CN117165434A - 一种低损失率的全自动大规模细胞培养设备 - Google Patents

Abstract

一种低损失率的全自动大规模细胞培养设备属于生物学设备技术领域。固定台内部固装混合模块，在固定台上安装培养模块，培养模块包括若干个可独立工作的细胞培养罐，细胞培养罐上均安装循环模块，循环模块连接混合模块和培养模块，使培养基在二者之间循环流动，将混合模块中富含营养的培养基运输至细胞培养罐，培养模块内的营养成分消耗殆尽的培养基流入所述混合模块中再次补充添加营养物质；本发明实现了细胞‑营养物质混匀过程低损失率、可扩展的大规模细胞培养，并基于此研制了自动化细胞培养设备，具有大幅度提升体外培养细胞数量和质量的特点，为细胞治疗产业的发展提供了技术支持。

Description

一种低损失率的全自动大规模细胞培养设备

技术领域

本发明属于生物学设备技术领域，具体涉及一种低损失率的全自动大规模细胞培养设备。

背景技术

细胞治疗作为国际战略性、前瞻性的重大科学议题，对心力衰竭、神经退行性疾病等许多缺乏有效治疗手段的重症具有明显治疗效果。规模化、高质量、安全稳定的细胞培养设约细胞治疗推广的瓶颈问题。三维细胞培养技术与设备可显著提高细胞的生产效率、保证生产质量、提升应用效果，因此研制一种提升细胞产品质量、提高细胞生产数量同时具备自动化生产功能的设备有重要意义。

在细胞规模化培养中，细胞培养体积对细胞生长和代谢产物的积累有直接的影响。一般而言，较大的培养体积可以提供更多的养分和氧气供应，从而促进细胞的生长和繁殖。然而，过大的培养体积也可能带来一些问题。例如，较大的培养体积可能导致培养环境的不均匀，从而导致在不同位置的细胞存在生长差异。现有解决方案是整体培养体积后通过大量的搅拌混合提升设备内的不同位置间的环境均一性，例如区国强在专利号为CN112852633A的专利“一种干细胞规模化培养生物反应器系统”中通过增加喷射装置和搅拌装置解决生物反应罐罐体内培养液搅拌不均匀的问题。但搅拌、喷射、曝气等机械运动必然会产生剪切力对细胞造成损伤，使细胞培养过程中的细胞损耗增大，影响细胞存活并限制培养密度的提升，因此需要发明一种低细胞损失率的，可扩展的规模化细胞培养设备。

此外，相对于传统的人工手动培养设备，自动化生产设备可以显著提高生产效率，实现持续、高通量的培养操作，从而避免了人工操作中可能出现的繁琐和耗时的步骤。同时，搭配先进的控制系统和传感器技术，可以实时监测和调整培养环境，确保培养条件的稳定性和一致性，从而提高细胞培养的效率和质量。

综上，临床生产亟需一种低损失率、可扩展、全自动的规模化细胞培养设备，提升培养细胞的数量和质量，从而推进我国细胞治疗产业的发展。

发明内容

本发明的目的是针对现有细胞体外培养技术存在的问题，提出一种低损失率、可扩展、全自动的规模化细胞培养设备，达到大幅度提高培养的细胞数量的目的，为细胞治疗产业发展提供技术支持。

本申请提供了一种低损失率的全自动大规模细胞培养设备，包括控制柜、培养模块、混合模块、装置柜、无菌罩、固定台；在固定台上安装有培养模块；所述固定台面上设置有用于罩住所述培养模块的无菌罩，所述无菌罩内设置有消杀装置；所述固定台的一侧设置有控制柜；所述固定台内部固装有混合模块和装置柜，其中所述装置柜安装在所述混合模块左侧；还包括若干个循环模块、摇动模块；所述循环模块连接混合模块和培养模块，使所述混合模块内富养的培养基流入所述培养模块，所述培养模块内贫养的培养基流入所述混合模块；所述摇动模块，与所述培养模块连接，用于驱动所述培养模块摇动。

在本申请的一些可能的实施方式中，所述循环模块包括第一蠕动泵、第二蠕动泵、第一单向阀、第二单向阀、第一夹管阀、第二夹管阀；所述循环模块具有两对端口，所述第一蠕动泵、所述第一单向阀、所述第一夹管阀依次串连在其中一对端口之间，所述第二蠕动泵、所述第二单向阀、所述第二夹管阀依次串连在另一对端口之间，每对端口的其中一个端口与所述培养模块连接，每对端口的另一个端口与所述混合模块连接。

在本申请的一些可能的实施方式中，所述培养模块包括固定安装在固定台上的培养台和可拆卸安装在所述培养台内部的若干个可独立工作的细胞培养罐；所述摇动模块包括若干个摇床；所述摇床均固定在培养台内部底端；所述摇床台面上可拆卸安装柔性半包裹式加热器；所述培养模块的培养罐可拆卸安装在柔性半包裹式加热器中，所述培养模块的培养罐和柔性半包裹式加热器均可以跟随摇床台面运动而运动。

在本申请的一些可能的实施方式中，所述细胞培养罐内部设置有传感器组和细胞筛网；所述细胞培养罐罐盖上固定有连通管，所述连通管的一端位于所述细胞培养罐外，另一端位于所述细胞培养罐内，所述连通管包括长管A、短管A和取样管，所述取样管的一端位于所述细胞培养罐内；所述细胞筛网固定在所述长管A外围，与所述长管A同轴心装配，其底部与所述长管A底端留有间距；所述传感器组为非接触测量装置，固装在所述细胞培养罐内的独立小室中。

在本申请的一些可能的实施方式中，所述混合模块包括混合罐、柔性环绕式加热器、第一搅拌桨、第二搅拌桨、第一连接杆、第二连接杆、第一搅拌电机、第二搅拌电机、曝气盘、第一细菌过滤器、长管组、短管组、进样管、弃液管；所述混合罐外围环绕固定所述柔性环绕式加热器，使混合罐内的温度保持恒定；所述混合罐罐盖上固定有长管卡箍和短管卡箍；所述长管卡箍内可拆卸安装若干根长管共同组成长管组，用于连接所述循环模块将培养基导出所述混合罐，所述短管卡箍内可拆卸安装若干根短管共同组成短管组，用于连接所述循环模块将培养基导入所述混合罐；所述混合罐的盖顶左侧可拆卸安装第一搅拌电机，所述第一连接杆一端与第一搅拌电机的动力输出端连接，另一端与第一搅拌桨连接，所述第一搅拌桨位于所述混合罐内靠近曝气盘左侧的位置；所述混合罐的盖顶右侧可拆卸安装第二搅拌电机，所述第二连接杆一端与第二搅拌电机的动力输出端连接，另一端与第二搅拌桨连接，所述第二搅拌桨位于混合罐内靠近曝气盘右侧的位置；所述曝气盘位于混合罐内靠近混合罐的底部，与所述第一细菌过滤器一端通过硅胶管连接。

在本申请的一些可能的实施方式中，所述循环模块包括第一循环单元和第二循环单元，所述第一循环单元的一端与所述细胞培养罐内的长管A连接，另一端与所述混合罐内短管组中的短管连接；所述第二循环单元的一端与所述混合罐内长管组中的长管连接，另一端与所述细胞培养罐内的短管A连接；所述第一循环单元包括第一蠕动泵与第一单向阀、第一夹管阀，所述第一蠕动泵的一端与长管A连接，另一端与第一单向阀连通，所述第一单向阀与第一夹管阀连接，所述第一夹管阀未与第一单向阀连接的一端与所述短管组短管连接；所述第二循环单元包括第二蠕动泵与第二单向阀、第二夹管阀，所述第二蠕动泵的一端与短管A连接，另一端与第二单向阀连通，所述第二单向阀与第二夹管阀连接，所述第二夹管阀未与第二单向阀连接的一端与所述长管组中的长管连接。

在本申请的一些可能的实施方式中，所述控制柜内装有中央控制器和多参数变送器；所述传感器组通过信号线和通讯线与多参数变送器连接，能够将信息传输至多参数变送器，并接受多参数变送器的调控；所述装置柜内安装有气体导入模块、样本处理模块和废液模块；其中所述气体导入模块包括空气流量调节器、氮气流量调节器、二氧化碳流量调节器、氧气流量调节器、四混一进气阀；所述空气流量调节器、所述氮气流量调节器、所述二氧化碳流量调节器、所述氧气流量调节器的一端分别与所述四混一进气阀的一端连接，所述四混一进气阀的另一端与所述第一细菌过滤器连接；所述空气流量调节器、氮气流量调节器、二氧化碳流量调节器、氧气流量调节器另一端通过气管连接相应气瓶；所述样本处理模块包括自动取样器、细胞分析仪、自动进样器、试剂架；所述细胞分析仪与所述自动取样器连接，所述自动取样器与所述取样管连接；所述试剂架与所述自动进样器连接，所述自动进样器与所述进样管连接；所述废液模块包括废液桶和弃液泵；所述废液桶与所述弃液泵连接，所述弃液泵与所述弃液管连接。

在本申请的一些可能的实施方式中，所述传感器组包括温度传感器、溶解氧浓度传感器、pH传感器和二氧化碳浓度传感器；和/或，所述的第一细菌过滤器用于双向过滤气体中的细微杂质和细菌。

本发明具有以下优点：

(1)本发明实现了可降低细胞-营养物质混匀过程中细胞损失率的细胞培养。现有的培养设备中物质的混合主要由搅拌桨和曝气盘提供，不可避免对细胞造成剪切力损伤。若单纯采用摇动机构进行混合，随着培养体系的增加，液体表面与空气接触进行氧气的传输，培养罐内存在明显的溶解氧浓度梯度，不足以支撑罐内全部细胞对溶解氧的需求。因此，本发明将氧气等气体的曝气和营养物质的混合从细胞培养中独立出来，另设单独的混合模块，采用传统的搅拌和曝气保证培养基内营养物质充分混合均匀，细胞培养模块则通过摇动模块的温和摇动保证细胞的均匀分散，再通过循环模块将混合模块中混匀后富含营养物质的培养基和细胞培养模块中营养物质消耗的培养基流动置换，在提高营养物质传输特性和增强混合稳定性的基础上，去除了搅拌和曝气等混合动力源对细胞造成的剪切力损伤，实现细胞-营养物质混匀过程中的细胞低损失率。

(2)本发明实现了基于细胞低损失率的可扩展的大规模细胞培养。现有的细胞扩大培养规模的方法主要为增加培养皿数量或增大单罐培养体积，但前者细胞仅能贴壁生长，数量远低于细胞依附于微载体在细胞培养罐内增殖的数量，后者则存在罐内营养物质分配不均的问题，若增加搅拌、喷射等混合动力源又会增大剪切力对细胞/细胞-微载体的伤害，造成细胞死亡，增大细胞培养过程中的损失率。本发明基于发明点(1)的方法在培养模块中增添多个细胞培养罐，每个培养罐都可以独立工作运行，均可以和混合模块组合进行细胞培养，通过选择使用细胞培养罐的数量可以实现可扩展的大规模细胞培养。

(3)本发明实现了基于发明点(1)和(2)的自动化细胞培养。目前采用劳动密集型的细胞培养方式，如人工添加培养基、取样、检测、扩大培养体系等大部分操作步骤易造成污染和产生较大误差，因此改为设备自动化运行，无需大量实验员即可完成细胞的批量生产，提高细胞培养过程的可重复性和稳定性，从而满足生产需求。

附图说明

图1示出了本申请一个示例性实施例提供的一种低损失率的全自动大规模细胞培养设备的立体结构示意图；

图2示出了本申请一个示例性实施例提供的一种低损失率的全自动大规模细胞培养设备的各模块连接的结构示意图；

图3示出了本申请一个示例性实施例提供的培养模块的结构示意图。

图4示出了本申请一个示例性实施例提供的培养模块、样本处理模块连接的结构示意图。

图5示出了本申请一个示例性实施例提供的培养模块、循环模块、混合模块连接的结构示意图。

图6示出了本申请一个示例性实施例提供的混合模块、气体导入模块、废液模块连接的结构示意图。

图7图示出了本申请一个示例性实施例提供的长管与细胞筛网的结构示意图。

附图中标记：

1、控制柜；2、培养模块；3、混合模块；4、循环模块；5、装置柜；6、无菌罩；7、固定台；1.1、中央控制器；1.2、多参数变送器；2.1、细胞培养罐；2.2、培养台；2.1.1、柔性半包裹式加热器；2.1.2、传感器组；2.1.3、摇床；2.1.4、细胞筛网；2.1.5、长管A；2.1.6、短管A；2.1.7、取样管；3.1、混合罐；3.2、柔性环绕式加热器；3.3、第一搅拌桨；3.4、第一连接杆；3.5、第一搅拌电机；3.6、曝气盘；3.7、第一细菌过滤器；3.8、长管组；3.8.1、长管卡箍；3.9、短管组；3.9.1、短管卡箍；3.10、进样管；3.11、弃液管；3.12、第二搅拌桨；3.13、第二连接杆；3.14、第二搅拌电机；4.1、第一蠕动泵；4.2、第一单向阀；4.3、第一夹管阀；4.4、第二蠕动泵；4.5、第二单向阀；4.6、第二夹管阀；5.1、气体导入模块；5.2、样本处理模块；5.3、废液模块；5.1.1、空气流量调节器；5.1.2、氮气流量调节器；5.1.3、二氧化碳流量调节器；5.1.4、氧气流量调节器；5.1.5、四混一进气阀；5.2.1、自动取样器；5.2.2、细胞分析仪；5.2.3、自动进样器；5.2.4、试剂架；5.3.1、废液桶；5.3.2、弃液泵。

具体实施方式

以下将参考附图详细说明本申请的各种示例性实施例、特征和方面。附图中相同的附图标记表示功能相同或相似的元件。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。另外，为了更好的说明本申请，本领域技术人员应当理解，在下文的各实施方式中给出了众多的具体细节。没有某些具体细节，本申请同样可以实施。在一些实施方式中，对于本领域技术人员熟知的方法、手段和元件未作详细描述，以便于凸显本申请的主旨。

如图1～图6，本申请的实施例一种低损失率的全自动大规模细胞培养设备，包括控制柜1、培养模块2、混合模块3、装置柜5、无菌罩6、固定台7；在固定台7上安装有培养模块2；所述固定台7面上设置有用于罩住所述培养模块2的无菌罩6，所述无菌罩6内设置有消杀装置；所述固定台7的一侧设置有控制柜1；所述固定台7内部固装有混合模块3和装置柜5，其中所述装置柜5安装在所述混合模块3左侧；还包括若干个循环模块4、摇动模块；所述循环模块4连接混合模块3和培养模块2，使所述混合模块3内富养的培养基流入所述培养模块2，所述培养模块2内贫养的培养基流入所述混合模块3；所述摇动模块，与所述培养模块2连接，用于驱动所述培养模块2摇动。

在本实施例的一些示例性的实施方式中，所述循环模块4包括第一蠕动泵4.1.1、第二蠕动泵4.1.4、第一单向阀4.1.2、第二单向阀4.1.5、第一夹管阀4.1.3、第二夹管阀4.1.6；所述循环模块4具有两对端口，所述第一蠕动泵4.1.1、所述第一单向阀4.1.2、所述第一夹管阀4.1.3依次串连在其中一对端口之间，所述第二蠕动泵4.1.4、所述第二单向阀4.1.5、所述第二夹管阀4.1.6依次串连在另一对端口之间，每对端口的其中一个端口与所述培养模块2连接，每对端口的另一个端口与所述混合模块3连接。

在本实施例的一些示例性的实施方式中，所述培养模块2包括固定安装在固定台7上的培养台2.2和可拆卸安装在所述培养台2.2内部的若干个可独立工作的细胞培养罐2.1；所述摇动模块包括若干个摇床2.1.3；所述摇床2.1.3均固定在培养台2.2内部底端；所述摇床2.1.3台面上可拆卸安装柔性半包裹式加热器2.1.1；所述培养模块2的培养罐可拆卸安装在柔性半包裹式加热器2.1.1中，所述培养模块2的培养罐和柔性半包裹式加热器2.1.1均可以跟随摇床2.1.3台面运动而运动。

在本实施例的一些示例性的实施方式中，所述细胞培养罐2.1内部设置有传感器组2.1.2和细胞筛网2.1.4；所述细胞培养罐2.1罐盖上固定有连通管，所述连通管的一端位于所述细胞培养罐2.1外，另一端位于所述细胞培养罐2.1内，所述连通管包括长管A2.1.5、短管A2.1.6和取样管2.1.7，所述取样管2.1.7的一端位于所述细胞培养罐2.1内；所述细胞筛网2.1.4固定在所述长管A2.1.5外围，与所述长管A2.1.5同轴心装配，其底部与所述长管A2.1.5底端留有间距，所述细胞筛网为桶形网状结构，用于在循环系统开启时阻拦细胞培养罐内的细胞/细胞微载体混合物随着培养基流出；所述传感器组2.1.2为非接触测量装置，固装在所述细胞培养罐2.1内的独立小室中。

在本实施例的一些示例性的实施方式中，所述混合模块3包括混合罐3.1、柔性环绕式加热器3.2、第一搅拌桨3.3、第二搅拌桨3.12、第一连接杆3.4、第二连接杆3.13、第一搅拌电机3.5、第二搅拌电机3.14、曝气盘3.6、第一细菌过滤器3.7、长管组3.8、短管组3.9、进样管3.10、弃液管3.11；所述混合罐3.1外围环绕固定所述柔性环绕式加热器3.2，使混合罐3.1内的温度保持恒定；所述混合罐3.1罐盖上固定有长管卡箍3.8.1和短管卡箍3.9.1；所述长管卡箍3.8.1内可拆卸安装若干根长管共同组成长管组3.8，用于连接所述循环模块4将培养基导出所述混合罐3.1，所述短管卡箍3.9.1内可拆卸安装若干根短管共同组成短管组3.9，用于连接所述循环模块4将培养基导入所述混合罐3.1；所述混合罐3.1的盖顶左侧可拆卸安装第一搅拌电机3.5，所述第一连接杆3.4一端与第一搅拌电机3.5的动力输出端连接，另一端与第一搅拌桨3.3连接，所述第一搅拌桨3.3位于所述混合罐3.1内靠近曝气盘3.6左侧的位置；所述混合罐3.1的盖顶右侧可拆卸安装第二搅拌电机3.14，所述第二连接杆3.13一端与第二搅拌电机3.14的动力输出端连接，另一端与第二搅拌桨3.12连接，所述第二搅拌桨3.12位于混合罐3.1内靠近曝气盘3.6右侧的位置；所述曝气盘3.6位于混合罐3.1内靠近混合罐3.1的底部，与所述第一细菌过滤器3.7一端通过硅胶管连接。所述第一搅拌桨3.3和所述第二搅拌桨3.12的功能是通过高速转动将混合罐中的所有物质快速混匀。

在本实施例的一些示例性的实施方式中，所述循环模块4包括第一循环单元和第二循环单元，所述第一循环单元的一端与所述细胞培养罐2.1内的长管A2.1.5连接，另一端与所述混合罐3.1内短管组3.9中的短管连接；所述第二循环单元的一端与所述混合罐3.1内长管组3.8中的长管连接，另一端与所述细胞培养罐2.1内的短管A2.1.6连接；所述第一循环单元包括第一蠕动泵4.1与第一单向阀4.2、第一夹管阀4.3，所述第一蠕动泵4.1的一端与长管A2.1.5连接，另一端与第一单向阀4.2连通，所述第一单向阀4.2与第一夹管阀4.3连接，所述第一夹管阀4.3未与第一单向阀4.2连接的一端与所述短管组3.9短管连接；所述第二循环单元包括第二蠕动泵4.4与第二单向阀4.5、第二夹管阀4.6，所述第二蠕动泵4.4的一端与短管A2.1.6连接，另一端与第二单向阀4.5连通，所述第二单向阀4.5与第二夹管阀4.6连接，所述第二夹管阀4.6未与第二单向阀4.5连接的一端与所述长管组3.8中的长管连接。

上述的一种低损失率的全自动大规模细胞培养设备在使用时，培养基和氧气等气体以及营养物质在混合模块3混合均匀，混合完毕后经循环模块4进入细胞培养罐2.1中，细胞/细胞-微载体复合物直接在细胞培养罐2.1中与混匀的培养基接触，因此，细胞培养罐2.1中不用设置搅拌和曝气等功能的模块，避免了搅拌桨叶和曝气对细胞造成剪切力损伤，显著降低细胞培养过程的细胞损失率，在原有基础上增加细胞培养的密度，提升了培养细胞的数量。

在本实施例的一些示例性的实施方式中，所述控制柜1内装有中央控制器1.1和多参数变送器1.2；所述中央控制器1.1具有信号采集、信号处理、数据存储等功能；所述传感器组2.1.2通过信号线和通讯线与多参数变送器1.2连接，能够将信息传输至多参数变送器1.2，并接受多参数变送器1.2的调控。

在本实施例的一些示例性的实施方式中，所述装置柜5内安装有气体导入模块5.1、样本处理模块5.2和废液模块5.3；其中所述气体导入模块5.1包括空气流量调节器5.1.1、氮气流量调节器5.1.2、二氧化碳流量调节器5.1.3、氧气流量调节器5.1.4、四混一进气阀5.1.5；所述空气流量调节器5.1.1、所述氮气流量调节器5.1.2、所述二氧化碳流量调节器5.1.3、所述氧气流量调节器5.1.4的一端分别与所述四混一进气阀5.1.5的一端连接，所述四混一进气阀5.1.5的另一端与所述第一细菌过滤器3.7连接；所述空气流量调节器5.1.1、氮气流量调节器5.1.2、二氧化碳流量调节器5.1.3、氧气流量调节器5.1.4另一端通过气管连接相应气瓶；四种气体预先经过所述四混一进气阀5.1.5混合，然后通过所述第一细菌过滤器3.7过滤掉杂质，最后通过曝气盘3.6通入混合罐3.1中。

在本实施例的一些示例性的实施方式中，所述样本处理模块5.2包括自动取样器5.2.1、细胞分析仪5.2.2、自动进样器5.2.3、试剂架5.2.4；所述细胞分析仪5.2.2与所述自动取样器5.2.1连接，所述自动取样器5.2.1与所述取样管2.1.7连接；所述试剂架5.2.4与所述自动进样器5.2.3连接，所述自动进样器5.2.3与所述进样管3.10连接；所述样本处理模块5.2中的自动取样器5.2.1的出样口通过样本输送管连接细胞分析仪5.2.2中的检测小室，可以将自动取样器5.2.1中取出的样品直接输送至细胞分析仪5.2.2中进行观察和检测；所述自动取样器5.2.1的取样口通过硅胶管连接所述细胞培养罐2.1罐盖上的取样管2.1.7；所述试剂架5.2.4安装于所述装置柜5中，所述试剂架5.2.4用于放置试剂瓶，以便于所述自动进样器5.2.3进样；所述自动进样器5.2.3通过硅胶管连接所述混合罐3.1罐盖上的进样管3.10，将新的试剂添加入所述混合罐3.1。

在本实施例的一些示例性的实施方式中，所述废液模块5.3中弃液泵5.3.2一端通过硅胶管连接混合罐3.1罐盖上的弃液管3.11，弃液泵5.3.2未与弃液管3.11连接的另一端连接有硅胶管且硅胶管直接插入废液桶5.3.1内部。

在本实施例的一些示例性的实施方式中，所述传感器组2.1.2包括温度传感器、溶解氧浓度传感器、pH传感器和二氧化碳浓度传感器；和/或，所述的第一细菌过滤器3.7用于双向过滤气体中的细微杂质和细菌。

在本实施例的一些示例性的实施方式中，所述的中央控制器1.1通过气体导入模块5.2控制通入所述混合罐3.1内的空气、二氧化碳、氧气和氮气速率、时间和通入比例；所述的中央控制器1.1通过所述多参数变送器1.2的反馈信息控制柔性半包裹式加热器2.1.1和柔性环绕式加热器3.2的加热温度，使培养模块2和混合模块3内部温度稳定；所述中央控制器1.1根据所述样本处理模块5.2中细胞分析仪5.2.2获得的信息判断细胞所处的培养阶段，根据内置模型中该阶段细胞所需的环境信息，调整所述混合罐3.1中两个搅拌桨的转速，调节气体导入模块中空气流量调节器5.1.1、氮气流量调节器5.1.2、二氧化碳流量调节器5.1.3、氧气流量调节器5.1.4的开度和通入时间；在中央控制器1.1判定细胞处于指定培养阶段时，控制自动进样器5.2.3将试剂架5.2.4中试剂瓶中的细胞因子加入混合罐3.1，通过循环系统4添加至细胞培养罐2.1以供细胞生长需求。

在本实施例的一些示例性的实施方式中，培养环境控制主要依靠所述中央控制器1.1对气体导入模块的调控实现；首先将目标设定值带入内置模型中，计算出需要通入细胞培养罐2.1内二氧化碳、氧气、氮气和空气的质量比例系数，中央控制器1.1启动气体导入模块开始持续通入混合气体；当传感器组检测到pH和/或溶解氧浓度中数值改变时，中央控制器1.1根据模型计算出四种气体需要通入比例，控制气体导入模块中四种气体的流量调节器，改变四种混合气体的通入比例后再将混合气体持续通入细胞培养罐2.1直至传感器检测数值回到设定范围内。

以上已经描述了本申请的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术的改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。

Claims (8)

1.一种低损失率的全自动大规模细胞培养设备，包括控制柜(1)、培养模块(2)、混合模块(3)、装置柜(5)、无菌罩(6)、固定台(7)；在固定台(7)上安装有培养模块(2)；所述固定台(7)面上设置有用于罩住所述培养模块(2)的无菌罩(6)，所述无菌罩(6)内设置有消杀装置；所述固定台(7)的一侧设置有控制柜(1)；所述固定台(7)内部固装有混合模块(3)和装置柜(5)，其中所述装置柜(5)安装在所述混合模块(3)左侧；其特征在于，

还包括若干个循环模块(4)、摇动模块；

所述循环模块(4)连接混合模块(3)和培养模块(2)，使所述混合模块(3)内富养的培养基流入所述培养模块(2)，所述培养模块(2)内贫养的培养基流入所述混合模块(3)；

所述摇动模块，与所述培养模块(2)连接，用于驱动所述培养模块(2)摇动。

2.根据权利要求1所述的一种低损失率的全自动大规模细胞培养设备，其特征在于，

所述循环模块(4)包括第一蠕动泵(4.1)、第二蠕动泵(4.4)、第一单向阀(4.2)、第二单向阀(4.5)、第一夹管阀(4.3)、第二夹管阀(4.6)；

所述循环模块(4)具有两对端口，所述第一蠕动泵(4.1)、所述第一单向阀(4.2)、所述第一夹管阀(4.3)依次串连在其中一对端口之间，所述第二蠕动泵(4.4)、所述第二单向阀(4.5)、所述第二夹管阀(4.6)依次串连在另一对端口之间，每对端口的其中一个端口与所述培养模块(2)连接，每对端口的另一个端口与所述混合模块(3)连接。

3.根据权利要求2所述的一种低损失率的全自动大规模细胞培养设备，其特征在于，

所述培养模块(2)包括固定安装在固定台(7)上的培养台(2.2)和可拆卸安装在所述培养台(2.2)内部的若干个可独立工作的细胞培养罐(2.1)；

所述摇动模块包括若干个摇床(2.1.3)；所述摇床(2.1.3)均固定在培养台(2.2)内部底端；所述摇床(2.1.3)台面上可拆卸安装柔性半包裹式加热器(2.1.1)；所述培养模块(2)的培养罐可拆卸安装在柔性半包裹式加热器(2.1.1)中，所述培养模块(2)的培养罐和柔性半包裹式加热器(2.1.1)均可以跟随摇床(2.1.3)台面运动而运动。

4.根据权利要求3所述的一种低损失率的全自动大规模细胞培养设备，其特征在于，

所述细胞培养罐(2.1)内部设置有传感器组(2.1.2)和细胞筛网(2.1.4)；所述细胞培养罐(2.1)罐盖上固定有连通管，所述连通管的一端位于所述细胞培养罐(2.1)外，另一端位于所述细胞培养罐(2.1)内，所述连通管包括长管A(2.1.5)、短管A(2.1.6)和取样管(2.1.7)，所述取样管(2.1.7)的一端位于所述细胞培养罐(2.1)内；所述细胞筛网(2.1.4)固定在所述长管A(2.1.5)外围，与所述长管A(2.1.5)同轴心装配，其底部与所述长管A(2.1.5)底端留有间距；所述传感器组(2.1.2)为非接触测量装置，固装在所述细胞培养罐(2.1)内的独立小室中。

5.根据权利要求4所述的一种低损失率的全自动大规模细胞培养设备，其特征在于，

所述混合模块(3)包括混合罐(3.1)、柔性环绕式加热器(3.2)、第一搅拌桨(3.3)、第二搅拌桨(3.12)、第一连接杆(3.4)、第二连接杆(3.13)、第一搅拌电机(3.5)、第二搅拌电机(3.14)、曝气盘(3.6)、第一细菌过滤器(3.7)、长管组(3.8)、短管组(3.9)、进样管(3.10)、弃液管(3.11)；所述混合罐(3.1)外围环绕固定所述柔性环绕式加热器(3.2)，使混合罐(3.1)内的温度保持恒定；所述混合罐(3.1)罐盖上固定有长管卡箍(3.8.1)和短管卡箍(3.9.1)；所述长管卡箍(3.8.1)内可拆卸安装若干根长管共同组成长管组(3.8)，用于连接所述循环模块(4)将培养基导出所述混合罐(3.1)，所述短管卡箍(3.9.1)内可拆卸安装若干根短管共同组成短管组(3.9)，用于连接所述循环模块(4)将培养基导入所述混合罐(3.1)；所述混合罐(3.1)的盖顶左侧可拆卸安装第一搅拌电机(3.5)，所述第一连接杆(3.4)一端与第一搅拌电机(3.5)的动力输出端连接，另一端与第一搅拌桨(3.3)连接，所述第一搅拌桨(3.3)位于所述混合罐(3.1)内靠近曝气盘(3.6)左侧的位置；所述混合罐(3.1)的盖顶右侧可拆卸安装第二搅拌电机(3.14)，所述第二连接杆(3.13)一端与第二搅拌电机(3.14)的动力输出端连接，另一端与第二搅拌桨(3.12)连接，所述第二搅拌桨(3.12)位于混合罐(3.1)内靠近曝气盘(3.6)右侧的位置；所述曝气盘(3.6)位于混合罐(3.1)内靠近混合罐(3.1)的底部，与所述第一细菌过滤器(3.7)一端通过硅胶管连接。

6.根据权利要求5所述的一种低损失率的全自动大规模细胞培养设备，其特征在于，

所述循环模块(4)包括第一循环单元和第二循环单元，所述第一循环单元的一端与所述细胞培养罐(2.1)内的长管A(2.1.5)连接，另一端与所述混合罐(3.1)内短管组(3.9)中的短管连接；所述第二循环单元的一端与所述混合罐(3.1)内长管组(3.8)中的长管连接，另一端与所述细胞培养罐(2.1)内的短管A(2.1.6)连接；所述第一循环单元包括第一蠕动泵(4.1)与第一单向阀(4.2)、第一夹管阀(4.3)，所述第一蠕动泵(4.1)的一端与长管A(2.1.5)连接，另一端与第一单向阀(4.2)连通，所述第一单向阀(4.2)与第一夹管阀(4.3)连接，所述第一夹管阀(4.3)未与第一单向阀(4.2)连接的一端与所述短管组(3.9)短管连接；所述第二循环单元包括第二蠕动泵(4.4)与第二单向阀(4.5)、第二夹管阀(4.6)，所述第二蠕动泵(4.4)的一端与短管A(2.1.6)连接，另一端与第二单向阀(4.5)连通，所述第二单向阀(4.5)与第二夹管阀(4.6)连接，所述第二夹管阀(4.6)未与第二单向阀(4.5)连接的一端与所述长管组(3.8)中的长管连接。

7.根据权利要求6所述的一种低损失率的全自动大规模细胞培养设备，其特征在于，

所述控制柜(1)内装有中央控制器(1.1)和多参数变送器(1.2)；所述传感器组(2.1.2)通过信号线和通讯线与多参数变送器(1.2)连接，能够将信息传输至多参数变送器(1.2)，并接受多参数变送器(1.2)的调控；

所述装置柜(5)内安装有气体导入模块(5.1)、样本处理模块(5.2)和废液模块(5.3)；其中所述气体导入模块(5.1)包括空气流量调节器(5.1.1)、氮气流量调节器(5.1.2)、二氧化碳流量调节器(5.1.3)、氧气流量调节器(5.1.4)、四混一进气阀(5.1.5)；所述空气流量调节器(5.1.1)、所述氮气流量调节器(5.1.2)、所述二氧化碳流量调节器(5.1.3)、所述氧气流量调节器(5.1.4)的一端分别与所述四混一进气阀(5.1.5)的一端连接，所述四混一进气阀(5.1.5)的另一端与所述第一细菌过滤器(3.7)连接；所述空气流量调节器(5.1.1)、氮气流量调节器(5.1.2)、二氧化碳流量调节器(5.1.3)、氧气流量调节器(5.1.4)另一端通过气管连接相应气瓶；

所述样本处理模块(5.2)包括自动取样器(5.2.1)、细胞分析仪(5.2.2)、自动进样器(5.2.3)、试剂架(5.2.4)；所述细胞分析仪(5.2.2)与所述自动取样器(5.2.1)连接，所述自动取样器(5.2.1)与所述取样管(2.1.7)连接；所述试剂架(5.2.4)与所述自动进样器(5.2.3)连接，所述自动进样器(5.2.3)与所述进样管(3.10)连接；

所述废液模块(5.3)包括废液桶(5.3.1)和弃液泵(5.3.2)；所述废液桶(5.3.1)与所述弃液泵(5.3.2)连接，所述弃液泵(5.3.2)与所述弃液管(3.11)连接。

8.根据权利要求7所述的一种低损失率的全自动大规模细胞培养设备，其特征在于，

所述传感器组(2.1.2)包括温度传感器、溶解氧浓度传感器、pH传感器和二氧化碳浓度传感器；和/或，

所述的第一细菌过滤器(3.7)用于双向过滤气体中的细微杂质和细菌。