CN214612533U - 一种细胞培养机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及细胞培养领域，特别涉及一种细胞培养机器人，一种细胞培养机器人，包括外壳，所述外壳的内腔设置有电动移液枪，在电动移液枪外表面安装有枪头弹除器，所述电动移液枪上部连接有机械臂，所述外壳内腔的底部设置有摇晃混匀装置、所述摇晃混匀装置的旁侧设置有废液缸、试剂缸和枪头盒，所述摇晃混匀装置上部设置有培养皿，所述外壳内腔的顶部固定安装有固定块，所述固定块位于所述废液缸的上侧，所述机器人还设置有控制器，所述控制器与所述电动移液枪连接。本实用新型提高实验结果的质量，可减少人工细胞换液或传代时细胞被污染的风险。

Description

一种细胞培养机器人

技术领域

本实用新型涉及细胞培养领域，特别涉及一种细胞培养机器人。

背景技术

细胞是人体的基本组成单位。动物细胞主要由细胞核与细胞质构成，表面有细胞膜。细胞质中常有内质网和高尔基体，还有核糖体，线粒体。进行生物实验时，需要利用细胞进行药物、因子等因素的干预，研究不同细胞的生理病理功能，进而明确不同干预因素可能的意义，因此细胞培养是生物学研究的重要组成部分。目前通常在体外进行细胞培养，主要包括以下步骤：(1)由于细胞培养需要营养，因此需要定期进行细胞换液操作；(2)若细胞已长满就需要进行传代；(3)若需要长期保存细胞，则需要进行细胞冻存与复苏等步骤。目前上述的细胞复苏、培养、传代等操作都是由人工完成，但是存在以下问题：(1)一般的上述操作都是程序化步骤，需耗费大量人力和时间；(2)人进行操作时由于操作不规范，可造成的细胞污染，最后会导致实验的失败；(3)人工完成不能严格保证每一步的时间，比如胰酶消化时间过长等，影响细胞活性。

因此，基于以上考虑，本专利提出一种细胞培养机器人，以便于在细胞培养过程中进行换液、传代等操作。

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细胞培养机器人，用于解决现有的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本实用新型的第一方面提供一种细胞培养机器人，一种细胞培养的装置，包括外壳，所述外壳的内腔设置有电动移液枪，在电动移液枪外表面安装有枪头弹除器，所述电动移液枪上部连接有机械臂，所述外壳内腔的底部设置有摇晃混匀装置、所述摇晃混匀装置的旁侧设置有废液缸、试剂缸和枪头盒，所述摇晃混匀装置上部设置有培养皿，所述外壳内腔的顶部固定安装有固定块，所述固定块7位于所述废液缸14的上侧，所述机器人还设置有控制器，所述控制器与所述电动移液枪5连接。

可选地，所述枪头弹除器包括滑动环、固定杆和承块，所述固定杆和所述承块通过弹性部件连接，所述滑动环和所述承块通过刚性部件连接，所述承块位于所述弹性部件上侧，所述滑动环套在所述电动移液枪的枪头部位，所述固定杆与所述电动移液枪的外壁固定连接。

本实用新型的第二方面提供一种细胞培养机器人用于细胞换液和细胞传代的用途。

如上所述，本实用新型的一种细胞培养机器人，具有以下有益效果：

本实用新型提供的细胞培养机器人不仅步骤规范，可以直接在无菌的环境下进行细胞的培养操作，从而避免因细胞污染导致的实验失败；并且细胞培养机器人能够在细胞最适合的环境下工作，减少了因操作时反复移动、温度改变造成的对细胞的活性的影响，提高实验结果的质量，可减少人工细胞换液或传代时细胞被污染的风险。

附图说明

图1显示为本实用新型的细胞培养装置示意图。

图2显示为本实用新型的弹枪头器结构示意图。

图3显示为本实用新型的电动移液枪带有保护套的细胞培养装置示意图。

图4显示为本实用新型的电动移液枪结构示意图。

图5显示为本实用新型的机械臂结构示意图。

元件标号说明

1 外壳

2 红外检测装置

3 温度检测装置

4 湿度检测装置

5 电动移液枪

6 枪头弹除器

61 滑动环

62 刚性部件

63 固定杆

64 弹性部件

65 承块

7 固定块

8 机械臂

9 二氧化碳检测装置

10 负压层流装置

11 紫外杀菌装置

12 枪头盒

13 试剂缸

14 废液缸

15 培养皿

16 摇晃混匀装置

17 电机

18 连接组件

19 外壳

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和图2。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得能涵盖的范围内。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。

本实用新型第一方面提供一种细胞培养机器人，包括外壳1，所述外壳1的内腔设置有电动移液枪5，在电动移液枪5外表面安装有枪头弹除器6，所述电动移液枪5上部连接有机械臂8，所述外壳1内腔的底部设置有摇晃混匀装置16、所述摇晃混匀装置16的旁侧依次设置有废液缸14、试剂缸13和枪头盒12，所述摇晃混匀装置16上部设置有培养皿15，所述外壳1内腔的顶部固定安装有固定块7，所述固定块7位于所述废液缸14的上侧，所述机器人还设置有控制器，所述控制器与所述电动移液枪5连接，所述机械臂5为现有技术，例如可以是TECAN的RoMa自动化机械臂，结构可以如图5所示。所述移板机械臂5的标准坐标系由五个轴组成；定义线性移动的X轴(内腔中从左向右的轴)、Y轴(内腔中的从前往后的轴)和Z轴(内腔中的垂从上往下的轴)和定义旋转运动的R轴。

本实用新型能够自动吸取液体、插枪头和去除枪头等动作，可全自动进行细胞培养的换液操作，减少了医务人员的工作量，避免人为操作导致的细胞污染。

外壳是由常规的保温玻璃构成，优选的保温玻璃为透明保温玻璃，均可在市场采购获得。电动移液枪主要包括涡轮、电机和通气口等部件，可在市场采购获得，例如可以是美国瑞宁 XLS E4电动移液枪，其中电动移液枪与移动电机固定连接，移动电机可在机械臂上进行移动。固定块为硬质材质的长方体或圆柱体，去材质可以为木块，也可以为不锈钢块等。废液缸、试剂缸、枪头盒和培养皿均为常规物件，均可在市场采购获得。摇晃混匀装置为振荡器，也可以是摇床，可在市场采购获得，例如可以是WIGGENS WS-150D标准型振荡器，瑞士 INFORS的振荡器。

在一实施例中，所述枪头弹除器6包括滑动环61、固定杆63和承块65，所述固定杆63 和所述承块65通过弹性部件64连接，所述承块65位于所述弹性部件64上侧，所述滑动环61和所述承块65通过刚性部件62连接，所述滑动环61套在所述电动移液枪5的枪头部位，所述固定杆63与所述电动移液枪5的外壁固定连接。所述机器人设置有的枪头弹除器6可自动弹除移液枪的枪头，实现了细胞培养的自动化。

优选地，所述弹性部件64可以为弹簧、弹性橡胶块或弹性聚氨酯块其中的一种。

更优选地，所述弹性部件64为弹簧。

优选地，所述刚性部件62可以为金属丝、金属杆、木杆或塑料杆等。

更优选地，所述刚性部件62为不锈钢金属杆。

在一实施例中，所述承块65与所述外壳1内腔的顶部的距离小于所述固定块7的高度。如果所述承块65与所述外壳1内腔的顶部大于所述固定块7的高度，会导致固定块7不能有效压迫所述承块65，甚至所述固定块7与所述承块65不能接触，无法完成去除移液枪头动作。

在一实施例中，所述摇晃混匀装置16、所述废液缸14、所述试剂缸13和所述枪头盒12 位置固定。固定的距离有利于电动移液枪5重复且精准地移动到指定位置，便于自动培养的程序制定。所述混匀装置16、所述废液缸14、所述试剂缸13和所述枪头盒12的位置不固定，导致每次进行自动细胞传代和细胞换液时都需要测定它们之间的距离，重新设定程序的距离参数，加大了工作量。

在一实施例中，所述机器人还包括温度检测装置3、湿度检测装置4、负压层流装置10、二氧化碳检测装置9、紫外杀菌装置11和红外检测装置2，所述温度检测装置3和湿度检测装置4均位于所述机械臂8的一端，所述负压层流装置10和二氧化碳检测装置9位于所述机械臂8的另一端，所述红外检测装置2位于所述温度检测装置3的下侧，所述紫外杀菌装置11位于所述外壳1内腔的中部。

在本实施例中，所述温度检测装置3用于监测所述外壳1内腔的温度，所述湿度检测装置4用于监测所述外壳1内腔的湿度，所述负压层流装置10用于监测所述外壳1内腔的压强，所述红外检测装置2同于监测所述电动移液枪5的位置。

所述紫外杀菌装置11可以市售的紫外杀菌灯。

所述温度检测装置3可以为市售的常规温度传感器，例如温度传感器可以是型号为 MAX31725的温度传感器。

所述湿度检测装置4可以为市售的常规湿度传感器，例如湿度传感器可以是型号为 SQHT03的湿度传感器。

所述红外检测装置2可以为市售的常规红外定位探头，例如可以是DFROBOT公司的红外探头。

所述二氧化碳检测装置9可以为市售的二氧化碳浓度检测传感器，例如可以是北京威成亚实验室设备有限公司的型号为WCY2027的二氧化碳浓度检测传感器。

所述负压层流装置10可以为广东维特空气净化有限公司的Fan Filter Unit产品。

实施人员为有效控制所述机器人的内腔环境，防止内腔的环境变化导致细胞死亡，可向所述机器人添加温度控制装置、湿度控制装置和二氧化碳释放装置。加温度控制装置可以为电加热器，所述加热器可以为分布在所述外壳内部的电加热的电阻丝，也可以为一般市售的电加热器，例如市售的加热灯等。所述湿度控制装置可以为市售的除湿加湿机，例如可以是湿美(MSSHIMEI)的除湿加湿机。所述二氧化碳释放装置包括二氧化碳储气瓶、连接管和控制阀，所述机器人与所述二氧化碳储气瓶通过连接管连接，控制阀可控制二氧化碳的流量。

在一实施例中，所述机器人还包括红外信号发射器，所述红外信号发射器与所述电动移液枪5外表面固定连接。本实施例中，红外信号发射器可以为市售的常规红外信号发射器，例如可以是DFROBOT公司的红外信号发射器。

在一实施例中，所述红外信号发射器和所述红外检测装置2均位于所述电动移液枪5的同一侧面。在本实施例中，所述红外信号发射器发出连续的红外光被所述红外检测装置2接收达到定位和跟踪的目的，由于所述红外信号发射器与所述电动移液枪5固定连接，因此可实现对所述电动移液枪5进行位置跟踪和定位。红外光的穿透力弱，无法通过不透光的实体，为保证所述红外检测装置2可时刻接收到所述红外信号发射器发出的红外光，需要将所述红外信号发射器和所述红外检测装置2均位于所述电动移液枪5的同一侧面，且所述红外信号发射器和所述红外检测装置之间不能有遮挡物。

在一实施例中，所述外壳1由保温玻璃构成。

优选地，所述保温玻璃位于所述机器人的正面。所述保温玻璃为透明的保温玻璃，便于医务人员观测细胞培养的状况、细胞换液过程以及确定是否需要补充移液枪的枪头、培养液和倾倒废液缸14里的废液。

根据本实用新型另一方面提供一种细胞培养机器人用于细胞换液和细胞传代的用途。

在一实施例中，机器人进行细胞换液时，则机器人执行以下步骤：插移液枪头、吸取和吐出废液、去除移液枪头、吸取和排出试剂。

在一示例性实施例中，当传输指令为细胞换液指令，执行插移液枪头，具体实施方式为所述电动移液枪5由所述机械臂8牵引向下移动，即从初始位置下移，直至所述电动移液枪 5可插入所述枪头盒12内的移液枪头内为止。执行吸取和吐出废液，插有移液枪头的所述电动移液枪5在所述机械臂8带动下平移至位于到所述培养皿15上方，再接触到所述培养皿 15底部，启动所述电动移液枪5内的涡轮电机吸取所述培养皿15内的废液，吸取完毕。所述电动移液枪5再由所述机械臂8带动至所述废液缸14上方，再次启动所述电动移液枪5内的涡轮电机，将吸取的废液吐除在所述废液缸14内。所述电动移液枪5多次执行吸取废液动作和吐出废液动作，直至培养皿15内的废液被全部移除。执行去除移液枪头，所述电动移液枪5移至所述废液缸14上方，所述电动移液枪5上移，所述承块65与所述固定块7接触，并相互作用，压缩弹性部件64，直至所述承块65通过刚性部件63带动所述滑动环61去除移液枪头，去除的移液枪头掉落在废液缸14内部。执行插移液枪头，所述电动移液枪5回到初始位置，由所述机械臂8带动下再次插上移液枪头。执行吸取和排出试剂，所述电动移液枪5移动到所述试剂缸13上方，吸取试剂缸13内的试剂。吸取完毕后再移动到所述培养皿 15上方，将吸取的试剂排出至所述培养皿15内部，多次执行吸取试剂缸13内的试剂和将试剂排出至所述培养皿15内的动作，直至所述培养皿15内的新鲜试剂量达到细胞生长需求为止。执行去除移液枪头，所述电动移液枪5移至所述废液缸14上方，执行去除移液枪头动作，去除的移液枪头掉落在废液缸14内部。所述电动移液枪5回归至初始位置。

在一实施例中，机器人进行细胞传代时，则机器人执行以下步骤：步骤：插移液枪头、吸取和吐出废液、去除移液枪头、吸取和排出PBS、吸取和排出PBS废液、吸取和吐出胰酶液、吸取和吐出酶废液、吸取和排出新鲜培养基和重悬。

在一示例性实施例中，当传输指令为细胞传代指令，将PBS液、胰酶液和细胞培养基各自分装在所述试剂缸13内。执行插移液枪头，具体实施方式为所述电动移液枪5由所述机械臂8牵引向下移动，即从初始位置下移，直至所述电动移液枪5可紧插入所述枪头盒12内的移液枪头。执行吸取和吐出废液，再执行去除移液枪头、此步骤与上述相同，不做详细叙述。再执行一次插移液枪头，所述电动移液枪5插有枪头后，执行吸取和排出PBS，所述电动移液枪5移至所述废液缸14上方，再吸取PBS液，吸取完毕后，所述电动移液枪5移至所述培养皿15上方，并将吸取的PBS液流出至培养皿15内，重复这个步骤，直至培养皿15内的PBS完全浸没培养皿中的细胞，执行吸取和吐出PBS废液，将所述电动移液枪5移至培养皿15上方，并吸取培养皿15内的PBS废液，然后再移至所述废液缸14上方，将吸取的PBS 废液吐除在所述废液缸14内，重复这个步骤，直至培养皿15内的PBS废液移除完毕。完成整个吸取和排出PBS和吸取和排出PBS废液步骤，可以对培养皿内5的细胞清洗一次，需要对细胞清洗2至3次。清洗完毕后，执行一次去除移液枪头和插移液枪头，所述电动移液枪 5插有枪头后，再移至所述废液缸14上方，再吸取胰酶液，吸取完毕后，所述电动移液枪5 移至所述培养皿15上方，并将吸取的胰酶液流出至培养皿15内，重复这个步骤，静置1至 2min。通过所述电动移液枪5移至培养皿15上方，吸取培养皿15的胰酶废液，然后再移至所述废液缸14上方，将吸取的胰酶废液吐除在所述废液缸14内，重复这个步骤，直至培养皿15内的胰酶废液移除完毕。执行一次去除移液枪头和插移液枪头，再执行吸取和流出新鲜培养基，此步骤与上述类同，不做详细叙述。添加的新鲜培养基可以阻止胰酶消化，得到游离细胞的培养基，并通过所述电动移液枪5放到离心管内，医务人员使用离心机进行离心操作得到分离细胞，分离细胞放回所述机器人内，执行重复，再执行一次吸取和流出新鲜培养基步骤，直至培养皿内15的新鲜培养基适合细胞生长为止，所述动移液枪5回归至初始位置。

在上述实施例中，所述初始位置是指所述电动移液枪5插有移液枪头时，所述电动移液枪5最底部与所述枪头盒12最顶部之间的距离，且大于所述电动移液枪5最底部与所述枪头盒12最顶部之间的距离所述试剂缸13。所述初始位置的高度是固定值，但水平位置是可变，每次变动的距离是向左或向右平移一定距离，这个是距离是指所述枪头盒12中两个相邻枪头几何中心的距离。

在一实施例中，所述机器人监测所述外壳1内腔状态，所述状态包括温度，湿度和压强和二氧化碳浓度。

在本实施例中，细胞培养的温度为37℃，湿度为95％和压强为一个标准大气压，二氧化碳浓度为5％，则可预设温度37℃，湿度为95％和压强为一个标准大气压，所述机器人设置有的温度检测装置3实时监测所述外壳1内腔的温度，当温度超过预设的温度范围，所述机器人会发出相应的警报，通知相关人员进行加温或降温处理，直至所述外壳1内腔在预设范围内。所述机器人设置有的湿度检测装置4实时监测所述外壳1内腔的湿度，当湿度超过预设的湿度范围，所述机器人会发出相应的警报，通知相关人员进行加湿或除湿处理，直至所述外壳1内腔在预设范围内。同理，检测压强和二氧化碳浓度的原理与上述类同。

在一实施例中，所述述机器人还包括执行对所述外壳1的内腔进行杀菌。所述机器人需要补充移液枪头或培养液等，必须敞开所述外壳1的内腔，此时空气中的细菌会进入内腔，如不及时灭菌会污染培养皿内的细胞。可通过控制所述机器人的紫外杀菌装置11开启时间，进行紫外灭菌，实现控制内腔的洁净度，防止细胞被细菌污染。

在一实施例中，如图3和图4所示，所述机器人中的枪头弹除器包括电机17和外壳19，所述电机17为往复电机，所述电机17固定在所述电动移液枪表面，所述电机17与外壳19通过连接组件18固定连接，所述外壳19在所述电机17带动下可在所述电动移液枪外表面做往复运动，所述外壳19的底部开口处直径大于所述电动移液枪底部的直径，且小于或等于所述电动移液枪插着枪头时的所述电动移液枪底部与枪头连接处的直径。

在一具体实施例中，所述电机17为可做往复运动的电机，是市售的常规的电机，具体是可以是绍兴斯科贝斯曼智能驱动有限公司研发的微型往复电机。连接组件18的一端与电机 17固定连接，连接组件18的一端与外壳19固定连接，优选地，所述连接组件18为“亅”形的基板，其中竖直方向基板的板条与电机17固定连接，水平方向基板的板条与外壳19固定连接。

本实用新型所提供的细胞培养机器人，为可以用于执行细胞换液和细胞传代的硬件结构，设计要点在于各个部件、结构单元的选择及他们之间的连接关系。本实用新型中的控制器是一种硬件装置，可单纯依靠硬件电路来实现实用新型目的，或者也可以根据使用者的需要，将之作为载体，加载符合其需求的算法软件使本实用新型的机器人执行预设动作。

综上所述，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 (10)

1.一种细胞培养机器人，包括外壳(1)，其特征在于：所述外壳(1)的内腔设置有电动移液枪(5)，在电动移液枪(5)外表面安装有枪头弹除器(6)，所述电动移液枪(5)上部连接有机械臂(8)，所述外壳(1)内腔的底部设置有摇晃混匀装置(16)、所述摇晃混匀装置(16)的旁侧设置有废液缸(14)、试剂缸(13)和枪头盒(12)，所述摇晃混匀装置(16)上部设置有培养皿(15)，所述外壳(1)内腔的顶部固定安装有固定块(7)，所述固定块(7)位于所述废液缸(14)的上侧，所述机器人还设置有控制器，所述控制器与所述电动移液枪(5)连接。

2.根据权利要求1所述的一种细胞培养机器人，其特征在于：所述枪头弹除器(6)包括滑动环(61)、固定杆(63)和承块(65)，所述固定杆(63)和所述承块(65)通过弹性部件(64)连接，所述承块(65)位于所述弹性部件(64)上侧，所述滑动环(61)和所述承块(65)通过刚性部件(62)连接，所述滑动环(61)套在所述电动移液枪(5)的枪头部位，所述固定杆(63)与所述电动移液枪(5)的外壁固定连接。

3.根据权利要求2所述的一种细胞培养机器人，其特征在于：所述承块(65)与所述外壳(1)内腔的顶部的距离小于所述固定块(7)的高度。

4.根据权利要求2所述的一种细胞培养机器人，其特征在于：所述弹性部件(64)可以为弹簧、弹性橡胶块或弹性聚氨酯块其中的一种。

5.根据权利要求1所述的一种细胞培养机器人，其特征在于：所述摇晃混匀装置(16)、所述废液缸(14)、所述试剂缸(13)和所述枪头盒(12)位置固定。

6.根据权利要求1所述的一种细胞培养机器人，其特征在于：所述机器人还包括温度检测装置(3)、湿度检测装置(4)、负压层流装置(10)、二氧化碳检测装置(9)、紫外杀菌装置(11)和红外检测装置(2)，所述温度检测装置(3)和湿度检测装置(4)均位于所述机械臂(8)的一端，所述负压层流装置(10)和二氧化碳检测装置(9)位于所述机械臂(8)的另一端，所述红外检测装置(2)位于所述温度检测装置(3)的下侧，所述紫外杀菌装置(11)位于所述外壳(1)内腔的中部。

7.根据权利要求6所述的一种细胞培养机器人，其特征在于：所述温度检测装置(3)、所述湿度检测装置(4)、所述负压层流装置(10)、所述二氧化碳检测装置(9)、所述紫外杀菌装置(11)和所述红外检测装置(2)均与所述控制器连接。

8.根据权利要求1所述的一种细胞培养机器人，其特征在于，所述机器人还包括红外信号发射器，所述红外信号发射器与所述电动移液枪(5)外表面固定连接。

9.根据权利要求8所述的一种细胞培养机器人，其特征在于，还包括红外检测装置(2)，所述红外信号发射器和所述红外检测装置(2)均位于所述电动移液枪(5)的同一侧面。

10.根据权利要求1所述的一种细胞培养机器人，其特征在于，所述外壳(1)由保温玻璃构成。

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