CN210560476U

CN210560476U - 动态三维细胞灌流培养系统

Info

Publication number: CN210560476U
Application number: CN201920814049.9U
Authority: CN
Inventors: 刘祎; 王学军; 李帅; 曹炜; 张京钟; 余爽; 吴炎凡; 牛群; 葛阳
Original assignee: Suzhou Institute of Biomedical Engineering and Technology of CAS
Current assignee: Suzhou Institute of Biomedical Engineering and Technology of CAS
Priority date: 2019-05-31
Filing date: 2019-05-31
Publication date: 2020-05-19
Anticipated expiration: 2029-05-31

Abstract

本实用新型公开了一种动态三维细胞灌流培养系统，包括：基座、设置在基座上且沿培养液传输方向通过管路依次连通的培养基瓶、蠕动泵、氧合器、液体旋转接头、培养容器和废液贮存瓶、设置在所述基座上的支架、设置于支架上的用于容纳培养基瓶并带动其旋转的旋转笼以及用于驱动旋转笼转动的电机。本实用新型提供的系统可自动化完成三维细胞的动态培养；能避免传统培养系统中因三维培养支架的尺度过大造成三维支架中心的细胞和支架边沿的细胞由于传质不均匀因素造成研究模型不科学的问题，本该系统整个过程安全可靠、高效便捷，可满足不同领域研究人员三维培养的需求，符合生物材料学和细胞生物学的发展方向，具有很好的推广应用价值。

Description

动态三维细胞灌流培养系统

技术领域

本实用新型涉及细胞生物学、组织工程与生物材料及生物技术领域，特别涉及一种动态三维细胞灌流培养系统。

背景技术

细胞三维培养技术相对于传统的二维细胞培养方式存在着诸多优势，研究人员已从代谢组学、蛋白表达及核酸水平上都证实了这一结论，但目前三维培养的细胞类组织大多采用水凝胶等形式。通常三维培养中后期会出现由于营养物质及代谢废物传质问题导致细胞团内部坏死问题，而且细胞与生物材料形成的三维复合体边缘与中心部位细胞生长状态差异明显，造成研究模型不够科学等问题。

如何解决细胞三维培养中遇到的由于氧气、营养物质及代谢废物由于传质问题造成的坏死问题和三维复合体模型严谨科学构建是困扰着研究者的难题，流动的培养液可以加快营养物质与代谢废物的传输，避免由于传质问题造成的研究模型不科学等问题，因此有必要研发一种动态三维细胞灌流培养系统。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种动态三维细胞灌流培养系统。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：一种动态三维细胞灌流培养系统，包括：基座、设置在所述基座上且沿培养液传输方向通过管路依次连通的培养基瓶、蠕动泵、氧合器、液体旋转接头、培养容器和废液贮存瓶、设置在所述基座上的支架、设置于所述支架上的用于容纳所述培养基瓶并带动其旋转的旋转笼以及用于驱动所述旋转笼转动的电机。

优选的是，在蠕动泵的驱动下，所述培养基瓶中的培养液通过管路依次经过所述氧合器、液体旋转接头后输送至所述培养容器，所述培养容器排出的培养液再经所述液体旋转接头后输送至所述废液贮存瓶。

优选的是，所述液体旋转接头包括固定部和旋转部，所述固定部中间开设有旋转孔，所述旋转部的第一端可转动插设在所述旋转孔内；

所述旋转孔的内壁上间隔开设有进液环槽和出液环槽，所述固定部上由外壁向内开设有连通至所述进液环槽的第一进液通道和连通至所述出液环槽的第一出液通道；

所述旋转部内开设有第二进液通道和第二出液通道，所述第二进液通道的一端与所述进液环槽连通，另一端贯通至所述旋转部的第二端形成进液口；所述第二出液通道的一端与所述出液环槽连通，另一端贯通至所述旋转部的第二端形成出液口。

优选的是，所述进液环槽和出液环槽的两侧均设置有密封圈。

优选的是，所述支架包括固接在所述基座上的第一支板和第二支板，所述第一支板上开设有第一轴孔，所述第二支板上开设有第二轴孔，所述第一轴孔和第二轴孔内分别可转动设置有主动轴和从动轴，所述主动轴与所述电机驱动连接，所述旋转笼的一端与所述主动轴连接，另一端与所述从动轴连接；所述从动轴的另一端与所述旋转部的第二端连接。

优选的是，所述第一支板上设置有固定块，所述液体旋转接头的固定部固接在所述固定块上。

优选的是，所述培养容器包括容器罐体、开设在所述容器罐体外壁上的销孔以及分别设置在所述容器罐体两端的进液孔和出液孔。

优选的是，所述容器罐体的一端设置有容器盖，所述进液孔开设在所述容器盖上；所述进液孔和出液孔上均设置有管路接头，所述进液孔、出液孔与所述管路接头之间均设置有过滤膜和压环；所述旋转部上的进液口、出液口通过管路分别与所述容器罐体上的进液孔、出液孔连通。

优选的是，所述旋转笼上可拆卸连接有侧盖，所述侧盖上设置有用于配合插设在所述容器罐体上的销孔内的定位销。

优选的是，所述容器罐体为圆柱形透明容器。

本实用新型的有益效果是：本实用新型提供的系统可用于3D细胞动态灌流培养，通过蠕动泵将含有气体的培养液输送至培养容器，可自动化完成三维细胞的动态培养；能避免传统培养系统中因三维培养支架的尺度过大造成三维支架中心的细胞和支架边沿的细胞由于传质不均匀因素造成研究模型不科学的问题，本实用新型的动态三维细胞灌流培养系统整个过程安全可靠、高效便捷，可满足不同领域研究人员三维培养的需求，符合生物材料学和细胞生物学的发展方向，具有很好的推广应用价值。

附图说明

图1为本实用新型的动态三维细胞灌流培养系统的结构示意图；

图2为本实用新型的旋转笼的结构示意图；

图3为本实用新型的旋转笼与培养容器配合的结构示意图；

图4为本实用新型的培养容器的结构示意图；

图5为本实用新型的培养容器的剖视图；

图6为本实用新型的培养容器的分解图；

图7为本实用新型的液体旋转接头的结构示意图；

图8为本实用新型的液体旋转接头的剖视图；

图9为本实用新型的旋转部的剖视图；

图10为本实用新型的固定部的结构示意图；

图11为本实用新型的固定部的剖视图。

附图标记说明：

1—基座；2—培养基瓶；3—蠕动泵；4—氧合器；5—液体旋转接头；6—培养容器；7—废液贮存瓶；8—支架；9—旋转笼；10—电机；11—管路；50—固定部；51—旋转部；60—容器罐体；61—销孔；62—容器盖；63—管路接头；64—过滤膜；65—压环；68—密封橡胶圈；80—第一支板；81—第二支板；82—主动轴；83—从动轴；84—固定块；85—带轮；90—侧盖；91—定位销；500—第一进液通道；501—第一出液通道；502—密封圈；503—进液环槽；504—出液环槽；510—旋转部的第一端；511—旋转部的第二端；512—旋转孔；513—第二进液通道；514—第二出液通道；515—进液口；516—出液口。

具体实施方式

下面结合实施例对本实用新型做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不排除一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。

如图1-11所示，本实施例的一种动态三维细胞灌流培养系统，其特征在于，包括：基座1、设置在基座1上且沿培养液传输方向通过管路11依次连通的培养基瓶2、蠕动泵3、氧合器4、液体旋转接头5、培养容器6和废液贮存瓶7、设置在基座1上的支架8、设置于支架8上的用于容纳培养基瓶2并带动其旋转的旋转笼9以及用于驱动旋转笼9转动的电机10。

在蠕动泵3的驱动下，培养基瓶2中的培养液通过管路11依次经过氧合器4、液体旋转接头5后输送至培养容器6，培养容器6排出的培养液再经液体旋转接头5后输送至废液贮存瓶7。优选的实施例中，氧合器4为外置的硅胶膜式氧合器4，氧气溶解到培养液中，为细胞培养提供适宜的气体培养环境。

蠕动泵3可以控制培养容器6中培养液的进料速率。

液体旋转接头5用于实现旋转状态下的培养容器6中培养液的输送和排出，即通过旋转笼9带动培养容器6旋转时，通过液体旋转接头5能向培养容器6中输送培养液，以及外排培养液。

在一种优选的实施例中，液体旋转接头5包括固定部50和旋转部51，固定部50中间开设有旋转孔512，旋转部的第一端510可转动插设在旋转孔512内；

旋转孔512的内壁上间隔开设有进液环槽503和出液环槽504，固定部50上由外壁向内开设有连通至进液环槽503的第一进液通道500和连通至出液环槽504的第一出液通道501；

旋转部51内开设有第二进液通道513和第二出液通道514，第二进液通道513的一端与进液环槽503连通，另一端贯通至旋转部的第二端511形成进液口515；第二出液通道514的一端与出液环槽504连通，另一端贯通至旋转部的第二端511形成出液口516。

进液环槽503和出液环槽504的两侧均设置有密封圈502。以保证环槽与通道动态连接的密封。

旋转部51相对于固定部50进行转动时，第二进液通道513始终与进液环槽503连通，从而始终保持与第一进液通道500连通；第二出液通道514始终与出液环槽504连通，从而始终保持与第一出液通道501连通。培养液经管路11输送至第一进液通道500，再通过进液环槽503输送至第二进液通道513，最后经过由进液孔由管路11输送至容器罐体60上的进液孔，进入容器罐体60内部；容器罐体60灌满后，其中的培养液经由出液孔、管路11输送至旋转部51的出液口516，然后经第二出液通道514进入出液环槽504，最后经第一出液通道501由管路11输送至废液贮存瓶7。

支架8包括固接在基座1上的第一支板80和第二支板81，第一支板80上开设有第一轴孔，第二支板81上开设有第二轴孔，第一轴孔和第二轴孔内分别可转动设置有主动轴82和从动轴83，第一轴孔与主动轴82之间、第二轴孔与从动轴83之间均设置有旋转轴承，主动轴82上设置有带轮85，带轮85与电机10可通过皮带驱动连接，旋转笼9的一端与主动轴82连接，另一端与从动轴83连接；从动轴83的另一端与旋转部的第二端511连接。第一支板80上设置有固定块84，液体旋转接头5的固定部50固接在固定块84上。

在优选的实施例中，培养容器6包括容器罐体60、开设在容器罐体60外壁上的销孔61以及分别设置在容器罐体60两端的进液孔和出液孔。容器罐体60的一端设置有容器盖62，容器盖62和容器罐体60间设置有密封橡胶圈68，进液孔开设在容器盖62上；进液孔和出液孔上均设置有管路接头63，进液孔、出液孔与管路接头63之间均设置有过滤膜64和压环65；旋转部51上的进液口515、出液口516通过管路11分别与容器罐体60上的进液孔、出液孔连通。通过滤膜64将培养的细胞截留在培养容器6内，压环65用于压紧固定过滤膜64，培养液可从压环65中间的开孔通过。

在优选的实施例中，旋转笼9上可拆卸连接有侧盖90，侧盖90可打开，从而方便在旋转笼9中取放培养容器6。侧盖90上设置有用于配合插设在容器罐体60上的销孔61内的定位销91。从而保持培养容器6与旋转笼9的同步旋转。容器罐体60优选为圆柱形透明容器，便于观察容器罐体60内部状态。

电机10通过皮带带动主动轴82旋转，从而带动旋转笼9旋转，笼旋转侧盖90上的定位销91与容器罐体60上的销孔61配合，固定住容器罐体60，从而带动培养容器6一起旋转。

在优选的实施例中，培养基瓶2和废液贮藏瓶的瓶盖设置有气压平衡口(图中未示出)，气压平衡口通过滤膜64与外界相通，保证无菌环境。

下面以小鼠乳腺癌细胞4T1为例，说明本实用新型的动态三维细胞灌流培养系统的使用步骤。首先将4T1细胞与生物材料的三维培养复合体连同细胞培养基倒在细胞培养容器6内，盖上培养容器6盖，并将细胞培养液置于培养容器6左后方的细胞培养基瓶2中，打开蠕动泵3并设置对应参数使培养液沿管路11经过氧合器4、蠕动泵3、液体旋转接头5灌注到培养容器6内，培养容器6内尾端向上，待培养容器6内灌满后，放在旋转笼9内。并将旋转笼9侧盖90盖上，并通过定位销91和销孔61配合紧固。并继续灌流，待灌流培养液流动至液路末端培养容器6内，培养容器6内的培养液经液体旋转接头5后进入废液贮存瓶7，重新设定蠕动泵3输送培养液的速度和旋转笼9旋转速度，并将系统置于CO₂培养箱中进行细胞培养。

尽管本实用新型的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本实用新型的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本实用新型并不限于特定的细节。

Claims

1.一种动态三维细胞灌流培养系统，其特征在于，包括：基座、设置在所述基座上且沿培养液传输方向通过管路依次连通的培养基瓶、蠕动泵、氧合器、液体旋转接头、培养容器和废液贮存瓶、设置在所述基座上的支架、设置于所述支架上的用于容纳所述培养基瓶并带动其旋转的旋转笼以及用于驱动所述旋转笼转动的电机。

2.根据权利要求1所述的动态三维细胞灌流培养系统，其特征在于，在蠕动泵的驱动下，所述培养基瓶中的培养液通过管路依次经过所述氧合器、液体旋转接头后输送至所述培养容器，所述培养容器排出的培养液再经所述液体旋转接头后输送至所述废液贮存瓶。

3.根据权利要求2所述的动态三维细胞灌流培养系统，其特征在于，所述液体旋转接头包括固定部和旋转部，所述固定部中间开设有旋转孔，所述旋转部的第一端可转动插设在所述旋转孔内；

4.根据权利要求3所述的动态三维细胞灌流培养系统，其特征在于，所述进液环槽和出液环槽的两侧均设置有密封圈。

5.根据权利要求3所述的动态三维细胞灌流培养系统，其特征在于，所述支架包括固接在所述基座上的第一支板和第二支板，所述第一支板上开设有第一轴孔，所述第二支板上开设有第二轴孔，所述第一轴孔和第二轴孔内分别可转动设置有主动轴和从动轴，所述主动轴与所述电机驱动连接，所述旋转笼的一端与所述主动轴连接，另一端与所述从动轴连接；所述从动轴的另一端与所述旋转部的第二端连接。

6.根据权利要求5所述的动态三维细胞灌流培养系统，其特征在于，所述第一支板上设置有固定块，所述液体旋转接头的固定部固接在所述固定块上。

7.根据权利要求3所述的动态三维细胞灌流培养系统，其特征在于，所述培养容器包括容器罐体、开设在所述容器罐体外壁上的销孔以及分别设置在所述容器罐体两端的进液孔和出液孔。

8.根据权利要求7所述的动态三维细胞灌流培养系统，其特征在于，所述容器罐体的一端设置有容器盖，所述进液孔开设在所述容器盖上；所述进液孔和出液孔上均设置有管路接头，所述进液孔、出液孔与所述管路接头之间均设置有过滤膜和压环；所述旋转部上的进液口、出液口通过管路分别与所述容器罐体上的进液孔、出液孔连通。

9.根据权利要求7所述的动态三维细胞灌流培养系统，其特征在于，所述旋转笼上可拆卸连接有侧盖，所述侧盖上设置有用于配合插设在所述容器罐体上的销孔内的定位销。

10.根据权利要求7所述的动态三维细胞灌流培养系统，其特征在于，所述容器罐体为圆柱形透明容器。