CN116606966B - 一种细胞培养箱三气供气系统进气控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种细胞培养箱三气供气系统进气控制方法,属于细胞培养领域,通过采用分步调整策略,优先保证二氧化碳气体的浓度,当二氧化碳气体浓度稳定后,为了使氧气达到设定浓度并且二氧化碳浓度不变,后续加入的气体中始终含有该比例的二氧化碳气体;如果二氧化碳浓度偏高,优先充入氮气使其浓度下降达到设定值,通过上述方法,能够实现任意浓度氧气和二氧化碳浓度调整和高精度控制要求。
Description
技术领域
本发明涉及细胞培养领域,尤其是涉及细胞培养箱三气供气系统进气控制方法。
背景技术
细胞培养混合气体是细胞体外培养生存必需条件之一,混合气体主要成分为O2(氧气)、CO2(二氧化碳气)和N2(氮气)。O2能够支持细胞呼吸,产生供给细胞生长所需的能量和合成细胞生长所需用的各种成分。CO2既是细胞代谢产物,也是细胞生长繁殖所需成分,它在细胞培养中的主要作用在于调节和维持培养液的pH值,大多数细胞的适宜pH为7.2-7.4,偏离这一范围对细胞培养将产生有害的影响。以胚胎细胞体外培养为例,为保证胚胎最佳发育状态,主流的混合气配比为6%CO2、5%O2和89%N2。
目前细胞培养箱的较为灵活的供气方式一般采用两气气源,两气气源(N2和CO2)配合培养箱的气体控制系统可以实现气体浓度调控范围更广、浓度更准确、受环境影响更小的优势,可以更好地满足体外受精(IVF)胚胎细胞、干细胞培养等的严苛要求。
但是目前两气气源供气存在以下问题:1)难以实现高氧浓度下的气体浓度调节;2)当氧气浓度偏低时,无法直接调节氧气的浓度,只能通过打开仓盖让空气进入来提高氧气的浓度,调整时间长,并且开盖会对当前正在培养的仓室造成影响。
申请号为CN202210421460.6,名称为一种用于细胞培养箱的供气系统及气体浓度动态控制方法的专利公开了三气气源的细胞培养箱的供气系统,但不同气体的进气量的计算以及控制非常复杂,不利于培养箱的自动化。
发明内容
为了克服现有技术的不足,本发明的目的之一在于提供一种细胞培养箱三气供气系统进气控制方法,简化了三气气源的进气量计算,便于培养箱自动化控制程序代码编制和系统测试。
本发明的目的之一采用如下技术方案实现:
一种细胞培养箱三气供气系统进气控制方法,应用于CO2、O2、N2三种气源的细胞培养箱,包括混气控制步骤,所述混气控制步骤包括:
S11:浓度传感器测量细胞培养箱内的CO2浓度Cc以及O2浓度Co;
S12:当Cc大于等于设定CO2浓度Cc设时,加入N2进行稀释,N2的进气量Z1= (Cc-Cc设)V/ Cc,V为系统总体积,此时O2浓度为Co1 =Co Cc设 / Cc,
当此时O2浓度Co1大于等于设定O2浓度Co设时,同时加入N2以及CO2,新加入的N2以及CO2混合气体中CO2的浓度为设定浓度Cc设,新加入的N2体积为Z2 = (1- Co设Cc / Co Cc设)(1-Cc设 ) V;新加入的CO2的体积为X1 = (1- Co设Cc / Co Cc设) Cc设 V;
当此时O2浓度Co1小于设定O2浓度Co设时,同时加入O2以及CO2,新加入的O2以及CO2混合气体中CO2的浓度为设定浓度Cc设,新加入的O2体积为Y1 = V*(1- Cc设)*( Co设Cc - CoCc设)/( Cc - CcCc设 - Co Co设 );新加入的CO2的体积为X2 = V* Cc设*( Co设Cc - Co Cc设)/( Cc- CcCc设 - Co Co设 );
S13:当Cc小于设定CO2浓度Cc设时,加入CO2,CO2进气量X3 =V* (Cc设-Cc)/(1- Cc),此时O2浓度为Co2=Co* (1-Cc设)/(1- Cc),
当此时O2浓度Co2大于等于设定O2浓度Co设时,同时加入N2以及CO2,新加入的N2以及CO2混合气体中CO2的浓度为设定浓度Cc设,新加入的N2体积为Z3 = [1- Cc设- Co设 (1- Cc) /Co ]*V,新加入的CO2的体积为X4 = [Cc设- Cc设Co设 (1- Cc) /Co /(1- Cc设) ]*V;
当此时O2浓度Co2小于设定O2浓度Co设时,同时加入O2以及CO2,新加入的O2以及CO2混合气体中CO2的浓度为设定浓度Cc设,新加入的O2体积为Y2 = V*(Co设 - Cc Co设 - Co+ CoCc设)/(1- Cc - Co),新加入的CO2的体积为X5 = V* Cc设*(Co设 - Cc Co设 - Co+ Co Cc设)/(1-Cc - Co)/(1- Cc设)。
进一步地,在步骤S12中,当Cc大于等于Cc设时,加入N2进行稀释,此时CO2平衡方程为:Cc V-Cc Z1 = Cc设 V。
进一步地,在步骤S12中,当Cc大于等于Cc设并且加入N2稀释后,Co1大于等于Co设时,同时加入N2以及CO2后,O2浓度的平衡方程为:Co1 V-(X1+Z2) Co1= Co设 V。
进一步地,在步骤S12中,当Cc大于等于Cc设并且加入N2稀释后,Co1小于Co设,同时加入O2以及CO2后,O2浓度的平衡方程为:Co1V+Y1-(X2+Y1)Co1=Co设 V。
进一步地,在步骤S12中,Cc小于Cc设时,加入CO2,此时CO2平衡方程为:Cc V+X3-X3Cc= Cc设 V。
进一步地,所述混气控制步骤还包括S14:循环步骤S11至S13,迭代若干次,细胞培养箱内的CO2、O2以及N2浓度达到预设值。
进一步地,还包括仓盖检测步骤,所述仓盖检测步骤与所述混气控制步骤同时进行,所述仓盖检测步骤包括:
S21:读取仓盖的开关状态;
S22:当仓盖开启时,将培养室的气泵关闭,以避免大量空气吸入至培养室;
S23:当仓盖由开启转向关闭时,气泵将执行大流量吹扫,将空气尽快排走,补入新鲜气体。
进一步地,当任一仓盖处于开启状态时,所述混气控制步骤中断,当全部仓盖处于关闭状态时,所述混气控制步骤继续执行。
进一步地,在步骤S11中,当Cc以及Co偏离允许的阈值,定义为异常,将所有仓的气泵开启大流量吹扫,将整个气路系统进行充分混匀,使各点的浓度值接近相等,吹扫完成后浓度传感器再次获取Cc以及Co,如果正常则继续等待新的读取值进行判断,如果浓度异常则执行S12或S13。
进一步地,所述细胞培养箱三气供气系统进气控制方法还包括气路自检步骤,所述气路自检步骤具体为:对进气控制器、气泵和浓度传感器进行初始化自检,确认所有器件均正常工作。
相比现有技术,本发明细胞培养箱三气供气系统进气控制方法通过采用分步调整策略,优先保证二氧化碳气体的浓度,当二氧化碳气体浓度稳定后,为了使氧气达到设定浓度并且二氧化碳浓度不变,后续加入的气体中始终含有该比例的二氧化碳气体;如果二氧化碳浓度偏高,优先充入氮气使其浓度下降达到设定值,通过上述方法,能够实现任意浓度氧气和二氧化碳浓度调整和高精度控制要求。
附图说明
图1为本发明细胞培养箱三气供气系统进气控制方法的流程图;
图2为本发明细胞培养箱三气供气系统进气控制方法的气路自检的流程图;
图3为本发明细胞培养箱三气供气系统进气控制方法的仓盖检测的流程图;
图4为本发明细胞培养箱三气供气系统进气控制方法的混气控制的流程图。
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。
需要说明的是,当组件被称为“固定于”另一个组件,它可以直接在另一个组件上或者也可以存在另一中间组件,通过中间组件固定。当一个组件被认为是“连接”另一个组件,它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在另一中间组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件,它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在另一中间组件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。
除非另有定义,本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的,不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
图1至图4为本发明细胞培养箱三气供气系统进气控制方法的流程图,本发明细胞培养箱三气供气系统进气控制方法应用于CO2、O2、N2三种气源的细胞培养箱,细胞培养箱的结构如专利CN202210421460.6中所示,包括CO2、O2、N2三种气源、三个质量流量控制器MFC1、MFC2、MFC3,分别对应CO2、O2、N2的进气控制,混合腔、浓度传感器、培养室、仓盖传感器、气泵和中央控制器,混合腔设置有泄压口,其中受控元件为质量流量控制器、浓度传感器、仓盖传感器和气泵,配合气路系统实现CO2、O2、N2气体浓度的快速准确控制。从专利CN202210421460.6中可以清晰理解气体的走向、混合和循环工作方式,作为现有技术,不做详细描述。
本发明细胞培养箱三气供气系统进气控制方法包括气路自检、仓盖检测和混气控制三个步骤,气路自检通过后进入到后两个步骤。
仓盖检测是根据仓盖的开启状态对培养仓的供气情况进行处理。
混气控制步骤是根据基于当前气体浓度值进行判断,对MFC和气泵的动作进行控制,对气路系统进行混合。
当仓盖打开后如果气泵仍处于工作状态,气路系统将引入大量空气,显著影响系统的气体浓度,所以仓盖检测优先级高于混气控制,只要判断出有任一仓盖开启,混气控制步骤将中断退出,待仓盖检测结束后再继续执行混气控制步骤,详见附图3至附图4。
如图2所示,气路自检步骤具体为:
依次对MFC、气泵和浓度传感器进行初始化自检,确认所有器件均正常工作,自检过程中如有异常,将退出进气控制流程。
自检完成后所有仓的气泵开启大流量吹扫。在本实施例中,按200mL/min的流量持续2min时间,目的是将整个气路系统进行充分混匀,使各点的浓度值接近相等。
吹扫完成后所有仓的气泵切换为正常供气流量。在本实施例中,按30 mL /min的小流量缓慢供气,保证有新鲜气体持续供入培养仓内,避免由培养仓密封不良导致的空气扩散进入而造成仓内浓度失衡。
如图3所示,仓盖检测步骤具体为:
正常工作过程时,系统定期读取所有仓盖的开关状态,如每隔5s。
当判断有仓盖开启时,将该仓的气泵关闭,以避免大量空气吸入至气路系统,当判断该仓盖由开变为关后,气泵将执行大流量吹扫,在本实施例中,按200 mL /min的流量持续2min时间,将空气尽快排走,补入新鲜气体,吹扫期间如果判断出该仓盖打开了,将该仓的气泵再次关闭,如果期间该仓盖一直关闭状态,将持续吹扫,直至满2min后,切换为正常供气流量,在本实施例中,30mL/min。
如图4所示,混气控制步骤具体为:
正常工作过程时,系统定期读取气体浓度值。在本实施例中,每隔5s。
当判断当前气体浓度偏离允许的阈值,定义为异常,将所有仓的气泵开启大流量吹扫,目的是将整个气路系统进行充分混匀,使各点的浓度值接近相等,为后续浓度判断做准备。
吹扫完成后判断当前气体浓度值,如果正常则继续等待新的读取值进行判断,如果浓度异常,先判断二氧化碳浓度,基于此分如下两种情形:
1.二氧化碳浓度偏高,即Cc>Cc设
Cc为细胞培养箱内的CO2浓度,Cc设为设定CO2浓度,当Cc大于等于设定CO2浓度Cc设时,加入N2进行稀释。
此时CO2平衡方程为Cc V-Cc Z1 = Cc设 V (1)
Z1为N2的进气量,V为系统总体积。
求解得到N2理论进气量Z1= (Cc-Cc设) V/ Cc (2)
此时,氧气的浓度为:Co1 =Co Cc设 / Cc (3)
比较氧气的浓度和氧气的设定浓度。
1.1当此时O2浓度Co1大于等于设定O2浓度Co设时
同时加入N2以及CO2,新加入的N2以及CO2混合气体中CO2的浓度为设定浓度Cc设,即X1/(X1+Z2)= Cc设 (4)
X1为新加入的CO2的体积,Z2为新加入的N2体积。
此时O2浓度的平衡方程为:Co1 V-(X1+Z2) Co1= Co设 V (5)
按照公式(4)以及公式(5)求解,
Z2 = (1- Co设Cc / Co Cc设)(1- Cc设 ) V (6)
X1 = (1- Co设Cc / Co Cc设) Cc设 V (7)
1.2当此时O2浓度Co1小于设定O2浓度Co设时
同时加入O2以及CO2,新加入的O2以及CO2混合气体中CO2的浓度为设定浓度Cc设,即
X2/(X2+Y1)= Cc设 (8)
X2为新加入的CO2的体积,Y1为新加入的O2体积。
此时O2浓度的平衡方程为:Co1V+Y1-(X2+Y1)Co1=Co设 V (9)
按照公式(8)以及公式(9)求解,
Y1 = V*(1- Cc设)*( Co设Cc - Co Cc设)/( Cc - CcCc设 - Co Co设 ) (10)
X2 = V* Cc设*( Co设Cc - Co Cc设)/( Cc - CcCc设 - Co Co设 ) (11)
2.另一种情况下,二氧化碳浓度偏低,即Cc<Cc设
加入CO2,此时CO2平衡方程为Cc V+X3-X3Cc= Cc设 V (12)
X3为CO2进气量。
求解得到CO2进气量X3 =V* (Cc设-Cc)/(1- Cc) (13)
此时O2浓度为Co2 = Co(1-X3/V) = Co* (1-Cc设)/(1- Cc) (14)
比较氧气的浓度和氧气的设定浓度。
2.1当此时O2浓度Co2大于等于设定O2浓度Co设时
同时加入N2以及CO2,新加入的N2以及CO2混合气体中CO2的浓度为设定浓度Cc设,即
X4/(X4+Z3)= Cc设 (15)
X4为新加入的CO2的体积,Z3为新加入的N2体积。
此时O2浓度的平衡方程为:Co2 V-(X4+Z3) Co1= Co设 V (16)
按照公式(15)以及公式(16)求解,
Z3 = [1- Cc设- Co设 (1- Cc) /Co ]*V (17)
X4 = [Cc设- Cc设Co设 (1- Cc) /Co /(1- Cc设) ]*V (18)
2.2当此时O2浓度Co2小于设定O2浓度Co设时
同时加入O2以及CO2,新加入的O2以及CO2混合气体中CO2的浓度为设定浓度Cc设,即
X5/(X5+Y2)= Cc设 (19)
X5为新加入的CO2的体积,Y2为新加入的O2体积。
此时O2浓度的平衡方程为:Co2V+Y2-(X5+Y2)Co2=Co设 V (20)
按照公式(19)以及公式(20)求解,
Y2 = V*(Co设 - Cc Co设 - Co+ Co Cc设)/(1- Cc - Co) (21)
X5 = V* Cc设*(Co设 - Cc Co设 - Co+ Co Cc设)/(1- Cc - Co)/(1- Cc设) (22)
具体操作时,
如果二氧化碳浓度偏高,则先关闭所有气泵,控制 MFC3按公式(2)计算值加入氮气稀释,进气完成后,所有仓的气泵吹扫,目的是充分将新进气体在系统内充分混匀,使得二氧化碳先达到设定浓度要求。然后再依据公式(5)来计算并判断氧气浓度:
a)如果氧气浓度偏高,则先关闭所有气泵,控制 MFC1和MFC3按公式(6)、(7)的计算值同时加入氮气和二氧化碳,进气完成后,所有仓的气泵吹扫,将新进气体在系统内充分混匀,使得氧气浓度达到设定浓度要求;
b)如果氧气浓度偏低,则先关闭所有气泵,控制 MFC1和MFC2按公式(10)、(11)的计算值同时加入氧气和二氧化碳,进气完成后,所有仓的气泵吹扫,将新进气体在系统内充分混匀,使得氧气浓度达到设定浓度要求。最后再将所有仓的气泵切换为正常供气流量。
如果二氧化碳浓度偏低,则先关闭所有气泵,控制 MFC1按公式(13)计算值补充二氧化碳,进气完成后,所有仓的气泵吹扫,目的是充分将新进气体在系统内充分混匀,使得二氧化碳先达到设定浓度要求。然后再依据公式(14)来计算并判断氧气浓度:
c)如果氧气浓度偏高,则先关闭所有气泵,控制 MFC1和MFC3按公式(17)、(18)的计算值同时加入氮气和二氧化碳,进气完成后,所有仓的气泵吹扫,将新进气体在系统内充分混匀,使得氧气浓度达到设定浓度要求;
d)如果氧气浓度偏低,则先关闭所有气泵,控制 MFC1和MFC2按公式(21)、(22)的计算值同时加入氧气和二氧化碳,进气完成后,所有仓的气泵吹扫,将新进气体在系统内充分混匀,使得氧气浓度达到设定浓度要求。最后再将所有仓的气泵切换为正常供气流量。
采用上述混气控制步骤,当浓度偏离目标值较大时,单次循环气路系统无法立即达到目标值,因为通过泄压阀排出的气体也包括了部分新进入的气体,但是系统会处于持续的动态控制中,一般通过几次迭代后,会逐渐逼近并稳定在可接受的浓度阈值内。
本发明能够实现任意浓度氧气和二氧化碳浓度调整和高精度控制要求;本发明尽量避免开盖引入空气,整个控制流程逻辑清楚,提升气体浓度控制的响应度和精度,也便于编程开发和测试。
以上实施例仅表达了本发明的几种实施方式,其描述较为具体和详细,但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是,对于本领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干变形和改进演变,都是依据本发明实质技术对以上实施例做的等同修饰与演变,这些都属于本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种细胞培养箱三气供气系统进气控制方法,应用于CO2、O2、N2三种气源的细胞培养箱,包括混气控制步骤,其特征在于,所述混气控制步骤包括:
S11:浓度传感器测量细胞培养箱内的CO2浓度Cc以及O2浓度Co;
S12:当Cc大于等于设定CO2浓度Cc设时,加入N2进行稀释,N2的进气量Z1= (Cc-Cc设) V/Cc,V为系统总体积,此时O2浓度为Co1 =Co Cc设 / Cc,
当此时O2浓度Co1大于等于设定O2浓度Co设时,同时加入N2以及CO2,新加入的N2以及CO2混合气体中CO2的浓度为设定浓度Cc设,新加入的N2体积为Z2 = (1- Co设Cc / Co Cc设)(1- Cc设 )V;新加入的CO2的体积为X1 = (1- Co设Cc / Co Cc设) Cc设 V;
当此时O2浓度Co1小于设定O2浓度Co设时,同时加入O2以及CO2,新加入的O2以及CO2混合气体中CO2的浓度为设定浓度Cc设,新加入的O2体积为Y1 = V*(1- Cc设)*( Co设Cc - Co Cc设)/( Cc- CcCc设 - Co Co设 );新加入的CO2的体积为X2 = V* Cc设*( Co设Cc - Co Cc设)/( Cc - CcCc设 -Co Co设 );
S13:当Cc小于设定CO2浓度Cc设时,加入CO2,CO2进气量X3 =V* (Cc设-Cc)/(1- Cc),此时O2浓度为Co2=Co* (1-Cc设)/(1- Cc),
当此时O2浓度Co2大于等于设定O2浓度Co设时,同时加入N2以及CO2,新加入的N2以及CO2混合气体中CO2的浓度为设定浓度Cc设,新加入的N2体积为Z3 = [1- Cc设- Co设 (1- Cc) /Co ]*V,新加入的CO2的体积为X4 = [Cc设- Cc设Co设 (1- Cc) /Co /(1- Cc设) ]*V;
当此时O2浓度Co2小于设定O2浓度Co设时,同时加入O2以及CO2,新加入的O2以及CO2混合气体中CO2的浓度为设定浓度Cc设,新加入的O2体积为Y2 = V*(Co设 - Cc Co设 - Co+ Co Cc设)/(1-Cc - Co),新加入的CO2的体积为X5 = V* Cc设*(Co设 - Cc Co设 - Co+ Co Cc设)/(1- Cc - Co)/(1- Cc设)
所述细胞培养箱三气供气系统进气控制方法还包括仓盖检测步骤,所述仓盖检测步骤与所述混气控制步骤同时进行,当任一仓盖处于开启状态时,所述混气控制步骤中断,当全部仓盖处于关闭状态时,所述混气控制步骤继续执行。
2.根据权利要求1所述的细胞培养箱三气供气系统进气控制方法,其特征在于:在步骤S12中,当Cc大于等于Cc设时,加入N2进行稀释,此时CO2平衡方程为:Cc V-Cc Z1 = Cc设 V。
3.根据权利要求1所述的细胞培养箱三气供气系统进气控制方法,其特征在于:在步骤S12中,当Cc大于等于Cc设并且加入N2稀释后,Co1大于等于Co设时,同时加入N2以及CO2后,O2浓度的平衡方程为:Co1 V-(X1+Z2) Co1= Co设 V。
4.根据权利要求1所述的细胞培养箱三气供气系统进气控制方法,其特征在于:在步骤S12中,当Cc大于等于Cc设并且加入N2稀释后,Co1小于Co设,同时加入O2以及CO2后,O2浓度的平衡方程为:Co1V+Y1-(X2+Y1)Co1=Co设 V。
5.根据权利要求1所述的细胞培养箱三气供气系统进气控制方法,其特征在于:在步骤S12中,Cc小于Cc设时,加入CO2,此时CO2平衡方程为:Cc V+X3-X3Cc= Cc设 V。
6.根据权利要求1所述的细胞培养箱三气供气系统进气控制方法,其特征在于:所述混气控制步骤还包括S14:循环步骤S11至S13,迭代若干次,细胞培养箱内的CO2、O2以及N2浓度达到预设值。
7.根据权利要求1所述的细胞培养箱三气供气系统进气控制方法,其特征在于:所述仓盖检测步骤包括:
S21:读取仓盖的开关状态;
S22:当仓盖开启时,将培养室的气泵关闭,以避免大量空气吸入至培养室;
S23:当仓盖由开启转向关闭时,气泵将执行大流量吹扫,将空气尽快排走,补入新鲜气体。
8.根据权利要求1所述的细胞培养箱三气供气系统进气控制方法,其特征在于:在步骤S11中,当Cc以及Co偏离允许的阈值,定义为异常,将所有仓的气泵开启大流量吹扫,将整个气路系统进行充分混匀,使各点的浓度值接近相等,吹扫完成后浓度传感器再次获取Cc以及Co,如果正常则继续等待新的读取值进行判断,如果浓度异常则执行S12或S13。
9.根据权利要求1所述的细胞培养箱三气供气系统进气控制方法,其特征在于:所述细胞培养箱三气供气系统进气控制方法还包括气路自检步骤,所述气路自检步骤具体为:对进气控制器、气泵和浓度传感器进行初始化自检,确认所有器件均正常工作。
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Citations (5)
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---|---|---|---|---|
EP0147975A2 (en) * | 1983-12-28 | 1985-07-10 | Ajinomoto Co., Inc. | Method and apparatus for culture of animal cells |
CN113862402A (zh) * | 2021-10-18 | 2021-12-31 | 冰山松洋生物科技(大连)有限公司 | 一种三气体培养箱的气体浓度控制方法 |
WO2022025042A1 (ja) * | 2020-07-31 | 2022-02-03 | 東洋製罐グループホールディングス株式会社 | 細胞培養システム、細胞の製造方法、及びガス濃度制御方法 |
CN115386488A (zh) * | 2022-04-21 | 2022-11-25 | 山东威高瑞生医疗器械有限公司 | 一种用于细胞培养箱的供气系统及气体浓度动态控制方法 |
CN115627214A (zh) * | 2022-10-28 | 2023-01-20 | 中国科学院苏州生物医学工程技术研究所 | 用于培养箱的三气多通道供气系统及方法 |
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Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0147975A2 (en) * | 1983-12-28 | 1985-07-10 | Ajinomoto Co., Inc. | Method and apparatus for culture of animal cells |
WO2022025042A1 (ja) * | 2020-07-31 | 2022-02-03 | 東洋製罐グループホールディングス株式会社 | 細胞培養システム、細胞の製造方法、及びガス濃度制御方法 |
CN113862402A (zh) * | 2021-10-18 | 2021-12-31 | 冰山松洋生物科技(大连)有限公司 | 一种三气体培养箱的气体浓度控制方法 |
CN115386488A (zh) * | 2022-04-21 | 2022-11-25 | 山东威高瑞生医疗器械有限公司 | 一种用于细胞培养箱的供气系统及气体浓度动态控制方法 |
CN115627214A (zh) * | 2022-10-28 | 2023-01-20 | 中国科学院苏州生物医学工程技术研究所 | 用于培养箱的三气多通道供气系统及方法 |
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