CN209778897U

CN209778897U - 全封闭细胞培养气体控制系统

Info

Publication number: CN209778897U
Application number: CN201920312819.XU
Authority: CN
Inventors: 余学军; 徐鹏; 方勇军
Original assignee: China (shanghai) Biological Medicine Co Ltd
Current assignee: China (shanghai) Biological Medicine Co Ltd
Priority date: 2019-03-12
Filing date: 2019-03-12
Publication date: 2019-12-13
Anticipated expiration: 2029-03-12

Abstract

本实用新型提供一种全封闭细胞培养气体控制系统，至少包括以下部分：进气通路、培养箱、培养罐、混合气体吸入通路、废气排放通路、气体浓度感应模块、控制器。本实用新型所述的气体控制系统能够确保细胞培养过程中外界气体变化不会直接对细胞培养造成影响，保证气体各组分含量不变，同时减少人工操作，降低成本，降低培养过程中操作失误的风险，提高培养效率。

Description

全封闭细胞培养气体控制系统

技术领域

本实用新型涉及细胞培养技术领域，特别是涉及一种全封闭细胞培养气体控制系统。

背景技术

近年来，CAR-T细胞免疫疗法被认为是最有希望攻克癌症的疗法之一。其有很多其他疗法无法比拟的优势，如CAR-T细胞可以具有多个靶向位点，提高肿瘤治疗的准确性，且作用过程不受MHC(major histocompatibility complex)的限制；CAR-T细胞杀瘤范围更广、效果更持久；技术属性强，可复制性强等。2018年，FDA批准了两款CD19CAR-T细胞药物(分别为Kymriah和Yescarta)，这两款CAR-T细胞药物在恶性血液肿瘤治疗中取得了良好的效果。然而CAR-T细胞免疫疗法仍存在很多方面的限制，如CAR-T细胞的制备。在CAR-T治疗过程中，需将经过技术改造的T细胞进行体外培养，达到符合治疗要求的细胞数量(一般一个病人需要几亿，甚至几十亿个CAR-T细胞)后，再把它们回输到病人体内靶向杀死癌细胞，然而受限于目前的技术手段，CAR-T细胞的体外培养时间占比较长，从而延长临床治疗周期。

细胞培养(cell culture)是指在体外模拟体内环境(无菌、适宜温度、酸碱度和一定营养条件等)，使之生存、生长、繁殖并维持主要结构和功能的一种方法。细胞培养技术是细胞生物学研究方法中重要和常用技术，通过细胞培养技术对细胞进行培养既可以获得大量细胞，又可以借此研究细胞的信号转导、细胞的合成代谢、细胞的生长增殖等。

目前的细胞培养大多是人工操作培养，当面向产业化而需要大量培养细胞时，需要花费大量的人力成本及时间成本，同时随着操作者的负担增加，造成失误的风险也大大增加；此外，人工培养无法准确对细胞生长的环境进行控制，不利于细胞的生长。

实用新型内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本实用新型的目的在于提供一种全封闭细胞培养气体控制系统。

为实现上述目的及其他相关目的，本实用新型第一方面提供一种全封闭细胞培养气体控制系统，至少包括以下部分：

进气通路，包括分离的空气通路、二氧化碳通路和氧气通路。

培养箱，与所述空气通路、二氧化碳通路和氧气通路连通，用于缓冲和混合来自所述进气通路的气体，形成混合气体。

培养罐。设于培养箱内。用于进行细胞培养。

混合气体吸入通路，连通所述培养箱和培养罐。用于将培养箱中的混合气体输入培养罐。

废气排放通路，与所述培养罐连通。用于排放细胞培养过程中产生的废气。

气体浓度感应模块，包括氧气气体浓度传感器和二氧化碳气体浓度传感器。位于所述培养箱内。分别用于测定培养箱内实时氧气气体浓度值和实时二氧化碳气体浓度值。

控制器，与所述气体浓度感应模块、二氧化碳通路、氧气通路和混合气体吸入通路连接。用于接收气体浓度感应模块的信息，调节进气通路和混合气体吸入通路气体流量。

如上所述，本实用新型的全封闭细胞培养气体控制系统，具有以下有益效果：

本实用新型所述的气体控制系统分开进气，保证培养过程中各气体组分含量稳定，能够确保细胞培养过程中外界气体变化不会直接对细胞培养造成影响，保证气体各组分含量不变，同时减少人工操作，降低成本，降低培养过程中操作失误的风险，提高培养效率。

附图说明

图1显示为本实用新型的全封闭细胞培养气体控制系统信号传输图；

图2显示为本实用新型的全封闭细胞培养气体控制系统正面结构图；

图3显示为本实用新型的全封闭细胞培养气体控制系统背面结构图；

图4显示为本实用新型的全封闭细胞培养气体控制系统培养箱版面各部件分布图。

元件标号说明

1 空气通路

11 空气过滤器

12 空气管路

13 通气口

2 二氧化碳通路

21 储二氧化碳装置

22 二氧化碳减压阀

23 二氧化碳通路开关

24 二氧化碳管路

25 二氧化碳通路培养箱进口

3 氧气通路

31 储氧气装置

32 氧气减压阀

33 氧气通路开关

34 氧气管路

35 氧气通路培养箱进口

4 培养箱

5 气体浓度感应模块

51 氧气气体浓度传感器

52 二氧化碳气体浓度传感器

6 控制器

7 气体排出管路

8 混合气体吸入通路

81 混合气体吸入泵

82 混合气体吸入管路

83 混合气体通路培养箱出口

9 培养罐

10 废气排放通路

101 废气排放管路

111 风扇

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本实用新型的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点及功效。

请参阅图1-图4。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本实用新型可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本实用新型所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本实用新型所揭示的技术内容能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本实用新型可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本实用新型可实施的范畴。

须知，本实用新型所述的结构为全封闭细胞培养气体控制系统的结构，进行细胞培养时所需的其他部件不在本实用新型范围内，故本实用新型的附图中只显示全封闭细胞培养气体控制系统的结构，未显示细胞培养时所需的其他结构，如培养液传输组件等。另外，本实用新型所述的控制器可位于培养箱外壁的任一位置，或位于培养箱外的控制台上等，只要与全封闭细胞培养气体控制系统中其他部件能够连接即可，因此，并未在附图2-4上显示控制器位置。

如图2-图4所示，本实用新型提供的全封闭细胞培养气体控制系统，至少包括以下部分：

进气通路，包括分离的空气通路1、二氧化碳通路2和氧气通路3。

培养箱4；与空气通路1、二氧化碳通路2和氧气通路3连通，用于缓冲和混合来自所述进气通路的气体，形成混合气体。

培养罐9，设于培养箱内。用于进行细胞培养。

混合气体吸入通路8，连通所述培养箱4和培养罐9。用于将培养箱4中的混合气体输入培养罐9。

废气排放通路10，与所述培养罐连通9。用于排放细胞培养过程中产生的废气。

气体浓度感应模块5，包括氧气气体浓度传感器51和二氧化碳气体浓度传感器52。位于所述培养箱4内。分别用于测定培养箱内实时氧气气体浓度值和实时二氧化碳气体浓度值。

所述氧气气体浓度传感器51和二氧化碳气体浓度传感器52均为市售产品。

控制器6，控制器，与所述气体浓度感应模块、二氧化碳通路、氧气通路和混合气体吸入通路连接。用于接收气体浓度感应模块的信息，调节进气通路和混合气体吸入通路气体流量。

进一步的，所述空气通路1包括空气管路12；所述空气管路12与所述培养箱4连通。

在一种实施方式中，所述空气通路还设有空气过滤器11，用于过滤外界空气，使进入到培养箱4内的空气洁净。

进一步的，所述二氧化碳通路2包括储二氧化碳装置21、二氧化碳减压阀22、二氧化碳通路开关23和二氧化碳管路24；所述储二氧化碳装置21与所述二氧化碳管路24连接，所述二氧化碳减压阀22设于二氧化碳管路24上，所述二氧化碳管路24与所述培养箱4连通；所述二氧化碳通路上设有二氧化碳通路开关23，所述二氧化碳通路开关23与所述控制器6连接。

在一种实施方式中，所述二氧化碳通路开关选自储二氧化碳装置开关、二氧化碳管路开关、二氧化碳减压阀开关中的一种或多种。可以为电磁阀。

进一步的，所述氧气通路3包括储氧气装置31、氧气减压阀32、氧气通路开关33和氧气管路34；所述储氧气装置31与所述氧气管路34连接，所述氧气减压阀32设于氧气管路34上，所述氧气管路34与所述培养箱4连通；所述氧气通路上设有氧气通路开关33，所述氧气通路开关33与所述控制器6连接。

在一种实施方式中，所述氧气通路开关选自储氧气装置开关、氧气管路开关、氧气减压阀开关中的一种或多种。可以为电磁阀。

进一步的，所述混合气体吸入通路8包括混合气体吸入泵81和混合气体吸入管路82；所述混合气体吸入管路82与混合气体吸入泵81连接，所述混合气体吸入管路82连通所述培养箱4和培养罐9；所述混合气体吸入泵81与所述控制器6连接。

在一种实施方式中，所述混合气体吸入管路82上设有气体过滤器。用于在进入培养罐前，对气体进行过滤。

进一步的，所述废气排放通路10包括废气排放管路101。所述废气排放管路上设有单向阀。防止外界空气通过废气排放管路进入罐内。

进一步的，所述培养箱中设有气体排出通路7，用于排出箱内气体，保持箱内气压稳定。

进一步的，所述气体排出通路7包括气体排出管路，用于排出箱内气体，保持箱内气压稳定。

在一种实施方式中，所述二氧化碳通路2和氧气通路3在培养箱上设有二氧化碳通路培养箱进口25和氧气通路培养箱进口35，所述二氧化碳通路培养箱进口25和氧气通路培养箱进口35均设于培养箱内的上部。冷空气容易沉底，热空气上升，在顶部可以更快让气体混合后达到整个环境气体浓度一致。

在一种实施方式中，所述气体排出通路7和所述空气通路1为同一通路。

在一种实施方式中，所述混合气体通路在培养箱上设有混合气体通路培养箱出口83，所述混合气体通路培养箱出口83、氧气气体浓度传感器51和二氧化碳气体浓度传感器52设于培养箱内的下部。更能准确反映混合气体的浓度，使进入培养罐的混合气体指标更真实。

所述空气通路1和/或所述气体排出通路7在培养箱上设有通气口13，所述通气口13远离所述二氧化碳通路培养箱进口25、氧气通路培养箱进口35、混合气体通路培养箱出口83、氧气气体浓度传感器51和二氧化碳气体浓度传感器52。防止气体外逸过快。

在一种实施方式中，所述培养箱中设有风扇111，用于搅动气流，加快混合，使气体混合更均匀。

在一种实施方式中，所述风扇111设于培养箱内的上部。

进一步的，所述培养箱内设有温控组件，所述温控组件包括温度传感器和加热板，所述温度传感器受温度控制器控制，所述温度控制器用于调节加热板，以保持温度恒定。可以使位于培养箱内的培养罐处于恒温环境中，且保证进入培养罐内的气体温度恒定。

所述加热板及温度传感器均为市售产品。

所述温度控制器可以为单片机，单片机可以是一个8位最小系统。所述温度控制器也可以选用不同的品牌和型号，或者更高位数的控制器或处理器。所述温度控制器可用于安装相关控制程序。安装相关控制程序后，所述温度控制器可接收温度传感器的信号，并可根据需要调节加热板加热能力，进而控制培养箱内温度。采用现有技术的温度控制器即可。

进一步的，所述培养罐为非透气性材料制成。所述培养罐为全封闭结构。

所述培养箱上还包括培养箱盖，将培养箱与外界环境隔开，使培养箱内形成一个相对独立的环境。

全封闭结构是指，在细胞培养从激活、感染、扩增到成品回收的整个过程中，整个培养环境(包括罐体、过滤器、管路等)处于相对封闭的状态，仅通过无菌气体或液体通路和外界相通，并且所述培养箱与外界环境相对独立，使培养箱内的环境处于可调控的范围内。

所述控制器6可以为单片机，单片机可以是一个8位最小系统。所述控制器6也可以选用不同的品牌和型号，或者更高位数的控制器或处理器。控制器6可用于安装相关控制程序。

本实用新型提供了全封闭细胞培养气体控制系统的硬件架构。在本实用新型的全封闭细胞培养气体控制系统的控制器可根据需要安装不同设置的控制程序。

安装相关控制程序后，控制器6可接收气体浓度感应模块的信号，并根据需要控制氧气通路开关、二氧化碳通路开关、混合气体吸入泵的开闭，进而控制氧气通路、二氧化碳通路、混合气体吸入通路的开闭，控制进气量等。

可通过控制氧气通路开关的开闭来控制氧气通路的开闭；通过控制二氧化碳通路开关的开闭来控制二氧化碳通路的开闭，通过控制混合气体吸入泵的开闭来控制混合气体吸入通路的开闭。

在一种实施方式中，可以将控制器6设置以下程序：

比较单元，用于将气体浓度感应模块发送的实时氧气气体浓度值C_tO2和实时二氧化碳气体浓度值C_tCO2，与预设氧气气体浓度值C_0O2和预设二氧化碳浓度值C_0CO2，分别进行比较，根据公式(I)和(II)得出所需浓度的差值，即浓度差C_O2与C_CO2：

C_O2＝C_0O2-C_tO2 (I)

C_CO2＝C_0CO2-C_tCO2 (II)

开关控制单元，用于控制氧气通路、二氧化碳通路、混合气体吸入通路的开闭：

根据C_O2的值，调节氧气通路的通断时间；

根据C_CO2的值，调节二氧化碳通路的通断时间；

当C_O2及C_CO2均满足设定的阈值范围时，打开混合气体吸入通路，将培养箱内的气体吸入培养罐。

当C_O2及C_CO2中至少一个不满足设定的阈值范围时，关闭混合气体吸入通路。

氧气气体浓度值C_0O2、二氧化碳浓度值C_0CO2及阈值范围可根据需要待培养的细胞需求设定。C_O2及C_CO2阈值范围可选自-0.1％～0.1％。

以培养箱尺寸为373mm×330mm×250mm为例：

C_CO2的值分为七级，C_CO2≥2％、1％≤C_CO2＜2％、0.8％≤C_CO2＜1％、0.5％≤C_CO2＜0.8％、0.3％≤C_CO2＜0.5％、0.1％＜C_CO2＜0.3％、C_CO2≤0.1％；保持通气状态时，气体流速恒定；当C_CO2大于等于2％时，控制二氧化碳通路开关23打开1.5秒后关闭，然后等待12秒钟以使气体混匀后，读取二氧化碳气体浓度传感器52的浓度值，继续和设定值比较；当1％≤C_CO2＜2％时，控制二氧化碳通路开关23打开1秒后关闭，然后等待9秒钟后，读取二氧化碳气体浓度传感器52的浓度值，继续和设定值比较；当0.8％≤C_CO2＜1％时，控制二氧化碳通路开关23打开0.8秒后关闭，然后等待3秒钟后，读取二氧化碳气体浓度传感器52的浓度值，继续和设定值比较；当0.5％≤C_CO2＜0.8％时，控制二氧化碳通路开关23打开0.6秒后关闭，直接读取二氧化碳气体浓度传感器52的浓度值，继续和设定值比较；当0.3％≤C_CO2＜0.5％时，控制二氧化碳通路开关23打开0.5秒后关闭，直接读取二氧化碳气体浓度传感器52的浓度值，继续和设定值比较；当0.1％＜C_CO2＜0.3％时，控制二氧化碳通路开关23打开0.3秒后关闭，直接读取二氧化碳气体浓度传感器52的浓度值，继续和设定值比较；当C_CO2≤0.1％时，二氧化碳通路开关23保持关闭状态。

C_O2的值同样分为七级，C_O2≥2％、1％≤C_O2＜2％、0.8％≤C_O2＜1％、0.5％≤C_O2＜0.8％、0.3％≤C_O2＜0.5％、0.1％＜C_O2＜0.3％、C_O2≤0.1％；保持通气状态时，气体流速恒定；当C_O2大于等于2％时，控制氧气通路开关33打开1.5秒后关闭，然后等待12秒钟后，读取氧气气体浓度传感器51的浓度值，继续和设定值比较；当1％≤C_O2＜2％时，控制氧气通路开关33打开1秒后关闭，然后等待9秒钟后，读取氧气气体浓度传感器51的浓度值，继续和设定值比较；当0.8％≤C_O2＜1％时，控制氧气通路开关33打开0.8秒后关闭，然后等待3秒钟后，读取氧气气体浓度传感器51的浓度值，继续和设定值比较；当0.5％≤C_O2＜0.8％时，控制氧气通路开关33打开0.6秒后关闭，直接读取氧气气体浓度传感器51的浓度值，继续和设定值比较；当0.3％≤C_O2＜0.5％时，控制氧气通路开关33打开0.5秒后关闭，直接读取氧气气体浓度传感器51的浓度值，继续和设定值比较；当0.1％＜C_O2＜0.3％时，控制氧气通路开关33打开0.3秒后关闭，直接读取氧气气体浓度传感器51的浓度值，继续和设定值比较；当C_O2≤0.1％时，氧气通路开关33保持关闭状态。

本实用新型也可采用现有技术中的方式对控制器6进行设置，使控制器6能够实现控制氧气通路、二氧化碳通路、混合气体吸入通路的开闭的功能即可。

本实用新型所述全封闭细胞培养气体控制系统的使用方法为：

1)培养箱分别连通分离的空气通路、二氧化碳通路和氧气通路；

2)培养罐置于培养箱内并经混合气体吸入通路与培养箱连通；

3)利用氧气气体浓度传感器和二氧化碳气体浓度传感器感应培养箱内浓度变化，获得实时氧气气体浓度值和实时二氧化碳气体浓度值；

4)根据实时氧气气体浓度值和实时二氧化碳气体浓度值调节二氧化碳通路、氧气通路和混合气体吸入通路气体流量；

5)经与所述培养罐连通的废气排放通路排放细胞培养过程中产生的废气。

综上所述，本实用新型所述的气体控制系统分开进气，保证培养过程中各气体组分含量稳定，能够确保细胞培养过程中外界气体变化不会直接对细胞培养造成影响，保证气体各组分含量不变，同时减少人工操作，降低成本，降低培养过程中操作失误的风险，提高培养效率。所以，本实用新型有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本实用新型所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。

Claims

1.一种全封闭细胞培养气体控制系统，其特征在于，至少包括以下部分：

进气通路，包括分离的空气通路(1)、二氧化碳通路(2)和氧气通路(3)；

培养箱(4)，与所述空气通路(1)、二氧化碳通路(2)和氧气通路(3)连通；

培养罐(9)，设于培养箱内；

混合气体吸入通路(8)，连通所述培养箱(4)和培养罐(9)；

废气排放通路(10)，与所述培养罐(9)连通；

气体浓度感应模块(5)，包括氧气气体浓度传感器(51)和二氧化碳气体浓度传感器(52)；位于所述培养箱(4)内；

控制器(6)，与所述气体浓度感应模块(5)、二氧化碳通路(2)、氧气通路(3)和混合气体吸入通路(8)连接。

2.如权利要求1所述的全封闭细胞培养气体控制系统，其特征在于，所述空气通路(1)包括空气管路(12)，所述空气管路(12)与所述培养箱(4)连通。

3.如权利要求1所述的全封闭细胞培养气体控制系统，其特征在于，所述二氧化碳通路(2)包括储二氧化碳装置(21)、二氧化碳减压阀(22)、二氧化碳通路开关(23)和二氧化碳管路(24)；所述储二氧化碳装置(21)与所述二氧化碳管路(24)连接，所述二氧化碳减压阀(22)设于二氧化碳管路(24)上，所述二氧化碳管路(24)与所述培养箱(4)连通；所述二氧化碳通路上设有二氧化碳通路开关(23)，所述二氧化碳通路开关(23)与所述控制器(6)连接。

4.如权利要求1所述的全封闭细胞培养气体控制系统，其特征在于，所述氧气通路(3)包括储氧气装置(31)、氧气减压阀(32)、氧气通路开关(33)和氧气管路(34)；所述储氧气装置(31)与所述氧气管路(34)连接，所述氧气减压阀(32)设于氧气管路(34)上，所述氧气管路(34)与所述培养箱(4)连通；所述氧气通路上设有氧气通路开关(33)，所述氧气通路开关(33)与所述控制器(6)连接。

5.如权利要求1所述的全封闭细胞培养气体控制系统，其特征在于，所述混合气体吸入通路(8)包括混合气体吸入泵(81)和混合气体吸入管路(82)；所述混合气体吸入管路(82)与混合气体吸入泵(81)连接，所述混合气体吸入管路(82)连通所述培养箱(4)和培养罐(9)；所述混合气体吸入泵(81)与所述控制器(6)连接。

6.如权利要求1所述的全封闭细胞培养气体控制系统，其特征在于，所述培养箱中设有气体排出通路(7)。

7.如权利要求1所述的全封闭细胞培养气体控制系统，其特征在于，所述二氧化碳通路(2) 和氧气通路(3)在培养箱上设有二氧化碳通路培养箱进口(25)和氧气通路培养箱进口(35)，所述二氧化碳通路培养箱进口(25)和氧气通路培养箱进口(35)均设于培养箱内的上部。

8.如权利要求1所述的全封闭细胞培养气体控制系统，其特征在于，混合气体通路在培养箱上设有混合气体通路培养箱出口(83)，所述混合气体通路培养箱出口(83)、氧气气体浓度传感器(51)和二氧化碳气体浓度传感器(52)设于培养箱内的下部。

9.如权利要求1所述的全封闭细胞培养气体控制系统，其特征在于，所述培养箱中设有风扇(111)。

10.如权利要求9所述的全封闭细胞培养气体控制系统，其特征在于，所述风扇(111)设于培养箱内的上部。