CN119220401A - 一种细胞培养箱及湿度控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明为了解决现有技术中湿度不稳定、灭菌效果不佳的问题，提供了一种细胞培养箱及湿度控制方法，包括培养箱内腔和外门，还包括密封结构，培养箱内腔设有生物去污系统，生物去污系统包括主动加湿系统和气流除残系统，主动加湿系统包括灭菌剂输入口、水输入口和蒸发灭菌剂与水的蒸发器，蒸发器通过蒸发器安装座安装在培养箱内腔的内壁上。本发明通过高效的灭菌功能和稳定的密封结构，能够保持内腔的无菌状态，确保实验环境的纯净度，除此之外，本发明还具有精确控制加湿量的能力，有效稳定湿度控制，提供更加理想的实验条件。

Description

一种细胞培养箱及湿度控制方法

技术领域

本发明涉及细胞培养技术领域，尤其是涉及一种细胞培养箱及湿度控制方法。

背景技术

细胞培养箱是生物医学领域中常用的实验设备，主要用于模拟细胞在体内的生长环境，以研究细胞的基本生理活动、疾病的发生和发展过程以及药物的作用机制。随着生物医学研究的不断深入，细胞培养箱的技术也在不断发展和改进。

目前，市场上已经存在多种类型的细胞培养箱，包括恒温恒湿培养箱、二氧化碳培养箱、无菌培养箱等。这些培养箱各有优缺点，但总体来说，它们都具备以下基本功能：温度控制：细胞培养箱需要保持恒定的温度，以模拟细胞在体内的生长环境。

湿度控制：细胞培养箱需要保持一定的湿度，以避免细胞干燥。

气体控制：对于某些细胞类型，如哺乳动物细胞，需要提供一定的二氧化碳浓度以维持细胞的正常生长。

无菌环境：细胞培养箱需要保持无菌状态，以避免污染。

然而，现有的细胞培养箱仍存在一些问题，如湿度不稳定、灭菌效果不佳等。这些问题可能会影响细胞的生长和实验结果的准确性。

为了解决以上问题，专利号为CN206872848U的中国实用新型专利提出一种细胞培养箱，包括一种细胞培养箱，由多个部分组成，所述培养箱包括：箱体、挡板、隔板、水槽、加湿器、储水瓶、进气口、空气过滤器、风机、出气口、照明灯、加热板和操作面板。但该实用新型未考虑到细胞需要无菌环境，可能会污染，因此存在缺陷。

发明内容

本发明主要是解决现有技术中湿度不稳定、灭菌效果不佳的问题，提供了一种细胞培养箱及湿度控制方法。

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：

一种细胞培养箱，包括培养箱内腔和外门，其特征在于，还包括密封结构，所述培养箱内腔设有生物去污系统，所述生物去污系统包括主动加湿系统和气流除残系统，所述主动加湿系统包括灭菌剂输入口、水输入口和蒸发灭菌剂与水的蒸发器，所述蒸发器通过蒸发器安装座安装在培养箱内腔的内壁上。

作为一种优选方案，所述主动加湿系统还包括提供动力的泵和调整管路的阀，所述灭菌剂输入口和水输入口分别通过过滤器与阀连接。

作为一种优选方案，所述蒸发器包括底托板和蒸发器内芯，所述底托板与蒸发器内芯连接，所述蒸发器内芯的内部设有控温的温控组件。

作为一种优选方案，所述温控组件包括温度传感器和加热棒。

作为一种优选方案，所述蒸发器的顶端设有注液管和包裹所述注液管的穿墙接头。

作为一种优选方案，所述蒸发器的外层设有用于隔热保温的保温外套。

作为一种优选方案，所述外部结构与所述主动加湿系统相同，所述气流除残系统包括用于气流循环的循环风扇、导流板和设于所述导流板下方的催化剂。

作为一种优选方案，所述密封结构包括用于内腔密封的内门密封条、用于外法兰面装饰的装饰密封条和用于隔热密封的外门密封条。

作为一种优选方案，所述泵后设有用于检测管中有无液体的液体传感器。

一种湿度控制方法，包括以下步骤：

S1、输入目标湿度后读取当前湿度值，并计算当前湿度值与目标湿度的差值；

S2、确定需加的水量，以一定的速度定量进行蒸发加湿；

S3、在需加水量剩余第一设定值时，间断性地缓慢蒸发，中间留静置时间，并通过培养箱湿度传感器实时读取湿度；

S4、待湿度到达目标浓度，进入维持阶段，当湿度降低到第二设定值时，进行微量加水蒸发补充。

因此，本发明的优点是：

1、主动加湿，湿度控制更加精确和稳定；

2、高效的灭菌功能；

3、稳定的密封结构。

附图说明

图1是本发明的结构图。

图2是本发明的局部剖视结构图。

图3是本发明的主动加湿系统。

图4是本发明的生物去污系统。

图5是本发明的蒸发器结构图。

图6是本发明的密封结构的结构图。

图7是本发明的湿度控制逻辑图。

图8是本发明的培养箱内90％湿度控制的测试数据。

图9是本发明的灭菌效果验证图。

图中：1、灭菌剂加注器；2、水箱；3、蒸发器；4、传感器组件；5、循环风扇；6、加热组件；7、催化剂；8、内门把手；11、出液接头；12、液体传感器；13、泵；14、阀；15、过滤器；16、灭菌剂输入口；17、水输入口；18、安装支架；19、培养箱内腔；21、导流板；31、保温外套；32、温度传感器；33、加热棒；34、蒸发器安装座；35、底托板；36、蒸发器内芯；37、注液管；38、穿墙接头；41、外门；42、内门玻璃；43、内门密封条；44、装饰密封条；45、外门密封条；46、培养箱法兰面。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

本发明为了解决现有技术中湿度不稳定、灭菌效果不佳的问题，提供了一种细胞培养箱及湿度控制方法。

实施例一：

本细胞培养箱作为一种先进的生物实验设备，具备多项关键功能和特点。首先，配备蒸发器3、循环风扇5、催化剂7、水箱2以及灭菌剂加注器1，这些设备的协同作用使得该培养箱能够独立进行VHP蒸汽式灭菌以及循环分解除残的操作。通过高效的灭菌功能和稳定的密封结构，本培养箱能够保持内腔的无菌状态，确保实验环境的纯净度，除此之外，该培养箱还具有精确控制加湿量的能力，有效稳定湿度控制，从而提供了更加理想的实验条件，其外门内设有内门，以确保密封性，同时内门上安装内门把手8的设计使得操作更加便捷。其也同样具有气套式加热组件6、恒温系统、传感器组件4等，进一步提升了性能和实用性。

一种细胞培养箱，包括培养箱内腔19、靠近培养箱内腔19一侧设有内门玻璃42的外门41和密封结构，培养箱内腔19设有可以高效灭菌的生物去污系统，生物去污系统包括可以使湿度控制更加精确稳定的主动加湿系统和灭菌后进行过氧化氢除残的气流除残系统，主动加湿系统包括依次连接的蒸发器3、提供动力的泵13、安装支架18、用于调整管路的阀14、用于滤菌的过滤器15、灭菌剂输入口16和水输入口17，灭菌剂输入口16和水输入口17分别通过过滤器15与阀14连接，蒸发器3的顶部形状为凹盘。在实际运行中，本培养箱不仅能够满足细胞培养的需求，还可以广泛应用于生物医药领域、实验室科研等多个领域。其稳定的工作性能和先进的功能设计，使其成为实验室中不可或缺的重要装备之一。总的来说，本细胞培养箱的多项功能和特点为科研人员提供了便利，促进了实验工作的顺利进行。

蒸发器3作为细胞培养箱中的重要组成部分，在实验室中扮演着至关重要的角色。其精密的结构设计和高效的功能特点使其成为实验过程中不可或缺的设备之一。本发明中的蒸发器3的结构如图5所示，蒸发器3通过蒸发器安装座34安装在培养箱内腔19的内壁上，并且在设计中留有一出线口，这样的设计旨在确保蒸发器3的稳固性和使用便捷性。蒸发器内芯36部件则是其核心所在，蒸发器内芯36的内部设有用于控温的温控组件，温控组件包括温度传感器32和加热棒33，这些组件共同构成了蒸发器3主要的温控系统。温控组件的设计对于蒸发器3的性能起着至关重要的作用。温度传感器32能够准确感知到蒸发器3内部的温度变化，而加热棒33则可以根据传感器反馈的信息进行相应的调节，从而实现对蒸发器3内部温度的精准控制。这种温度控制的精准性不仅可以提供稳定的实验环境，还可以保证实验结果的准确性和可重复性。

蒸发器3包括底托板35和蒸发器内芯36两部分，底托板35与蒸发器内芯36通过螺纹连接，以固定加热棒33和温度传感器32，这种连接方式不仅简单可靠，而且有助于确保加热棒33和温度传感器32与蒸发器内芯36之间的紧密结合，有效地提升了温度控制的准确性和稳定性。此外，蒸发器内芯36的设计也经过精心考虑，以确保温度的均匀分布和稳定性，在实验过程中发挥着至关重要的作用。

总的来说，蒸发器3作为细胞培养箱中的关键组件，其精妙的结构设计和高效的温控系统为实验室工作提供了可靠的支持。通过蒸发器3的合理布局和内部温控组件的精准调节，科研人员可以更加准确地控制实验条件，从而提高实验结果的可信度和科研成果的质量。因此，蒸发器3的优化设计和功能特点使其成为生物实验中不可或缺的重要设备，为科研工作的顺利进行提供了有力支持。

蒸发器3的顶部形状为用于接收灭菌剂和水的凹盘，在此进行蒸发，这个凹盘的设计使得蒸发过程更加高效和可控。为了方便操作，蒸发器3的凹盘上方设有注液管37和包裹注液管37的穿墙接头38，通过注液管37，可以向蒸发器3中添加需要蒸发的液体，例如灭菌剂或水。这样，蒸发器3就能够根据需要将液体逐渐蒸发，实现所需的浓缩或分离效果。而穿墙接头38的存在，则是为了确保注液管37与蒸发器3内部的隔离，避免外界杂质进入蒸发器3内部。蒸发器3的外层设有用于隔热保温的保温外套31，起到隔热保温的作用，它可以有效地减少蒸发器3与外界环境之间的热量交换，从而降低能量的损失。隔热保温的作用使得蒸发器3能够更好地保持稳定的工作温度，提高蒸发效率并减少能源消耗。

综上所述，蒸发器3的设计考虑了多个关键因素，以确保其高效、可控和稳定的工作。通过顶部凹盘的设计，注液管37和穿墙接头38的设置，蒸发器3能够方便地进行液体注入和蒸发操作。同时，保温外套31的应用可以有效地隔离蒸发器3与外界环境之间的热量交换，提供良好的隔热保温效果。这些设计和功能特点共同为蒸发器3的可靠性和性能优化做出了重要贡献，使其成为实验室和工业生产中不可或缺的设备之一。

图3为本培养箱的主动加湿系统，主动加湿系统是实验室和工业生产中常用的设备，用于控制环境中的湿度，保持环境条件稳定。本发明的主动加湿系统具有独特的设计，通过灭菌剂输入口16和水输入口17分别输入灭菌剂和水，以确保加湿过程中的卫生安全。这样的设计能够有效避免因为水源或灭菌剂的不洁净而导致的污染问题，提高了加湿系统的可靠性和稳定性。

在主动加湿系统中，经过输入口输入的灭菌剂和水会经过过滤器15进行滤菌处理，以去除其中的微生物污染物质，确保加湿过程的卫生安全。随后，在阀14处汇合，系统会根据程序自动调整管路，实现加水或者添加灭菌剂的操作。这种智能化的管路调节设计使得加湿系统能够根据实际需求精准地控制液体的输入和混合比例，从而实现对环境湿度的精准调节。

通过这种智能化设计，主动加湿系统能够更加高效地运行，提高了加湿效率和稳定性。系统可以根据设定的参数和程序自动进行液体输入和混合操作，无需人工干预，减少了操作失误的可能性，提高了工作效率。这种智能化的设计不仅提升了加湿系统的性能，还为实验室和工业生产提供了更加便捷和可靠的环境控制解决方案。

为了确保系统的稳定运行，主动加湿系统的动力来源于安装在安装支架18上的泵13，泵13和蒸发器3通过出液接头11连接，泵13的作用是将水和灭菌剂从输入口输送至阀14处，实现液体的混合和输出。此外，在泵13的后方设置了一液体传感器12，用于检测管中有无液体。这一设计可以及时发现管路中的液体流动情况，提供给控制系统反馈信号，以确保液体输送的稳定性和准确性。

利用液体传感器12提供的检测信号，主动加湿系统可以准确知晓液体的出液时间。结合预先设定的泵流量参数，系统能够精准计算出液体的加注量，从而实现对液体的定量加注。这种智能化的液体加注方式，使得加湿系统能够根据需求自动进行精准的液体加注，无需人工干预，极大地提高了系统的自动化程度和操作便利性。

总的来说，主动加湿系统通过智能化管路调节和液体加注控制，实现了对环境湿度的精准调节和稳定控制。其智能化设计和自动化操作，使得加湿系统在实验室和工业生产中发挥着重要作用，为保持合适的湿度环境提供了可靠的支持。这种智能化的加湿系统不仅提高了工作效率，还能够有效降低人工操作的复杂性，为实验室和工业生产带来了便利和可靠性。

如图7为湿度控制逻辑图。通过培养箱中湿度传感器反馈的实时湿度值，通过以下逻辑对泵13进行通断和流量的控制。图7为培养箱内90％湿度控制的测试数据。

本培养箱的生物去污系统包含以下三个方面：

添加灭菌剂和水时经过过滤器15进行除菌；

蒸发器3对灭菌剂(过氧化氢溶液)进行蒸发扩散灭菌；

严格的密封设计，防止外部污染物进入箱内。

如图4，生物去污系统设计考虑了多个关键方面，以确保培养环境的洁净和安全。首先，系统在添加灭菌剂和水时通过过滤器15进行除菌处理，这一步骤能够有效地去除悬浮的微生物和杂质，保证输入液体的纯净度。通过过滤器15的除菌作用，可以避免在最初阶段就引入有害微生物，有效保障培养箱内部环境的清洁度。

其次，蒸发器3在系统中扮演着重要角色，对灭菌剂(如过氧化氢溶液)进行蒸发扩散灭菌。蒸发器3利用加热使灭菌剂蒸发，并扩散到整个培养箱内部，进而实现对空气和表面的灭菌效果。这种蒸发扩散灭菌方式能够全面覆盖培养箱内各个角落，确保生物去污效果的全面性和持久性，为培养环境提供了可靠的消毒保障。

另外，本培养箱还采用严格的密封设计，旨在防止外部污染物进入箱内。通过密封设计，可以有效隔绝外部空气、微生物和颗粒物质的进入，避免交叉污染和不洁因素的影响。这样的密封设计保证了培养箱内部环境的稳定性和纯净度，为生物实验提供了一个安全可靠的工作空间。综上所述，本发明的生物去污系统在除菌、蒸发扩散灭菌和严格密封设计等方面都具备高效、全面的功能。通过多重防护措施的结合，该系统能够确保培养环境的洁净和安全，为科研实验和生物培养提供了可靠的支持和保障。

本发明的生物去污系统采用VHP蒸汽灭菌法作为生物去污方式，除了主动加湿系统，气流除残系统则包括用于气流循环的循环风扇5、导流板21以及设置于导流板21下方的用于将残余过氧化氢进行加速分解的催化剂7。这一设计旨在通过高效的VHP(过氧化氢蒸气)灭菌技术，确保培养箱内部环境的洁净和安全。

定量的过氧化氢溶液依次通过过滤器15、阀14、泵13以及液体传感器12，积蓄在蒸发盘3中进行蒸发。这个过程中，系统通过精准控制液体传感器12和泵13的操作，能够实现对过氧化氢溶液的精准加注和蒸发，从而确保蒸汽产生的稳定性和可控性。这种定量加液和蒸发的方式，能够有效地提高灭菌效果和消毒均匀度，为细胞培养箱提供可靠的生物去污保障。

在培养箱内部，循环风扇5被设计用来进行气流循环，完成灭菌后停止加液。这样的设计可以确保蒸汽在整个培养箱内部得到充分分布和扩散，从而实现对所有表面和空气中微生物的综合灭菌效果。同时，循环风扇5继续引导气流经过导流板21下方的用于将残余过氧化氢进行加速分解的催化剂7，进行过氧化氢除残。这一步骤能够进一步加强除菌效果，确保培养箱内部的微生物被彻底清除，为生物研究实验提供了一个干净、安全的工作环境。

总的来说，本发明采用VHP蒸汽灭菌技术，通过气流除残系统的循环风扇5、导流板21和用于将残余过氧化氢进行加速分解的催化剂7的设计，实现了对培养箱内部环境的全面生物去污。高效、精准的灭菌方式和内部循环结构，保证了培养箱内的洁净环境，为科研实验和生物培养提供了可靠的支持和保障。这样的生物去污系统不仅能够满足实验室和生物产业的需求，同时也具有较高的安全性和可靠性，对于保障实验数据的准确性和生物培养的成功具有重要意义。

如图9为本培养箱中生物去污系统的灭菌效果验证。在进行生物去污系统的灭菌效果验证实验时，工作人员采取了严谨的实验设计和操作流程。首先，在本次实验中，工作人员针对培养箱中的生物去污系统定量加注了35％过氧化氢1克，以确保在后续的实验过程中能够达到预期的灭菌效果。过氧化氢作为一种常用的消毒剂，具有较强的氧化性，可以有效地杀灭细菌、病毒等微生物，从而实现灭菌的目的。

在加注过氧化氢后，工作人员设置了两个时间点进行补液操作，分别是10分钟和20分钟。在这两个时间点，工作人员各补充了1克过氧化氢，以确保培养箱内的过氧化氢浓度能够持续达到400ppm以上，并且能够维持超过30分钟的时间。这样的操作设计旨在保证实验过程中的消毒效果能够达到预期要求，确保实验结果的可靠性和准确性。

通过对培养箱中生物去污系统的灭菌效果进行验证，工作人员可以评估过氧化氢在消毒过程中的实际效果，并据此调整和优化消毒方案，以提高消毒效果和效率。实验结果将为工作人员提供重要的参考信息，指导后续的实验工作和应用实践，进一步完善生物去污系统的设计和应用，促进其在环境治理和保洁方面的应用与推广。

密封结构是本发明的最后一个关键组成部分，包括内门密封条43、装饰密封条44和外门密封条45，各自承担着不同的功能。首先，内门密封条43位于内腔密封位置，安装在内门玻璃42的底部，且与培养箱法兰面46贴合，其主要作用是确保设备内部空间的密封性，防止气体或液体泄漏，从而保持内部环境的洁净和稳定。其次，装饰密封条44则主要用于外法兰面，不仅起到密封作用，还能够美化设备外观，提升整体装饰效果，使设备外观更加优雅和专业。最后，外门密封条45主要用于隔热密封，有效阻止热量传导和散失，提高设备的隔热性能，确保设备在高温环境下运行时内部温度的稳定性。这些不同类型的密封条共同构成了完善的密封结构，为设备的正常运行和性能表现提供了重要保障。

实施例二：

一种湿度控制方法，适用于上述实施例一中的细胞培养箱，包括以下步骤：

S1、输入目标湿度后读取当前湿度值，并计算当前湿度值与目标湿度的差值。

S2、确定需加的水量，以一定的较快的速度定量进行蒸发加湿。

S3、在需加水量剩余第一设定值时，间断性地缓慢蒸发，中间留静置时间，并通过培养箱湿度传感器实时读取湿度。本申请的第一设定值可以是1g。

S4、待湿度到达目标浓度，进入维持阶段，当湿度降低到第二设定值时，进行微量加水蒸发补充。本申请的第二设定值可以是0.5％。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (10)

1.一种细胞培养箱，包括培养箱内腔和外门，其特征在于，还包括密封结构，所述培养箱内腔设有生物去污系统，所述生物去污系统包括主动加湿系统和气流除残系统，所述主动加湿系统包括灭菌剂输入口、水输入口和蒸发灭菌剂与水的蒸发器，所述蒸发器通过蒸发器安装座安装在培养箱内腔的内壁上。

2.根据权利要求1所述的一种细胞培养箱，其特征在于，所述主动加湿系统还包括提供动力的泵和调整管路的阀，所述灭菌剂输入口和水输入口分别通过过滤器与阀连接。

3.根据权利要求1所述的一种细胞培养箱，其特征在于，所述蒸发器包括底托板和蒸发器内芯，所述底托板与蒸发器内芯连接，所述蒸发器内芯的内部设有控温的温控组件。

4.根据权利要求3所述的一种细胞培养箱，其特征在于，所述温控组件包括温度传感器和加热棒。

5.根据权利要求1所述的一种细胞培养箱，其特征在于，所述蒸发器的顶部设有用于接收灭菌剂和水的凹盘，凹盘上方设有注液管和包裹所述注液管的穿墙接头。

6.根据权利要求1或3或5所述的一种细胞培养箱，其特征在于，所述蒸发器的外层设有用于隔热保温的保温外套。

7.根据权利要求1所述的一种细胞培养箱，其特征在于，所述气流除残系统包括用于气流循环的循环风扇、导流板和设于所述导流板下方的将残余过氧化氢加速分解的催化剂。

8.根据权利要求1所述的一种细胞培养箱，其特征在于，所述密封结构包括用于内腔密封的内门密封条、用于外法兰面装饰的装饰密封条和用于隔热密封的外门密封条。

9.根据权利要求2所述的一种细胞培养箱，其特征在于，所述泵后设有用于检测管中有无液体的液体传感器。

10.一种湿度控制方法，适用于权利要求1至9任一项所述的细胞培养箱，其特征在于，包括以下步骤：

S1、输入目标湿度后读取当前湿度值，并计算当前湿度值与目标湿度的差值；

S2、确定需加的水量，以一定的速度定量进行蒸发加湿；

S3、在需加水量剩余第一设定值时，间断性地缓慢蒸发，中间留静置时间，并通过培养箱湿度传感器实时读取湿度；

S4、待湿度到达目标浓度，进入维持阶段，当湿度降低到第二设定值时，进行微量加水蒸发补充。