CN212388049U

CN212388049U - 一种细胞氚水辐照实验装置

Info

Publication number: CN212388049U
Application number: CN202021653841.XU
Authority: CN
Inventors: 陈平; 邓冰; 陈志林; 全旖
Original assignee: Institute of Nuclear Physics and Chemistry China Academy of Engineering Physics
Current assignee: Institute of Nuclear Physics and Chemistry China Academy of Engineering Physics
Priority date: 2020-08-11
Filing date: 2020-08-11
Publication date: 2021-01-22
Anticipated expiration: 2030-08-11

Abstract

本实用新型公开了一种细胞氚水辐照实验装置，该装置是一种具备细胞培养条件以及氚水安全操作能力的实验装置。装置内部温度可稳定在37℃，二氧化碳浓度可稳定在5％‑5.0％，并具备自动补气功能；装置内湿度可保持在95％，装置带有气体循环灭菌功能；装置泄漏率低于5×10^‑5PaL/s。在完成辐照实验后，通过鼓泡收集的方式收集装置内的氚，实现安全开箱。本实用新型的细胞氚水辐照实验装置可满足氚水辐照实验中细胞培养的要求，同时有效减少实验操作过程中氚水的释放，防止环境污染，保障操作人员的辐射安全。

Description

一种细胞氚水辐照实验装置

技术领域

本实用新型属于辐射生物效应技术领域，具体涉及一种细胞氚水辐照实验装置。

背景技术

氚是天然放射性同位素，又是重要的人工放射性同位素，环境中的氚主要以氚水的形式存在。由于氚水的化学性质与普通水相同，因此可通过食物链、呼吸道和皮肤渗透等途径进入人体；同时氚是低能β放射性物质，其辐射能量大部分沉积在细胞内；此外，氚的物理半衰期为12.33年，进入人体的氚所形成的有机结合氚也可长期滞留在人体内。因此，进入体内的氚水会使人体组织受到放射性内照射。基于以上原因，公众和职业人员对氚水内照射的影响十分关注。近年来，国际上多个国家均在氚的辐射生物学、剂量学、毒理性等方面开展了大量研究。其中，在实验室通过体外细胞实验方法开展的氚生物效应研究是一种重要的研究手段。

而在涉氚的细胞实验中，含氚水的细胞培养基可通过蒸发自由扩散进入周围环境，这就会导致两方面的问题。一方面，目前普遍使用的二氧化碳培养箱是一种开放系统，细胞实验的常规操作将使大量的氚水释放到环境中，从而对环境造成污染，并危害操作人员的辐射安全。

发明内容

为解决上述技术问题，本实用新型提供一种细胞氚水辐照实验装置，该装置避免了涉氚的细胞培养实验过程中氚污染的问题。

本实用新型具体采用如下技术方案：

一种用于细胞氚水辐照实验装置，其特点是，所述的实验装置包含恒温密封箱、及与恒温密封箱连接的二氧化碳自动补给装置、氚水捕集装置及数据采集控制单元，所述的恒温密封箱内设有灭菌装置和湿度补给装置；所述的恒温密封箱包括内腔、外腔、位于内腔和外腔之间夹层内的恒温保温层、及用于密封内腔的内腔上盖，其中，内腔外表面缠绕有用于加热内腔的铜管，铜管与外腔之间填充保温材料，形成所述的恒温保温层；恒温密封箱外部连接有恒温循环水浴，恒温循环水浴通过循环水进水管和循环水出水管与外腔顶部水浴进水口和水浴出水口连接；

进一步，所述的内腔壁厚≤2mm，材料为316L不锈钢，其内壁表面粗糙度Ra≤0.8。

进一步，所述的灭菌装置包括集成于恒温密封箱内腔的紫外灯、两个气流循环风扇和整流挡板，所述的整流挡板将恒温密封箱内腔分为两部分，其中一部分用于放置细胞培养瓶的样品提框，另一部分用于放置灭菌装置和湿度补给装置。

进一步，所述的整流挡板为Z字型，所述的两个气流循环风扇位于Z字型整流挡板的顶板上，紫外灯安装于Z字型整流挡板的竖直板表面，所述的Z字型整流挡板的底板布满气孔。

进一步，所述的湿度补给装置包括位于箱体内腔上盖的注液口、位于箱体内腔内的注水管、安装于箱体外腔的外侧面下部的液位计、焊接于箱体内腔底部的V型水槽30及取样及排水口。

进一步，所述的二氧化碳自动补给装置包括二氧化碳高压气瓶、二氧化碳进气管、二氧化碳入口、质量流量计及二氧化碳出口。

进一步，所述数据采集控制单元包括二氧化碳探测器、电磁阀①、电磁阀②、及控制器。

进一步，所述的氚水捕集装置由三个鼓泡器构成，所述鼓泡器连接于二氧化碳出口。

本实用新型的细胞氚水辐照实验装置，工作过程为：在实验前先开启恒温水浴对恒温密封箱体进行预热，使恒温水通过缠绕在密封箱内腔外表面的铜管对箱体进行加热，待温度探测器显示箱体温度稳定在36±1℃后，将放有细胞培养瓶的样品提筐置入密封箱内腔并封闭提框取放窗口。将灭菌后的纯净水通过位于密封箱内腔上盖的注液口灌入内腔底部的V型水槽，通过液位计观察水位变化并及时补水。开启数据采集控制单元上的紫外灯、气流循环风扇和二氧化碳气体自动注入功能键，使一定浓度的CO₂气体经二氧化碳注入口注入密封箱内腔，并通过位于箱体内腔的二氧化碳传感器监测箱体内的二氧化碳浓度，由连接在注入口的质量流量计和电磁阀控制气体流速以及注入\关闭时间；进入内腔的CO₂气体在气流循环风扇的作用下在箱体内腔循环并通过紫外灯实现灭菌。实验结束样品取出前，通入CO₂气体对箱体内腔中含氚气氛进行置换，置换出的气体流经鼓泡器完成气氛中对氚水的捕集。

本实用新型的细胞氚水辐照实验装置是集恒温、灭菌、二氧化碳自动补给、湿度补给、氚水捕集装置于一体的细胞辐照实验装置，可实现细胞培养条件的长期稳定，并有效减少细胞氚水辐照实验过程中氚水的环境释放，防止环境污染，保障操作人员的辐射安全。

附图说明

图1为本发明的用于细胞氚水辐照的密封箱的结构示意图；

图中，1.二氧化碳高压气瓶 2.二氧化碳进气管 3.循环水出水管 4.恒温循环水浴 5.循环水进水管 6.水浴进水口 7.注液口 8.注水管 9.电信号密封转接件 10.二氧化碳传感器 11.质量流量计 12.电磁阀① 13.二氧化碳入口 14.气流循环风扇 15.整流挡板 16.提框取放窗口 17.紫外灯 18.样品提框 19.温度探测器 20.水浴出水口 21.细胞培养瓶 22.控制器 23.氚水捕集装置 24.外腔 25.铜管 26.内腔 27.二氧化碳出口 28.电磁阀② 29.保温材料 30.V型水槽 31.手动球阀 32.取样/排水口 33.液位计连接管34.液位计。

具体实施方式

下面结合附图和实施例详细说明本实用新型。

如图1所示，本实用新型用于细胞氚水辐照实验装置，包含恒温密封箱、及与恒温密封箱连接的二氧化碳自动补给装置、氚水捕集装置及数据采集控制单元，所述的恒温密封箱内设有灭菌装置和湿度补给装置；所述的恒温密封箱包括内腔26、外腔24、位于内腔26和外腔24之间夹层内的恒温保温层、及用于密封内腔26的内腔上盖，其中，内腔26外表面缠绕有用于加热内腔的铜管25，铜管25与外腔24之间填充保温材料29，形成所述的恒温保温层；恒温密封箱外部连接有恒温循环水浴4，恒温循环水浴4通过循环水进水管5和循环水出水管3与外腔24顶部水浴进水口6和水浴出水口20连接；使恒温水浴中的水流入缠绕在内腔26外表面的铜管25内，从而通过所述恒温循环水浴4的恒温水流和保温材料29保证密封箱内温度恒定；

所述的内腔上盖集成有提框取放窗口16、注液口7、电信号密封转接件9、二氧化碳注入口13、温度探测器19；内腔26下部底端集成V型水槽30、液位计34、水槽水取样及排水接口32、二氧化碳出口27。

进一步，所述的内腔26壁厚≤2mm，材料为316L不锈钢，其内壁表面粗糙度Ra≤0.8。

进一步，所述的灭菌装置包括集成于恒温密封箱内腔26的紫外灯17、两个气流循环风扇14和整流挡板15，所述的整流挡板15将恒温密封箱内腔26分为两部分，其中一部分用于放置细胞培养瓶21的样品提框18，另一部分用于放置灭菌装置和湿度补给装置。

进一步，所述的整流挡板15为Z字型，所述的两个气流循环风扇14位于Z字型整流挡板15的顶板上，紫外灯17安装于Z字型整流挡板15的竖直板表面，所述的Z字型整流挡板15的底板布满气孔。

进一步，所述的湿度补给装置包括位于箱体内腔26上盖的注液口7、位于箱体内腔26内的注水管8、安装于箱体外腔24的外侧面下部的液位计34、焊接于箱体内腔26底部的V型水槽30及取样及排水口32。

进一步，所述的二氧化碳自动补给装置包括二氧化碳高压气瓶1、二氧化碳进气管2、二氧化碳入口13、质量流量计11、二氧化碳出口27。

所述数据采集控制单元包括二氧化碳探测器10、电磁阀①12、电磁阀②28、及控制器22。

其中，由二氧化碳高压气瓶1连接二氧化碳进气管2，通过二氧化碳入口13的电磁阀①12和质量流量计11将CO₂气体通入箱体，置换后的气体通过连接在箱体内腔26顶盖的二氧化碳出口27及集成在其上的电磁阀排出箱体。当密封箱内腔26二氧化碳气体浓度在低于5％时，装置能自动完成对二氧化碳气体的加注。

所述的数据采集控制单元通过二氧化碳探测器10实现对二氧化碳浓度的监测。具体地，当二氧化碳浓度低于5％时，控制器控制电磁阀①12自动开启，以将二氧化碳输送至恒温密封箱内腔，直至二氧化碳浓度达到5％；当二氧化碳浓度大于5％时，控制器控制电磁阀②28自动关闭，从而二氧化碳的自动补给。所述的控制器22还可显示所监测到的箱体内温湿度。

进一步，所述的氚水捕集装置由三个鼓泡器23构成，所述鼓泡器连接于二氧化碳出口27。

本实用新型装置内部温度可稳定在37℃，二氧化碳浓度可稳定在5％-5.0％，并具备自动补气功能；装置内湿度可保持在95％，装置带有气体循环灭菌功能；装置泄漏率低于5×10^-5PaL/s。在完成辐照实验后，通过鼓泡收集的方式收集装置内的氚，实现安全开箱。本实用新型的细胞氚水辐照实验装置可满足氚水辐照实验中细胞培养的要求，同时有效减少实验操作过程中氚水的释放，防止环境污染，保障操作人员的辐射安全。

实施例1

以细胞氚水辐照实验为例，在实验开始前，首先开启恒温水浴25，37℃恒温水通过水浴进水口4流入缠绕在密封箱内腔26外表面的循环水管6中，并通过水浴出水口20流回恒温水浴，水循环流动从而保证密封箱内温度稳定在36±1℃，V型水槽容积为300ml。

待箱体温度稳定后，通过注液口7向V型水槽30注入灭菌纯净水，通过液位计12观察V型水槽30内液位的变化，保证箱体内湿度。打开提框取放窗口16放入带有细胞培养瓶21的样品提框18，打开控制器22，与其连接的电信号密封转接件9控制固定浓度为5％的二氧化碳气体通过二氧化碳入口13进入密封箱，对箱体内的气氛进行置换，置换后的气体通过二氧化碳出口27排出箱体。箱体内腔26与电信号密封转接件9连接的二氧化碳传感器10实时监测箱内二氧化碳浓度的变化，当二氧化碳浓度低于5％时电磁阀①12和质量流量计11同时自动开启，以2L/min的流速对箱体内的气体进行置换，当二氧化碳浓度达到5％时，电磁阀①12和质量流量计11自动关闭。

打开控制器22，与其连接的电信号密封转接件9控制紫外灯17、气流循环风扇14的开启和关闭，实现箱体内气体的杀菌和循环，整流挡板15防止紫外灯17对样品的影响。待样品的氚水辐照完成后，开启控制器2中的手动控制单元，使二氧化碳气体以4L/min的流速通过二氧化碳入口13对箱体内的气体进行置换，置换后的气体进入与二氧化碳出口27连接的鼓泡器24中，实现对箱体内氚水蒸汽的捕集。

由此可见，本实施例可实现箱体温度恒定在37℃、5％二氧化碳浓度的自动补给、箱体的灭菌、湿度补给和箱体内氚水蒸汽的捕集功能。

Claims

1.一种细胞氚水辐照实验装置，其特征在于，所述的装置包含恒温密封箱、及与恒温密封箱连接的二氧化碳自动补给装置、氚水捕集装置及数据采集控制单元，所述的恒温密封箱内设有灭菌装置和湿度补给装置；所述的恒温密封箱包括内腔(26)、外腔(24)、位于内腔(26)和外腔(24)之间夹层内的恒温保温层、及用于密封内腔(26)的内腔上盖，其中，内腔(26)外表面缠绕有用于加热内腔的铜管(25)，铜管(25)与外腔(24)之间填充保温材料(29)，形成所述的恒温保温层；恒温密封箱外部连接有恒温循环水浴(4)，恒温循环水浴(4)通过循环水进水管(5)和循环水出水管(3)与外腔(24)顶部水浴进水口(6)和水浴出水口(20)连接。

2.根据权利要求1所述的细胞氚水辐照实验装置，其特征在于，所述的内腔(26)壁厚≤2mm，材料为316L不锈钢，其内壁表面粗糙度Ra≤0.8。

3.根据权利要求1所述的细胞氚水辐照实验装置，其特征在于，所述的灭菌装置包括集成于恒温密封箱内腔(26)的紫外灯(17)、两个气流循环风扇(14)和整流挡板(15)，所述的整流挡板(15)将恒温密封箱内腔(26)分为两部分，其中一部分用于放置细胞培养瓶(21)的样品提框(18)，另一部分用于放置灭菌装置和湿度补给装置。

4.根据权利要求3所述的细胞氚水辐照实验装置，其特征在于，所述的整流挡板(15)为Z字型，所述的两个气流循环风扇(14)位于Z字型整流挡板(15)的顶板上，紫外灯(17)安装于Z字型整流挡板(15)的竖直板表面，所述的Z字型整流挡板(15)的底板布满气孔。

5.根据权利要求1所述的细胞氚水辐照实验装置，其特征在于，所述的湿度补给装置包括位于箱体内腔(26)上盖的注液口(7)、位于箱体内腔(26)内的注水管(8)、安装于箱体外腔(24)的外侧面下部的液位计(34)、焊接于箱体内腔(26)底部的V型水槽(30)及取样及排水口(32)。

6.根据权利要求1所述的细胞氚水辐照实验装置，其特征在于，所述的二氧化碳自动补给装置包括二氧化碳高压气瓶(1)、二氧化碳进气管(2)、二氧化碳入口(13)、质量流量计(11)及二氧化碳出口(27)。

7.根据权利要求6所述的细胞氚水辐照实验装置，其特征在于，所述数据采集控制单元包括二氧化碳探测器(10)、电磁阀①(12)、电磁阀②(28)及控制器(22)。

8.根据权利要求1所述的细胞氚水辐照实验装置，其特征在于，所述的氚水捕集装置由三个鼓泡器(23)构成，所述鼓泡器连接于二氧化碳出口(27)。