态且在机械夹爪4穿过时打开。
上述方案通过在基壳1内依次设置储藏模组、操作模组和培养模组，其中储藏模组的搁置架2主要用于放置空的培养瓶12，培养模组的培养架3主要用于放置存有细胞培养液的培养瓶12，而操作模块集成了对培养瓶12进行转移的机械夹爪4、对培养瓶12进行开盖的旋盖模块7、对培养瓶12进行试剂添加的储料盒5和加液模块9、对试剂进行离心的离心模块6、对培养瓶12进行传代的转移模块8，从而实现了对细胞的全自动培养与传代培养，细胞培养效果好且稳定，同时有效避免了人工干预或外界污染，具备较好的实用性。
当进行一般的细胞培养时，操作模组的机械夹爪4通过夹取储料盒5内的试剂管，根据需要将试剂管由离心模块6进行离心，或者由旋盖模块7进行开盖，或者由加液模块9进行吸液，随后机械夹爪4从培养架3夹取相应的培养瓶12至旋盖模块7以实现对培养瓶12的开盖，待加液模块9将试剂添加入培养瓶12后，机械夹爪4移送培养瓶12复位至培养架3，继续进行细胞培养；
当进行细胞传代培养时，操作模组的机械夹爪4从培养架3夹取培养瓶12，经旋盖模块7进行开盖后，可以由加液模块9向培养瓶12添加分离用的试剂，随后通过转移模块8吸取该培养瓶12中的细胞液；随后机械夹爪4从搁置架2夹取新的培养瓶12至转移模块8，实现对上述细胞液的传代转移培养。
在本实施例中储藏模组、操作模组和培养模组沿从左到右的顺序设置在基壳1的内部，基壳1的左侧面设有朝向搁置架2设置的第一窗口和用于开关第一窗口的第一侧门1.1，侧封门3.2位于密封仓3.1的左侧面，密封仓3.1的右侧面设有第二窗口和用于开关第二窗口的第二侧门3.3。当搁置架2上的培养瓶12数量不足时，外界可以通过打开第一侧门1.1补充搁置架2上的培养瓶12；当培养架3上的培养瓶12需要更换时，外界可以通过打开第二侧面替换培养架3上的培养瓶12，操作简单方便。
进一步的，转移模块8位于旋盖模块7的侧方，加液模块9位于旋盖模块7的下方，储料盒5位于加液模块9的侧方，从而减小机械夹爪4在转移模块8、加液模块9、旋盖模块7和储料盒5之间的移动距离，提升操作效率。
在本实施例中，旋盖模块7包括可扣接于培养瓶12或试剂管的盖体上的锁扣件7.1和用于驱动锁扣件7.1旋转的电机，锁扣件7.1的下端面设有锥形的供盖体卡入的卡槽，从而实现对培养瓶12或试剂管的开盖或关盖。离心模块6包括离心机，离心机上设有供试剂管插入的安装孔。
作为对上述实施例的拓展，操作模组还包括加热模块10，加热模块10包括加热仓10.1和可拆卸连接于加热仓10.1内的若干个加热台10.2，加热仓10.1的侧面设有供机械夹爪4穿过的开口，若干加热台10.2沿竖向层叠排布，加热台10.2用于放置培养瓶12并进行加热。采用该结构后，加热台10.2能够实现对培养瓶12的底面的整体式加热，加热均匀且快速；且加热台10.2的数量可以根据需要自由设置，更好的满足多线程操作。加热仓10.1则能有效隔绝热量，防止加热台10.2的热量散发至基壳1内的其他位置。
作为对上述实施例的拓展，操作模组内还包括观测模块11，观测模块11包括用于放置培养瓶12的载物台11.2、用于驱动载物台11.2沿X,Y,Z轴方向移动的驱动组件图中未示出和正对载物台11.2设置的显微镜11.1。驱动组件可以是丝杠滑台，驱动组件根据相应算法带动载物台11.2在X,Y,Z轴方向移动，方便显微镜11.1进行自动对焦与观察；且由于观测模块11集成在即可的内部，不需要把培养瓶12拿到外界进行计数和观察，节约了操作时间，提高了设备的自动化程度。
在本实施例中，搁置架2包括中间轴2.1、若干置物盘2.2和多个紧定杆2.3，若干置物盘2.2沿轴向套接于中间轴2.1上，多个紧定杆2.3沿周向通过螺母或直接卡接于置物盘2.2的外周侧，置物盘2.2上设有沿周向排布的多个限位块2.4，任意相邻的两个限位块2.4之间设有供培养瓶12卡入的间隙，培养架3与搁置架2结构相同。采用该结构后，搁置架2与培养架3能够实现对培养瓶12的稳固放置，且搁置架2与培养架3拆装方便，稳固性好，又能方便机械夹爪4对培养瓶12进行夹取。
第一动力源和第二动力源均优选为电机，第一动力源与搁置架2的中间轴2.1相连接，第二动力源与培养架3的中间轴2.1相连接。
作为对上述实施例的拓展，基壳1上还设有常闭的废液口1.3，废液口1.3在机械夹爪4倾倒废液时自动打开；基壳1的侧面设有常闭的废料门1.4，废料门1.4在机械夹爪4倾倒废料时自动打开，从而在尽可能保证基壳1内环境稳定的前提下实现对基壳1内部的废液及固体废料的自动排出。
作为对上述实施例的拓展，基壳1上设有用于调节内部空气循环的通风模块1.2，通风模块1.2包括位于基壳1上部的上风口和位于基壳1下部的下风口，上风口和下风口均设有空气过滤器，从而使得基壳1内能够形成相对稳定、清洁的操作环境，有效避免外部污染。
在本实施例中，转移模块8包括第一吸管8.1，第一吸管8.1通过注射泵驱动实现吸液/排液；加液模块9包括第二吸管9.2，第二吸管9.2铜通过注射泵或蠕动泵9.2实现吸液/排液，从而实现对培养瓶12或试剂管内的液体的精确吸液/排液。
作为对上述实施例的拓展，密封仓3.1内设有用于调节温度的温控组件3.4、用于调节二氧化碳浓度的的气体调节组件3.5，密封仓3.1的内侧壁设有若干紫外灯3.6，从而保证密封仓3.1内的培养瓶12能够处于适宜的环境中，更好地实现对细胞的孵育培养。
虽然本公开披露如上，但本公开的保护范围并非仅限于此。对本领域技术人员来说，在不脱离本公开的精神和范围的前提下，可进行各种变更与修改，这些变更与修改均将落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种自动细胞培养工作站，包括封闭的基壳(1)，其特征在于，所述基壳(1)的内部依次设有储藏模组、操作模组和培养模组，其中：
储藏模组，包括可转动的搁置架(2)和用于驱动所述搁置架(2)旋转的第一动力源，所述搁置架(2)用于存放培养瓶(12)；
操作模组，包括用于夹持培养瓶(12)或试剂管的机械夹爪(4)、用于存放试剂管的储料盒(5)、用于对试剂管进行离心的离心模块(6)、用于对培养瓶(12)或试剂管进行旋盖的旋盖模块(7)、用于对培养瓶(12)进行吸液/排液的转移模块(8)和具备吸液/排液功能的加液模块(9)；
培养模组，包括密封仓(3.1)、位于所述密封仓(3.1)内的培养架(3)和用于驱动所述培养架(3)旋转的第二动力源，所述培养架(3)用于存放培养瓶(12)，所述密封仓(3.1)的侧面设有供所述机械夹爪(4)穿过的转运窗和用于封闭所述转运窗的侧封门(3.2)，所述侧封门(3.2)设置为常闭状态且在所述机械夹爪(4)穿过时打开。
2.根据权利要求1所述的自动细胞培养工作站，其特征在于，所述储藏模组、操作模组和培养模组沿从左到右的顺序设置在所述基壳(1)的内部，所述基壳(1)的左侧面设有朝向所述搁置架(2)设置的第一窗口和用于开关所述第一窗口的第一侧门(1.1)，所述侧封门(3.2)位于所述密封仓(3.1)的左侧面，所述密封仓(3.1)的右侧面设有第二窗口和用于开关所述第二窗口的第二侧门(3.3)。
3.根据权利要求1所述的自动细胞培养工作站，其特征在于，所述转移模块(8)位于所述旋盖模块(7)的侧方，所述加液模块(9)位于所述旋盖模块(7)的下方，所述储料盒(5)位于所述加液模块(9)的侧方。
4.根据权利要求1-3任一所述的自动细胞培养工作站，其特征在于，所述操作模组还包括加热模块(10)，所述加热模块(10)包括加热仓(10.1)和可拆卸连接于所述加热仓(10.1)内的若干个加热台(10.2)，所述加热仓(10.1)的侧面设有供所述机械夹爪(4)穿过的开口，若干所述加热台(10.2)沿竖向层叠排布，所述加热台(10.2)用于放置培养瓶(12)并进行加热。
5.根据权利要求1-3任一所述的自动细胞培养工作站，其特征在于，所述操作模组内还包括观测模块(11)，所述观测模块(11)包括用于放置培养瓶(12)的载物台(11.2)、用于驱动所述载物台(11.2)沿X,Y,Z轴方向移动的驱动组件和正对所述载物台(11.2)设置的显微镜(11.1)。
6.根据权利要求1-3任一所述的自动细胞培养工作站，其特征在于，所述搁置架(2)包括中间轴(2.1)、若干置物盘(2.2)和多个紧定杆(2.3)，若干所述置物盘(2.2)沿轴向套接于所述中间轴(2.1)上，多个所述紧定杆(2.3)沿周向可拆卸连接于所述置物盘(2.2)的外周侧，所述置物盘(2.2)上设有沿周向排布的多个限位块(2.4)，任意相邻的两个限位块(2.4)之间设有供培养瓶(12)卡入的间隙，所述培养架(3)与所述搁置架(2)结构相同。
7.根据权利要求1-3任一所述的自动细胞培养工作站，其特征在于，所述基壳(1)上还设有常闭的废液口(1.3)，所述废液口(1.3)在所述机械夹爪(4)倾倒废液时自动打开；所述基壳(1)的侧面设有常闭的废料门(1.4)，所述废料门(1.4)在所述机械夹爪(4)倾倒废料时自动打开。
8.根据权利要求1-3任一所述的自动细胞培养工作站，其特征在于，还包括用于调节所述基壳(1)内部空气循环的通风模块(1.2)，所述通风模块(1.2)包括位于基壳(1)上部的上风口和位于基壳(1)下部的下风口，所述上风口和下风口均设有空气过滤器。
9.根据权利要求1-3任一所述的自动细胞培养工作站，其特征在于，所述转移模块(8)包括第一吸管(8.1)，所述第一吸管(8.1)通过注射泵驱动实现吸液/排液；所述加液模块(9)包括第二吸管(9.2)，所述第二吸管(9.2)通过注射泵或蠕动泵(9.2)实现吸液/排液。
10.根据权利要求1-3任一所述的自动细胞培养工作站，其特征在于，所述密封仓(3.1)内设有用于调节温度的温控组件(3.4)、用于调节二氧化碳浓度的的气体调节组件(3.5)，所述密封仓(3.1)的内侧壁设有若干紫外灯(3.6)。
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