CN115025891A - 一种离心杯、细胞离心方法及离心设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种离心杯、细胞离心方法及离心设备，该离心杯包括杯碗、杯盖、第一区域间隔板、第二区域间隔板以及第三区域间隔板；第一区域间隔板在朝向杯碗的侧壁一端与杯碗的内壁存在预设间隙；在第二区域间隔板的外端部与杯碗的内壁之间、以及第三区域间隔板的外端部与杯碗的内壁之间均形成泄流口；杯盖和/或杯碗设置有进液流道和出液流道；进液流道的进液流道口位于预设间隙内，与杯碗的内壁之间的距离在第一预设范围内；出液流道的出液流道口与杯碗的内壁之间的距离在第二预设范围内，并位于第二区域间隔板与第三区域间隔板之间。上述离心杯在连续流浓缩基础上，实现高转速、高流量情况下少逸出，快速浓缩，进而同时提高得率与活率。

Description

一种离心杯、细胞离心方法及离心设备

技术领域

本发明涉及细胞处理技术领域，特别涉及一种离心杯、细胞离心方法及离心设备。

背景技术

在细胞处理领域，需要将细胞液进行浓缩，即，将低浓度的细胞液浓缩为高浓度的细胞液，以便于后续的细胞处理，比如保存与运输等。为此，通常选用离心沉降的方法浓缩细胞：将细胞液加入离心杯内，在高转速下通过离心力将细胞推至离心杯边缘，最后抽取离心杯内靠近旋转中心的上清液完成细胞液浓缩，在离心沉降的方法浓缩细胞过程中，关注得率和活率两个特性指标，得率为衡量在浓缩时细胞从离心杯出口逃逸的比例，即得率＝处理后活细胞数/处理前活细胞数，活率为衡量细胞经离心引起的流体剪切存活的比例，即活率＝活细胞数/总细胞数。

目前，大部分离心杯在转速3000rpm以上时，会带来大剪切损伤细胞，从而得率较低；在转速2500rpm以下时，不能使用高流量，进而转速降低，细胞沉降速度也随之降低，从而活率较低，因此，现有连续流浓缩技术中，离心杯在高流速和高转速的情况下，造成了得率-活率低，浓缩效果不理想。

发明内容

本发明提供了一种离心杯、细胞离心方法及离心设备，该离心杯在连续流浓缩基础上优化流场、改变细胞轨迹，实现高转速、高流量情况下少逸出，快速浓缩，进而同时提高得率与活率。

为达到上述目的，本发明提供以下技术方案：

本申请提供了一种离心杯，该离心杯包括杯碗、杯盖、第一区域间隔板、第二区域间隔板以及第三区域间隔板；

所述第一区域间隔板的延伸方向为从所述杯碗的中心朝向所述杯碗的侧壁方向，并在朝向所述杯碗的侧壁一端与所述杯碗的内壁存在预设间隙；在所述第二区域间隔板的外端部与所述杯碗的内壁之间、以及所述第三区域间隔板的外端部与所述杯碗的内壁之间均形成泄流口；

所述杯盖和/或所述杯碗设置有进液流道和出液流道；所述进液流道的进液流道口位于所述预设间隙内，与所述杯碗的内壁之间的距离在第一预设范围内；所述出液流道的出液流道口与所述杯碗的内壁之间的距离在第二预设范围内，并位于所述第二区域间隔板与所述第三区域间隔板之间。

更进一步地，所述在朝向所述杯碗的侧壁一端与所述杯碗的内壁存在预设间隙，包括：

所述第一区域间隔板在朝向所述杯碗的侧壁一端设置有端板，所述端板与所述杯碗的内壁之间形成缝隙。

更进一步地，所述端板为弧形，其弧长大于或等于5mm。

更进一步地，所述第一预设范围为0.1mm～20mm。

更进一步地，所述第二预设范围为大于或等于4mm。

更进一步地，所述第一区域间隔板、所述第二区域间隔板以及所述第三区域间隔板沿所述杯碗的旋转方向依次间隔设置；

所述第一区域间隔板、所述第二区域间隔板以及所述第三区域间隔板均沿所述杯碗的径向延伸，并成“Y”字形分布，所述第一区域间隔板固定连接于设有所述进液流道的所述杯盖或所述杯碗，所述第二区域间隔板和所述第三区域间隔板固定连接于所述杯盖或所述杯碗。

更进一步地，所述第二区域间隔板的外端部与所述杯碗的内壁之间形成的泄流口、以及所述第三区域间隔板的外端部与所述杯碗的内壁之间形成泄流口均小于所述进液流道口与所述杯碗的内壁之间的距离。

更进一步地，所述第二区域间隔板与所述第三区域间隔板分布于所述出液流道口的两侧。

另外，本申请提供一种细胞离心方法，所述细胞离心方法通过基于上述任意一种离心杯进行细胞离心操作，所述细胞离心方法包括：

通过进液流道口流入待处理液；

通过旋转装置令所述离心杯驱动自转，使所述待处理液从预设间隙周边环向流至泄流口进行离心；所述离心杯与所述旋转装置连接；

在离心过程中通过出液流道口抽出流出液；所述流出液为所述待处理液经离心后邻近所述出液流道口的液体。

本申请还提供一种离心设备，该离心设备包括上述任意一种离心杯。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1、本发明的离心杯设置有第一区域间隔板、第二区域间隔板以及第三区域间隔板，通过三个区域间隔板实现对细胞液的流动控制，在第一区域间隔板朝向杯碗的侧壁一端与杯碗的内壁之间形成预设间隙，并将向杯碗内输送细胞液的进液流道口设置于预设间隙内，使向杯碗内输送细胞液的进液流道口的位置远离旋转中心，给细胞沉降提供较大的离心力，同时细胞液从进液流道口进入预设间隙内，液体流动方向转变为切向方向，在这种流动方式下，流体扰动影响小于离心沉降影响，细胞逐渐贴壁；随着液体携带细胞继续沿圆周壁面流动，流体扰动进一步减小，细胞充分沉降至贴壁；通过预设间隙和进液流道口的结构设计可以对进液速度和加速度的控制，从而控制细胞轨迹，实现细胞快速沉降，并提高了离心的得率和活率；

2、本发明的离心杯设置有成“Y”字形分布的三个区域间隔板，在弧形的端板与杯碗内壁之间形成细胞液的入口区域，入口区域用于将入液流动方向从径向变为切向；在第一区域间隔板和第二区域间隔板之间形成发展区域，发展区域用于使细胞液随着液体携带细胞继续沿圆周壁面流动，流体扰动进一步减小，细胞充分沉降至贴壁；在第二区域间隔板与第三区域间隔板之间形成出口区域，出口区域用于形成巨大漩涡，完成细胞-上清液的分离，提高了离心的得率和活率；

3、本发明的离心杯通过设置的第二区域间隔板和第三区域间隔板，能够在第二区域间隔板与杯碗的内壁之间、以及第三区域间隔板与杯碗的内壁之间均形成泄流口，第二区域间隔板和第三区域间隔板能够提供与预设间隙相似的流场情况，通过泄流口形成的间隙引导细胞沿圆周壁面运动，迫使细胞沉降至贴紧圆周壁面，进一步避免细胞扰动，使细胞保持贴壁状态持续沉降，同时第二区域间隔板和第三区域间隔板靠近出液流道口，在细胞贴壁时液体从出液流道口流出，避免了细胞在出液流道口附近扬起，进而减少了细胞丢失，从而提高了离心的得率和活率；

4、本发明通过将出液流道口设置于第二区域间隔板与第三区域间隔板之间，使得液体在第二区域间隔板与第三区域间隔板之间形成巨大漩涡，从而能够温柔且清晰地完成细胞-上清液的分离，提高了离心的得率和活率。

因此，采用上述结构的离心杯能够对液体的速度与加速度两个方面优化细胞运动，做到低转速、高流量情况下减少细胞的逸出，实现细胞液的快速浓缩，进而同时提高得率与活率。

附图说明

图1为本发明离心杯的爆炸结构示意图；

图2为本发明离心杯的剖视图；

图3为本发明离心杯去除杯盖后的俯视图；

图4为本发明细胞离心方法的流程图。

其中，1-杯碗，2-杯盖，3-第一区域间隔板，4-第二区域间隔板，5-第三区域间隔板，6-端板，7-预设间隙，8-第一泄流口，9-第二泄流口，10-进液流道，11-出液流道，12-进液口，13-出液口，14-进液流道口，15-出液流道口。

具体实施方式

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。

实施例一

本实施例提供了一种离心杯，如图1、图2和图3结构所示，该离心杯包括杯碗1、杯盖2、第一区域间隔板3、第二区域间隔板4以及第三区域间隔板5；杯碗1内形成容置细胞液的圆形空腔；杯盖2密封地盖设于杯碗1的顶部；杯碗1的半径和高度可以根据需求设定，杯碗1的半径可以为30mm～80mm，杯碗1的高度也可以为30mm～80mm，杯碗1的半径优选30mm，杯碗1的高度优选35mm。

第一区域间隔板3的延伸方向为从杯碗1的中心朝向杯碗1的侧壁方向，并在朝向杯碗1的侧壁一端与杯碗1的内壁存在预设间隙；在第二区域间隔板4的外端部(也即靠近杯碗1的内壁的端部)与杯碗1的内壁之间、以及第三区域间隔板5的外端部(也即靠近杯碗1的内壁的端部)与杯碗1的内壁之间均形成泄流口。

所述杯盖2和/或所述杯碗1设置有进液流道10和出液流道11；进液流道10的进液流道口14位于预设间隙7内，与杯碗1的内壁之间的距离在第一预设范围内；出液流道11的出液流道口15与杯碗1的内壁之间的距离在第二预设范围内，并位于第二区域间隔板4与第三区域间隔板5之间，其中，所述第一预设范围和所述第二预设范围根据需求设定，比如：第一预设范围为0.01至30mm，第二预设范围为4mm至20mm等等。

在一实施例中，第一预设范围为0.1mm～20mm。

在一实施例中，第二预设范围为大于或等于4mm。

在一实施例中，当需要通过离心杯对细胞液进行浓缩时，杯碗1沿顺时针方向旋转，如图3所示，沿杯碗1的旋转方向，第一区域间隔板3、第二区域间隔板4以及第三区域间隔板5依次间隔设置；也可以沿着与杯碗1旋转相反方向，依次间隔设置第一区域间隔板3、第二区域间隔板4以及第三区域间隔板5，第一区域间隔板3、第二区域间隔板4以及第三区域间隔板5均沿杯碗1的径向延伸，并成“Y”字形分布，第一区域间隔板3固定连接于设有进液流道10的杯盖2或杯碗1，第二区域间隔板4和第三区域间隔板5固定连接于杯盖2或杯碗1，第二区域间隔板4与第一区域间隔板3之间、第二区域间隔板4与第三区域间隔板5之间、以及第三区域间隔板5与第一区域间隔板3之间均具有间隙；第二区域间隔板4与第三区域间隔板5之间的夹角为10°～120°，如：10°、20°、30°、40°、50°、60°、80°、90°、100°、120°；如图3结构所示，优选地，第二区域间隔板4与第三区域间隔板5之间的夹角为60°。

第一区域间隔板3从杯碗1的中心朝向杯碗1的侧壁方向延伸，并在朝向杯碗1的侧壁一端与杯碗1的内壁存在预设间隙7，在一实施例中，在朝向杯碗1的侧壁一端设置有端板6，端板6与杯碗1的内壁之间形成缝隙，所述端板6能够有助于进液流道口14进液时减少对细胞的损伤，缝隙即形成预设间隙7，在一实施例中，在朝向杯碗1的侧壁一端设置有端板6，在一实施例中，端板6的曲率可以与杯碗1内侧壁的曲率相同，从而在端板6与杯碗1的内壁之间形成弧形缝隙；第一区域间隔板3一端靠近杯碗1的中心设置，并与杯碗1的旋转轴心重合，另一端靠近杯碗1的内侧壁且固定连接有端板6；端板6的弧长大于或者等于5mm；在第二区域间隔板4的外端部与杯碗1的内壁之间形成第一泄流口8，并在第三区域间隔板5的外端部与杯碗1的内壁之间形成第二泄流口9；端板6、第二区域间隔板4以及第三区域间隔板5与杯碗1的侧壁之间的距离均为0.1mm～10mm；第二区域间隔板4与杯碗1的内壁之间的距离可以为3mm；第三区域间隔板5与杯碗1的内壁之间的距离可以为3mm，进液流道口14与杯碗1的侧壁之间的距离小于端板6与杯碗1的侧壁之间的距离。

其中，端板6的形状可以根据需求进行设定，比如端板6的形状为弧形、T形、三角形等等。

在一实施例中，第二区域间隔板4的外端部与杯碗1的内壁之间形成的第一泄流口8、以及第三区域间隔板5的外端部与杯碗1的内壁之间形成第二泄流口9均小于进液流道口14与杯碗1的内壁之间的距离。杯盖2和/或杯碗1设置有进液流道10和出液流道11，即，进液流道10可以设置于杯盖2或杯碗1，也可以同时设置于杯盖2和杯碗1，出液流道11同理；如图2和图3结构所示，进液流道10先沿杯盖2和杯碗1的中心延伸至杯碗1的内底面，然后继续沿第一区域间隔板3的底边延伸至预设间隙7，连通进液口12和进液流道口14；出液流道11沿杯盖2旋转中心和底面的径向延伸，连通出液口13和出液流道口15；进液流道10的进液口12和出液流道11的出液口13均可以位于杯盖2的顶部；进液流道10的进液流道口14位于预设间隙7内，进液流道口14与杯碗1的内壁之间的距离为5mm；出液流道11的出液流道口15设置于杯盖2的底部，与杯碗1的内壁之间的距离为20mm～30mm，出液流道口15与杯碗1的内壁之间的距离优选25mm；出液流道口15位于第二区域间隔板4与第三区域间隔板5之间；第二区域间隔板4与第三区域间隔板5对称分布于出液流道口15的两侧，第二区域间隔板4与第三区域间隔板5也可以近似对称分布于出液流道口15的两侧。进液流道口14和出液流道口15的面积均小于9mm²，进液流道口14和出液流道口15的面积优选4mm²，并且进液流道口14和出液流道口15均为方形口。

上述离心杯设置有第一区域间隔板3、第二区域间隔板4以及第三区域间隔板5，通过三个区域间隔板实现对细胞液的流动控制，在第一区域间隔板3朝向杯碗1的侧壁一端设置有弧形的端板6，在端板6与杯碗1的内壁之间形成弧形缝隙，并将向杯碗1内输送细胞液的进液流道口14设置于弧形缝隙内，在弧形缝隙内形成细胞液的入口区域，使向杯碗1内输送细胞液的进液流道口14的位置远离旋转中心，给细胞沉降提供较大的离心力，同时细胞液从进液流道口14进入弧形缝隙内，受间隙壁面约束，液体流动方向转变为切向方向，流体扰动影响小于离心沉降影响，细胞逐渐贴壁；随着液体携带细胞继续沿圆周壁面流动，流体扰动进一步减小，细胞充分沉降至贴壁；通过弧形缝隙和进液流道口14的结构设计可以对进液速度和加速度的控制，从而控制细胞轨迹，实现细胞快速沉降；通过设置在第一区域间隔板3端部的端板6，可以使流入杯碗1内的细胞液从进液流道口14进入弧形缝隙，细胞液形成环向液流，此时细胞速度沿环向，便于控制细胞的初始运动特征和初始轨迹，控制好细胞的初始轨迹是细胞持续沉降的关键。

离心杯通过设置的第二区域间隔板4和第三区域间隔板5，能够在第二区域间隔板4与杯碗1的内壁之间形成第一泄流口8，在第三区域间隔板5与杯碗1的内壁之间形成第二泄流口9，通过设置的第二区域间隔板4和第三区域间隔板5能够在与杯碗1之间提供与弧形缝隙相似的流场情况，通过泄流口形成的间隙引导细胞沿圆周壁面运动，迫使细胞沉降至贴紧圆周壁面，进一步避免细胞扰动，使细胞保持贴壁状态持续沉降；出液流道口15与杯碗1的内壁之间的距离为第二预设范围时，优选地，第二预设范围为20mm～30mm，使离心杯旋转时液体受离心作用形成环形液面，当液体高于出液流道口15则被迅速抽走，使液面稳定，确保流体轨迹一致便于控制，进一步确保第一泄流口8的液流控制效果；同时第二区域间隔板4和第三区域间隔板5靠近出液流道口15，在细胞贴壁时液体从出液流道口15流出，避免了细胞在出液流道口15附近扬起，进而减少了细胞丢失。

离心杯在杯盖2的底部设置出液流道口15，使出液流道口15位于杯碗1的顶部，通过设置的出液流道口15可以使到达出液流道口15的液体流出离心杯，从而能够锁定离心杯内的液面位置，保持离心杯内的液面稳定。

离心杯在杯盖2或杯碗1上设置有成“Y”字形分布的三个区域间隔板，在弧形的端板6与杯碗1内壁之间形成细胞液的入口区域，入口区域用于将入液流动方向从径向变为切向；在第一区域间隔板3和第二区域间隔板4之间形成发展区域，发展区域用于使细胞液随着液体携带细胞继续沿圆周壁面流动，流体扰动进一步减小，细胞充分沉降至贴壁，通过发展区域可以沿袭弧形缝隙处的流动规律，继续巩固细胞沉降的效果；通过将出液流道口15设置于第二区域间隔板4与第三区域间隔板5之间，在第二区域间隔板4与第三区域间隔板5之间形成出口区域，出口区域用于使液体在第二区域间隔板4与第三区域间隔板5之间形成巨大漩涡，能够完成细胞-上清液的分离，提高了离心的得率和活率。

因此，采用上述结构的离心杯能够对液体的速度与加速度两个方面优化细胞运动，做到高转速、高流量情况下减少细胞的逸出，实现细胞液的快速浓缩，进而同时提高得率与活率。

更进一步地，第二区域间隔板4与第一区域间隔板3之间、以及第三区域间隔板5与第一区域间隔板3之间均具有径向间隙。

通过T细胞进行验证，经过多次浓缩实验，采用上述离心杯的人T细胞浓缩后的得率、活率如下表1：

表1人T细胞浓缩试验结果

采用上述离心杯能够实现对细胞液进行连续流浓缩，在进液口和出液口之间形成连续流，细胞液的流量可以达到每分钟100ml/min～250ml/min，并且在浓缩过程中，离心杯的转速可以在2000rpm～2500rpm。

当离心杯在杯盖2的底部设置出液流道口15时，出液流道口15位于杯碗1的顶部，通过设置的出液流道口15可以使到达出液流道口15的液体流出离心杯，从而能够锁定离心杯内的液面位置，保持离心杯内的液面稳定。

实施例二

本实施例提供了一种细胞离心方法，如图4所示，细胞离心方法通过上述实施例的离心杯进行细胞离心操作，细胞离心方法包括以下步骤：

步骤S10，通过进液流道口14流入待处理液。

步骤S20，通过旋转装置令离心杯驱动自转，使待处理液从预设间隙7周边环向流至泄流口进行离心；离心杯与旋转装置连接。

步骤S30，在离心过程中通过出液流道口15抽出流出液；流出液为待处理液经离心后邻近出液流道口15的液体。

待处理液为需要进行细胞离心的溶液，待处理液从进液流道口14流入，在弧形的端板6与杯碗1内壁之间形成细胞液的入口区域，入口区域用于将入液流动方向从径向变为切向；在第一区域间隔板3和第二区域间隔板4之间形成发展区域，发展区域用于使细胞液随着液体携带细胞继续沿圆周壁面流动，流体扰动进一步减小，细胞充分沉降至贴壁，在离心杯自转过程中，通过发展区域可以沿袭预设间隙7处的流动规律，继续巩固细胞沉降的效果；通过将出液流道口15设置于第二区域间隔板4与第三区域间隔板5之间，在第二区域间隔板4与第三区域间隔板5之间形成出口区域，出口区域用于使液体在第二区域间隔板4与第三区域间隔板5之间形成巨大漩涡，因此，本发明实现了通过通过进液流道口14流入待处理液；通过旋转装置令离心杯驱动自转，使待处理液从预设间隙7周边环向流至泄流口进行离心；离心杯与旋转装置连接；在离心过程中通过出液流道口15抽出流出液，如此，能够温柔而清晰得完成细胞-上清液的分离，从而抽出流出液，流出液为待处理液经离心后邻近出液流道口15的液体，从而提高了离心获得的流出液的得率和活率。

实施例三

本实施例提供了一种离心设备，离心设备包括上述实施例中的离心杯，通过上述离心杯进行细胞离心操作，细胞离心操作为运用离心沉降的方法浓缩细胞的操作过程。

由于离心设备采用上述离心杯，因此，能够实现细胞液的连续流浓缩，并能够提高细胞液在离心过程中的得率和活率。

显然，本领域的技术人员可以对本发明实施例进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种离心杯，其特征在于，包括杯碗、杯盖、第一区域间隔板、第二区域间隔板、以及第三区域间隔板；

所述第一区域间隔板的延伸方向为从所述杯碗的中心朝向所述杯碗的侧壁方向，并在朝向所述杯碗的侧壁一端与所述杯碗的内壁存在预设间隙；在所述第二区域间隔板的外端部与所述杯碗的内壁之间、以及所述第三区域间隔板的外端部与所述杯碗的内壁之间均形成泄流口；

所述杯盖和/或所述杯碗设置有进液流道和出液流道；所述进液流道的进液流道口位于所述预设间隙内，与所述杯碗的内壁之间的距离在第一预设范围内；所述出液流道的出液流道口与所述杯碗的内壁之间的距离在第二预设范围内，并位于所述第二区域间隔板与所述第三区域间隔板之间。

2.根据权利要求1所述的离心杯，其特征在于，所述在朝向所述杯碗的侧壁一端与所述杯碗的内壁存在预设间隙，包括：

在朝向所述杯碗的侧壁一端设置有端板，所述端板与所述杯碗的内壁之间形成缝隙。

3.根据权利要求2所述的离心杯，其特征在于，所述端板为弧形，其弧长大于或等于5mm。

4.根据权利要求1所述的离心杯，其特征在于，所述第一预设范围为0.1mm～20mm。

5.根据权利要求1所述的离心杯，其特征在于，所述第二预设范围为大于或等于4mm。

6.根据权利要求1所述的离心杯，其特征在于，所述第一区域间隔板、所述第二区域间隔板以及所述第三区域间隔板沿所述杯碗的旋转方向依次间隔设置；

所述第一区域间隔板、所述第二区域间隔板以及所述第三区域间隔板均沿所述杯碗的径向延伸，并成“Y”字形分布，所述第一区域间隔板固定连接于设有所述进液流道的所述杯盖或所述杯碗，所述第二区域间隔板和所述第三区域间隔板固定连接于所述杯盖或所述杯碗。

7.根据权利要求1所述的离心杯，其特征在于，所述第二区域间隔板的外端部与所述杯碗的内壁之间形成的泄流口、以及所述第三区域间隔板的外端部与所述杯碗的内壁之间形成泄流口均小于所述进液流道口与所述杯碗的内壁之间的距离。

8.根据权利要求6所述的离心杯，其特征在于，所述第二区域间隔板与所述第三区域间隔板分布于所述出液流道口的两侧。

9.一种细胞离心方法，其特征在于，所述细胞离心方法通过基于权利要求1至8任一所述的离心杯进行细胞离心操作，所述细胞离心方法包括：

通过进液流道口流入待处理液；

通过旋转装置令所述离心杯驱动自转，使所述待处理液从预设间隙周边环向流至泄流口进行离心；所述离心杯与所述旋转装置连接；

在离心过程中通过出液流道口抽出流出液；所述流出液为所述待处理液经离心后邻近所述出液流道口的液体。

10.一种离心设备，其特征在于，包括如权利要求1至8任一所述的离心杯。

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