CN116286270A - 一种用于细胞离心分离的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于细胞离心分离的装置，包括外杯体、内杯体和杯底盖；所述内杯体设置在所述外杯体内部，所述外杯体的内壁与所述内杯体的外壁之间具有夹层，所述杯底盖设置在所述外杯体的底部，所述杯底盖与所述夹层配合形成离心腔室；所述第一通道设置在离心腔室的上部，所述第二通道和第三通道设置在所述离心腔室的下部；所述第二通道靠近所述外杯体的内壁，所述第三通道靠近所述内杯体的外壁。本发明还提供一种分离方法。本发明提供的用于细胞离心分离的装置及方法，通过离心腔室的三个通道，可以实现大体积细胞液连续流浓缩洗涤处理和小体积的细胞液浓缩洗涤处理，应用范围更广，兼容性更强；分离效果更好，效率更高。

Description

一种用于细胞离心分离的装置及方法

技术领域

本发明属于生物工程技术领域，具体涉及一种用于细胞离心分离的装置及方法。

背景技术

在生物工程、细胞处理等领域，通常需要将细胞液进行浓缩、洗涤、分离、提纯，即将低浓度或含有杂质的细胞液浓缩分离，以达到获取高浓度细胞产品的目的，减少后续细胞的培养、保存或运输等场景造成的损耗。常见的细胞浓缩分离方式为离心沉降方法，即将细胞液通入旋转的离心杯中，由于受到的离心力和自身质量有关，细胞液中的细胞等质量稍大的物质被离心力驱动靠近离心杯边缘，离心杯中部则是细胞液中的上清液(废液，不想保留的液体)，将离心杯边缘的细胞浓缩液保留，将中间的上清液排出的过程就称之为细胞浓缩分离，细胞浓缩分离的主要指标为细胞得率和细胞活率。

现有技术中的离心杯通常为一个入口一个出口的形式，细胞液通过入口通入，细胞浓缩液保留在离心杯中，上清液通过出口排出，由于离心杯的体积有限，在处理大体积的细胞液时，需要先将离心杯中的细胞浓缩液转移，才可以继续分离细胞液；而且在细胞液浓缩分离过程中，随着离心杯内的浓缩液增多，越靠近旋转中心的细胞受到的离心力也越小，细胞随着废液被排出的风险也就越大，细胞随着废液排出降低了细胞得率。同时在处理小体积的细胞液时，离心杯中除了有细胞浓缩液，还有大量的废液无法有效排出，不仅影响回收细胞液的浓度，还会明显影响细胞洗涤的置换率，需要更多的洗涤液来置换废液，所需的时间也会明显增加。

因此现有技术中的离心杯和离心方法不能够实现细胞分离时的容量可变，即无法实现连续离心分离。也就导致了无法满足不同的细胞分离需求，通常需要使用多种设备来处理大体积细胞液和小体积细胞液，甚至需要多台设备来配合使用；往往还存在细胞得率低，浓缩流程复杂，浓缩效果不理想，难以实现连续流离心分离等一系列问题。

发明内容

为了至少解决上述技术问题之一，本发明采用的技术方案是提供一种用于细胞离心分离的装置及方法；可以应用于大部分需求场景，即可以连续流浓缩大体积细胞液，也可以单次处理小体积细胞液，兼容性高。

为了至少实现上述目的之一，本发明采用的技术方案为：

本发明提供一种用于细胞离心分离的装置，包括外杯体、内杯体和杯底盖；所述内杯体设置在所述外杯体内部，所述外杯体的内壁与所述内杯体的外壁之间具有夹层，所述杯底盖设置在所述外杯体的底部，所述杯底盖与所述夹层配合形成离心腔室；所述离心腔室包括第一通道、第二通道和第三通道；所述第一通道设置在离心腔室的上部，所述第二通道和第三通道设置在所述离心腔室的下部；所述第二通道靠近所述外杯体的内壁，所述第三通道靠近所述内杯体的外壁。

进一步地，所述外杯体上设置有转轴；所述转轴上通过轴承旋转支撑有杯头座；所述杯头座上设置有轴心深槽，所述轴心深槽的开口端设置有轴承槽，所述轴承设置在所述轴承槽中。

进一步地，所述转轴设置在所述轴心深槽中，所述轴心深槽与所述转轴之间有环形间隙。

进一步地，所述杯头座上设置有第一出入口、第二出入口和第三出入口；所述第一出入口、第二出入口和第三出入口均与所述环形间隙流体连通。

进一步地，所述轴心深槽中依次间隔设置有多个密封圈固定环和多组密封圈；通过所述多组密封圈将所述环形间隙密封隔离出多个环形密封间隙，所述多个环形密封间隙分别与所述第一出入口、第二出入口和第三出入口流体连通。

进一步地，所述转轴内部设置有多个流体通道；所述多个流体通道分别将所述第一出入口与第一通道连通、将所述第二出入口与第二通道连通及将所述第三出入口与第三通道连通。

进一步地，所述外杯体和内杯体呈圆柱形或/或圆锥形。

本申请还提供一种根据上述用于细胞离心分离的装置的分离方法，所述装置用于大体积细胞液的连续浓缩洗涤处理或小体积细胞液的浓缩洗涤处理。

进一步地，所述装置用于大体积细胞液的连续浓缩洗涤处理的流程为：

第一蠕动泵通过第三出入口和第三通道将待处理细胞液泵入高速旋转的离心腔室中，在离心力的作用下，细胞和上清液逐渐分层；随着待处理细胞液持续泵入，部分上清液通过第一通道和第一出入口排入外置的废袋液中；浓缩过程中，分离后细胞达到一定体积之后，第二蠕动泵通过第二通道和第二出入口排出部分所述分离后细胞；所述待处理细胞液完全处理后，第二蠕动泵将剩余所述分离后细胞排出；第一蠕动泵再通过第三通道和第三出入口将离心腔室中残留的上清液排出；然后第二蠕动泵再将收集的所述分离后细胞泵入离心腔室中；

第二蠕动泵通过第二出入口和第二通道将洗涤液泵入高速旋转的离心腔室中，所述洗涤液穿过细胞层，到达离心腔室的上部，通过第一通道和第一出入口排出至外置的废液袋中；洗涤完成后，第二蠕动泵通过第二通道和第二出入口将洗涤后细胞收集；再启动第一蠕动泵通过第三通道和第三出入口将剩余的洗涤液排出，最后第二蠕动泵再通过第二通道和第二出入口将剩余的洗涤后细胞收集，完成整个大体积细胞液连续浓缩洗涤的流程。

进一步地，所述装置用于小体积细胞液的浓缩洗涤处理的流程为：

第一蠕动泵通过第三出入口和第三通道将待处理细胞液泵入离心腔室中，在离心力的作用下，细胞和上清液逐渐分层；部分上清液通过第一通道和第一出入口排入外置的废袋液中；待处理细胞液完全分离后，第一蠕动泵反向工作，将离心腔室内剩余的上清液通过第三通道和第三出入口排出；

第二蠕动泵通过第二出入口和第二通道将洗涤液泵入高速旋转的离心腔室中，洗涤液穿过细胞层，到达离心腔室的上部，部分洗涤液通过第一通道和第一出入口排出至外置的废液袋中；

洗涤完成后，第一蠕动泵通过第三出入口和第三通道将离心腔室内残留的洗涤液排出；第二蠕动泵再通过第二通道和第二出入口将剩余的洗涤后细胞收集，完成整个小体积细胞液浓缩洗涤的流程。

本发明提供一种用于细胞离心分离的装置及方法，与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

本发明提供的用于细胞离心分离的装置中，外杯体内部设置内杯体，杯底盖与外杯体、内杯体配合形成离心腔室，离心腔室设置有三个通道，三个通道结合杯头座的三个出入口及转轴内的流体通道，可以在不改变离心装置主体结构和尺寸的情况下，实现大体积细胞液连续流浓缩洗涤处理，应用范围更广；同时还可以进行小体积的细胞液浓缩洗涤处理，兼容性更强。

本发明提供的用于细胞离心分离的装置中，第一通道设置在离心腔室的上部，第二通道和第三通道设置在离心腔室的下部；第二通道靠近外杯体的内壁，第三通道靠近内杯体的外壁；在浓缩过程中可通过第二通道收集分离后细胞，使离心腔室内的液体体积维持在一个稳定范围内，不会因为堆积而造成离心半径减小而导致的离心力减小，离心效果更好。同时第二通道还可以在洗涤过程中，通入洗涤液对分离后细胞进行洗涤，洗涤过程为连续流洗涤，大大提高了洗涤效率，减少洗涤时间。

本发明提供的用于细胞离心分离的装置中，通过第三通道可以对离心腔室内的液体进行减容，排出离心腔室内多余的废液或洗涤液，实现了细胞液浓缩洗涤时的高置换率，分离效率更高。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本申请的保护范围。

附图说明

图1为本申请实施例中的用于细胞离心分离的装置的内部结构示意图一；

图2为本申请实施例中的用于细胞离心分离的装置的内部结构示意图二；

图3为本申请实施例中的用于细胞离心分离的装置的内部结构示意图三；

图4为本申请实施例中的处理大体积细胞液的连续浓缩流程；

图5为本申请实施例中的处理大体积细胞液的连续洗涤流程；

图6为本申请实施例中的处理小体积细胞液的浓缩洗涤流程；

其中，1外杯体，11离心腔室，2内杯体，3杯底盖，31第一通道，32第二通道，33第三通道，4杯头座，41第一出入口，42第二出入口，43第三出入口，5转轴，51密封圈固定环，52密封圈。

具体实施方式

为了使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合具体实施例对本发明作进一步的详细说明。请注意，下面描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。实施例中未注明具体技术或条件的，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电性连接；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或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

以下，先通过具体实施例对本发明提供的用于细胞离心分离的装置及方法作详细说明：

如图1-3所示，本实施例提供一种用于细胞离心分离的装置，主要包括外杯体1、内杯体2、杯底盖3、杯头座4和转轴5等零部件。

外杯体1内部包括能够围绕其中心轴旋转的中空离心腔，中空离心腔的截面呈圆柱形或圆锥形；优选的，本实例以圆锥形进行介绍。内杯体2设置在所述中空离心腔中，内杯体2内部包括能够围绕其中心轴旋转的中空离心室。内杯体2外壁的形状与外杯体1内壁的形状基本相同，但尺寸较小。外杯体1的内壁和内杯体2的外壁之间形成夹层。

杯底盖3密封设置在外杯体1的底部，杯底盖3与外杯体1、内杯体2配合，并与外杯体1的内壁和内杯体2外壁之间的夹层，形成密闭的离心腔室11，离心腔室11用于接收待处理细胞液。

离心腔室11包括第一通道31、第二通道32和第三通道33。第一通道31设置在离心腔室11的顶部，第二通道32和第三通道33设置在离心腔室11的底部。其中，第二通道32靠近外杯体1的内壁，第三通道33靠近内杯体2的外壁。

杯头座4上设置有轴心深槽，轴心深槽的开口端设置有轴承槽，轴承槽中安装有轴承。杯头座4通过轴承旋转支撑在转轴5上。转轴5的一端设置在外杯体1上，另一端设置在轴心深槽中，轴心深槽与转轴5之间具有环形间隙。

杯头座4上设置有第一出入口41、第二出入口42和第三出入口43。第一出入口41、第二出入口42和第三出入口43均与环形间隙流体连通。轴心深槽的另一端依次间隔设置有多个密封圈固定环51和多组密封圈52；通过多组密封圈52将环形间隙实现密封隔离，隔离出的三个环形密封间隙分别与第一出入口41、第二出入口42和第三出入口43流体连通，从而将第一出入口41、第二出入口42和第三出入口43进行流体分离。

转轴5内部设置有三个流体通道，三个流体通道分别将第一出入口41与第一通道31连通、将第二出入口42与第二通道32连通及将第三出入口43与第三通道33连通。第一出入口41、第二出入口42和第三出入口43外可分别连接或共用外置蠕动泵，通过外置蠕动泵向离心腔室11泵入或排出液体。

杯底盖3与离心动力装置连接，杯头座4通过外部锁定装置固定，限制转动。外杯体1、内杯体2、杯底盖3和转轴5在离心动力装置带动下进行高速旋转，将离心腔室11中的细胞液进行离心分离。

如图4-5所示，为通过本实施例提供的用于细胞离心分离的装置进行大体积细胞液的连续浓缩洗涤处理流程。如图4中4a-4b所示，通过第一蠕动泵(未示出)将待处理细胞液泵入高速旋转的离心杯中，待处理细胞液通过第三出入口43和第三通道33流入离心腔室11内，离心腔室11内的空气通过第一通道31和第一出入口41排出。离心腔室11高速旋转，在离心力的作用下，细胞液中的细胞和上清液逐渐分层，细胞堆积在离心腔室11的外侧，即靠近外杯体1的内壁；上清液则处在离心腔室11的内侧，即靠近内杯体2的外壁。如图4中4c所示随着待处理细胞液持续泵入，由于离心腔室11呈锥形，细胞分布在离心腔室11的下部；上清液分布在离心腔室11的上部，部分上清液可通过第一通道31和第一出入口41排入外置的废袋液。

根据待处理细胞液的细胞浓度和泵入的待处理细胞液的体积，可以估算出当前分离后细胞的体积；或通过传感器监测获取当前分离后细胞的体积。如图4中4d所示待分离后的细胞达到一定体积之后，第二蠕动泵(未示出)通过第二通道32和第二出入口42排出一定量分离后的细胞。

由于离心力和半径有关，半径越小，离心力也越小。如图4中4e所示，排出一定量的分离后细胞，可以减少对离心腔室11内后续泵入的待处理细胞液的空间占用，从而能够保证后续泵入的待处理细胞液能够受到较大的离心力，离心效果更好。如图4中4f所示，同时还能够以最快的速度浓缩待处理细胞液，直至将所有待处理细胞液完全浓缩，整个浓缩过程连续进行，不受离心杯自身固有体积的限制，使能够被处理的待处理细胞液的总量大大增加；即可以连续流浓缩大体积细胞液。

等浓缩完成后，如图4中4g所示，第二蠕动泵通过第二通道32和第二出入口42将剩余分离后细胞排出，离心腔室11通过第一通道31和第一出入口41进气，防止产生负压阻力；如图4中4h所示，第一蠕动泵再通过第三通道33和第三出入口43将离心腔室11中残留的上清液排出，离心腔室11通过第一通道31和第一出入口41进气。然后如图4中4k所示，第二蠕动泵再将收集的分离后细胞泵入离心腔室11中，为后续洗涤做准备。

如图5中5a所示，第二蠕动泵通过第二出入口42和第二通道32将洗涤液泵入高速旋转的离心杯中，对其内的分离后细胞进行洗涤；离心腔室11内的空气通过第一通道31和第一出入口41排出。洗涤过程中如图5中5b所示，洗涤液穿过细胞层，到达离心腔室11的上部，通过第一通道31和第一出入口41排出至外置的废液袋中。细胞层中残留的上清液被洗涤液持续稀释，达到连续洗涤的作用。洗涤液排入预定时间后第二蠕动泵停止。

如图5中5c-5d所示，洗涤完成后，第二蠕动泵通过第二通道32和第二出入口42将部分洗涤后细胞收集，直至细胞体积少于传感器检测位置；离心腔室11通过第一通道31和第一出入口41进气。如图5中5e-5f所示，再启动第一蠕动泵通过第三通道33和第三出入口43将剩余的洗涤液排出，离心腔室11通过第一通道31和第一出入口41持续进气；最后如图5中5g-5h所示，第二蠕动泵再通过第二通道32和第二出入口42将剩余的洗涤后细胞收集，完成整个大体积细胞液连续浓缩洗涤的流程。

如图6所示，为通过本实施例提供的用于细胞离心分离的装置进行小体积细胞液的浓缩洗涤处理流程。如图6中6a-6b所示，第一蠕动泵通过第三出入口43和第三通道33将待处理细胞液泵入离心杯内的离心腔室11中，离心腔室11内的空气通过第一通道31和第一出入口41排出；待处理细胞液跟随离心杯高速旋转，在离心力的作用下，细胞液中的细胞和上清液逐渐分层，细胞堆积在离心腔室11的外侧，即靠近外杯体1的内壁；上清液则处在离心腔室11的内侧，即靠近内杯体2的外壁。如图6中6c所示，随着待处理细胞液持续泵入，由于离心腔室11呈锥形，细胞分布在离心腔室11的下部；上清液分布在离心腔室11的上部，一部分上清液通过第一通道31和第一出入口41排入外置的废袋液。

如图6中6d-6e所示，等待处理细胞液完全分离后，第一蠕动泵反向工作，将离心杯内多余的上清液通过第三通道33和第三出入口43排出，离心腔室11通过第一通道31和第一出入口41持续进气。如图6中6f所示，此时离心杯内仅剩分离后细胞和少量的上清液。

如图6中6g所示，第二蠕动泵开始工作，通过第二出入口42和第二通道32将洗涤液泵入高速旋转的离心杯中，对其内的分离后细胞进行洗涤。如图6中6h所示，洗涤过程中，洗涤液穿过细胞层，到达离心腔室11的上部，部分洗涤液通过第一通道31和第一出入口41排出至外置的废液袋中。

如图6中6j所示，洗涤完成后，第一蠕动泵通过第三出入口43和第三通道33将离心杯内残留的洗涤液排出，离心腔室11通过第一通道31和第一出入口41持续进气；如图6中6k所示，直至离心杯内则仅存留洗涤后细胞。如图6中6m-6n所示，第二蠕动泵再通过第二通道32和第二出入口42将剩余的洗涤后细胞收集，完成整个小体积细胞液浓缩洗涤的流程。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

Claims (10)

1.一种用于细胞离心分离的装置，其特征在于，包括外杯体、内杯体和杯底盖；所述内杯体设置在所述外杯体内部，所述外杯体的内壁与所述内杯体的外壁之间具有夹层，所述杯底盖设置在所述外杯体的底部，所述杯底盖与所述夹层配合形成离心腔室；所述离心腔室包括第一通道、第二通道和第三通道；所述第一通道设置在离心腔室的上部，所述第二通道和第三通道设置在所述离心腔室的下部；所述第二通道靠近所述外杯体的内壁，所述第三通道靠近所述内杯体的外壁。

2.根据权利要求1所述的用于细胞离心分离的装置，其特征在于，所述外杯体上设置有转轴；所述转轴上通过轴承旋转支撑有杯头座；所述杯头座上设置有轴心深槽，所述轴心深槽的开口端设置有轴承槽，所述轴承设置在所述轴承槽中。

3.根据权利要求2所述的用于细胞离心分离的装置，其特征在于，所述转轴设置在所述轴心深槽中，所述轴心深槽与所述转轴之间有环形间隙。

4.根据权利要求3所述的用于细胞离心分离的装置，其特征在于，所述杯头座上设置有第一出入口、第二出入口和第三出入口；所述第一出入口、第二出入口和第三出入口均与所述环形间隙流体连通。

5.根据权利要求4所述的用于细胞离心分离的装置，其特征在于，所述轴心深槽中依次间隔设置有多个密封圈固定环和多组密封圈；通过所述多组密封圈将所述环形间隙密封隔离出多个环形密封间隙，所述多个环形密封间隙分别与所述第一出入口、第二出入口和第三出入口流体连通。

6.根据权利要求5所述的用于细胞离心分离的装置，其特征在于，所述转轴内部设置有多个流体通道；所述多个流体通道分别将所述第一出入口与第一通道连通、将所述第二出入口与第二通道连通及将所述第三出入口与第三通道连通。

7.根据权利要求1所述的用于细胞离心分离的装置，其特征在于，所述外杯体和内杯体呈圆柱形和/或圆锥形。

8.一种根据权利要求1-7中任一项所述的用于细胞离心分离的装置的分离方法，其特征在于，所述装置用于大体积细胞液的连续浓缩洗涤处理或小体积细胞液的浓缩洗涤处理。

9.根据权利要求8所述的分离方法，其特征在于，所述装置用于大体积细胞液的连续浓缩洗涤处理的流程为：

第一蠕动泵通过第三出入口和第三通道将待处理细胞液泵入高速旋转的离心腔室中，在离心力的作用下，细胞和上清液逐渐分层；随着待处理细胞液持续泵入，部分上清液通过第一通道和第一出入口排入外置的废袋液中；浓缩过程中，分离后细胞达到一定体积之后，第二蠕动泵通过第二通道和第二出入口排出部分所述分离后细胞；所述待处理细胞液完全处理后，第二蠕动泵将剩余所述分离后细胞排出；第一蠕动泵再通过第三通道和第三出入口将离心腔室中残留的上清液排出；然后第二蠕动泵再将收集的所述分离后细胞泵入离心腔室中；

第二蠕动泵通过第二出入口和第二通道将洗涤液泵入高速旋转的离心腔室中，所述洗涤液穿过细胞层，到达离心腔室的上部，通过第一通道和第一出入口排出至外置的废液袋中；洗涤完成后，第二蠕动泵通过第二通道和第二出入口将洗涤后细胞收集；再启动第一蠕动泵通过第三通道和第三出入口将剩余的洗涤液排出，最后第二蠕动泵再通过第二通道和第二出入口将剩余的洗涤后细胞收集，完成整个大体积细胞液连续浓缩洗涤的流程。

10.根据权利要求8所述的分离方法，其特征在于，所述装置用于小体积细胞液的浓缩洗涤处理的流程为：

第一蠕动泵通过第三出入口和第三通道将待处理细胞液泵入离心腔室中，在离心力的作用下，细胞和上清液逐渐分层；部分上清液通过第一通道和第一出入口排入外置的废袋液中；待处理细胞液完全分离后，第一蠕动泵反向工作，将离心腔室内剩余的上清液通过第三通道和第三出入口排出；

第二蠕动泵通过第二出入口和第二通道将洗涤液泵入高速旋转的离心腔室中，洗涤液穿过细胞层，到达离心腔室的上部，部分洗涤液通过第一通道和第一出入口排出至外置的废液袋中；

洗涤完成后，第一蠕动泵通过第三出入口和第三通道将离心腔室内残留的洗涤液排出；第二蠕动泵再通过第二通道和第二出入口将剩余的洗涤后细胞收集，完成整个小体积细胞液浓缩洗涤的流程。

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