CN215887066U - 一种生长测定仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种生长测定仪，包括用于盛装细胞悬液的液体容器，与液体容器相连形成循环回路的动力系统，以及设置在动力系统上对管路液体进行检测的光学检测机构。本实用新型可有效解决细胞培养存在的细胞剪切损伤、在线检测难度大、培养易污染等问题，结构简单、操作方便，开发成本和使用成本低。

Description

一种生长测定仪

技术领域

本实用新型涉及细胞培养检测技术领域，特别涉及一种生长测定仪。

背景技术

细胞培养本质是细胞的大规模克隆，现已广泛应用于生物学、医学、新药研发等领域，成为生物技术中最核心、最基础的技术之一。细胞培养主要有两种方式，贴壁培养和悬浮培养。贴壁培养的细胞需贴附在一定的固相表面，占地大，生产效率低下，不易细胞大规模生产。随着生物反应器技术的发展，用无血清培养基和流加培养工艺悬浮培养细胞已成为主流技术。然而，该技术仍然存在细胞悬浮培养不断搅动带来的剪切力损伤，以及培养过程维持无菌状态难度大、在线实时检测生长状态难度大等问题。

因此，需要一种生长测定仪，其能有效避免细胞悬浮培养时剪切力带来的损伤，避免因管道灭菌不充分带来污染，还能在线实时检测细胞的生长状态，其结构简单、操作方便，循环培养回路可以通过拆卸管道灭菌循环使用，同时因管道成本低也可作为一次使用耗材。

发明内容

针对现有细胞培养存在的细胞剪切损伤、在线检测难度大、培养易污染等问题，本申请提供了一种结构简单、操作方便，管道价格便宜且易更换或灭菌的用于的生长测定仪。

本实用新型的目的是通过以下技术方案予以实现。

一种生长测定仪，包括用于盛装细胞悬液的液体容器，与液体容器相连形成循环回路的动力系统，以及设置在动力系统上对管路液体进行检测的光学检测机构。

进一步优选，所述光学检测机构包括可见光检测机构和/或荧光检测机构。

优选的，所述动力系统包括管路组件和管道挤压动力组件，所述管路组件包括依次连接的第一管道、第一单向阀、第二管道、第二单向阀、第三管道，所述第一管道、第三管道的另一端均与液体容器连通，所述第一单向阀、第二单向阀的液流方向相同，所述管道挤压动力组件通过挤压第二管路使其部分形变，为细胞悬液循环流动提供动力源。

优选的，所述管道挤压动力组件包括挤压支架及动力驱动部件，所述动力驱动部件为挤压支架挤压管道提供动力源，控制管道细胞悬液的流速为0.01-10 cm/ s。

优选的，所述第一管道、第二管道、第三管道均为透气性管道，其中所述第二管道为软管。

优选的，所述第二管道的材质选自聚四氟乙烯、可熔性聚四氟乙烯、氨基塑料或硅胶中的一种。

进一步优选的，所述第一管道、第三管道与第二管道的材质、内径尺寸相同。

优选的，所述第二管道的内径为1-15 mm，长度为1-10 cm。

优选的，所述第一管道、第二管道、第三管道与第一单向阀、第二单向阀通过第一单向阀、第二单向阀上设置的固定接头可拆式密封连接。

优选的，所述第一单向阀、第二单向阀为隔膜单向阀、弹簧单向阀、重力单向阀、旋启单向阀中的任一种。

优选的，所述第一单向阀、第二单向阀由PP、PVDF、PAF、PCF、ABS材料制成。

优选的，所述第一管道或第三管道中设置有检测窗，所述光学检测机构作用于检测窗，对管道细胞悬液进行光学检测。

进一步优选的，所述检测窗外设有光源和光学传感器，所述所述光源和光学传感器与控制面板连接，用以控制光学检测时间，采集光学检测信号，测定OD（吸光度）值。

优选的，所述液体容器为圆柱结构，其顶部设置有气体过滤结构，使液体容器形成可以进行气体交换的密封结构，其底部为外凸结构，优选为圆弧或锥形外凸面结构。

优选的，所述液体容器顶部过滤结构的滤孔直径为0.2-10 um。

优选的，所述的生长测定仪，还包括控制面板和显示界面，所述控制面板控制挤压支架的运动状态及光学检测机构的光学检测与数据分析。通过控制挤压支架的运动状态调节挤压支架的振幅和频率，从而控制管道中细胞悬液的流速；通过控制光学检测时间，启动光学检测，采集检测数据，测定OD值和/或荧光值。

优选的，所述液体容器、动力系统、光学检测机构、控制面板和显示界面设置于壳体内。进一步优选的，所述液体容器、动力系统、光学检测机构设置于壳体中的无菌舱室中。

常规的细胞悬浮培养有批次培养、补料批次培养、灌流培养等。现有的培养技术基本上也都要采用生物反应器，生物反应器价格昂贵，实时监测细胞状态困难，且每次使用时需要灭菌充分，不然容易造成反应体系的污染，还常常会发生因搅拌器对细胞造成的损伤，使细胞和/或代谢物产量降低。

本实用新型的生长测定仪，采用管路系统与管道挤压动力组件的结构，可以实现细胞管路培养，不依赖生物反应器；通过动力驱动部件挤压支架实现管道内细胞悬液的管路培养，可有效控制细胞悬液的流速，实现低流速下稳态操作，保证细胞或产生的蛋白等代谢物的产量；通过检测窗检测细胞OD值。本实用新型培养管路系统易于拆卸灭菌，实现了操作灵活度，且因管路系统选用PP和/或硅胶等材料制成，价格便宜，可作为一次性使用耗材，有效避免因多次使用导致灭菌不充分带来的染菌风险。

附图说明

通过阅读下文优选的具体实施方式中的详细描述，本实用新型各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。说明书附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本实用新型的限制。显而易见地，下面描述的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

在附图中：

图1为本实用新型的一种生长测定仪的一实施例结构示意图。

图2为本实用新型的生长测定仪的动力系统一实施例结构示意图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本实用新型的技术方案和实施例。显然，所描述的是技术方案和实施例是为了方便理解本实用新型，并且能够将本实用新型的范围完整的传达给本领域技术人员。

需要说明的是，在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可以理解，技术人员可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求提及“包括”为一开放式用语，故应解释成“包含但不限定于”。说明书后续描述为实施本实用新型的较佳实施方式，然所述描述乃以说明书的一般原则为目的，并非用以限定本实用新型的范围。本实用新型的保护范围当视所附权利要求所界定者为准。

为便于对本实用新型实施例的理解，下面将结合附图以具体实施例为例做进一步的解释说明，且各个附图并不构成对本实用新型实施例的限定。

图1给出了本实用新型一种生长测定仪的一实施例的结构示意图。从图可以看出一种生长测定仪，包括用于盛装细胞悬液的液体容器（8），与液体容器相连形成循环回路的动力系统，以及设置在动力系统上对管路液体进行检测的光学检测机构，所述光学检测机构包括可见光检测机构和/或荧光检测机构。

所述动力系统包括管路组件和管道挤压动力组件，如图2所示，所述管路组件包括依次连接的第一管道（1）、第一单向阀（4）、第二管道（2）、第二单向阀（5）、第三管道（3），所述第一管道（1）、第三管道（3）的另一端均与液体容器（8）连通，所述第一单向阀（4）、第二单向阀（5）的液流方向相同，所述管道挤压动力组件通过挤压第二管路（2）使其部分形变，为细胞悬液循环流动提供动力源。

本实用新型中，所述第一单向阀（4）、第二管道（2）、第二单向阀（5）与管道挤压动力组件形成一个具有驱动液体流动的“泵”功能结构，所述第一单向阀（4）、第二单向阀（5）液体流向相同，管道挤压动力组件挤压“第一单向阀（4）、第二管道（2）、第二单向阀（5）”结构中的第二管道（2），使管道中的细胞悬液单向流动。为了更高效驱动液体流动，第二管道（2）的内径为1-15 mm，长度为1-10 cm。在一具体实施方式中，所述第二管道内径为5-10mm，长度为3-5 cm。

所述管道挤压动力组件通过挤压第二管道（2），控制其形变为细胞循环培养管路系统提供液流动力，第二管道（2）由弹性材质制作，进一步第二管道（2）为软管。在具体一实施方式中，第二管道（2）的材质选自聚四氟乙烯、可熔性聚四氟乙烯、氨基塑料和/或硅胶。

本实用新型中，所述第一管道（1）、第三管道（3）的长度不做任何限制，根据细胞培养的需要可以选择任何需要的长度，其内径尺寸没有具体限制，一实施例中，第一管道（1）、第三管道（3）长度优选0.3-1 m。

所述第一管道（1）和第三管道（3）为透气性管道，其材质不做限制，可为软管，如优选与第二管道（2）相同的材质，进一步选自聚四氟乙烯、可熔性聚四氟乙烯、氨基塑料和/或硅胶；也可为硬质管，其材料优选聚四氟乙烯、玻璃、石英、聚醚醚酮、聚二甲基硅氧烷、聚碳酸酯和/或聚甲基丙烯酸甲酯。

在本实用新型的实施例中，第一单向阀（4）、第二单向阀（5）的材质不受限制，优选不变形且可高温灭菌的材质，以减少使用成本，例如聚丙烯、聚偏二氟乙烯、PAF、对二甲苯二聚体、ABS等。以上仅仅是一实施例，不作为对其他材质限制。

在本实用新型的实施例中，第一单向阀（4）、第二单向阀（5）的尺寸不受限制。

在一实施方式中，第一单向阀（4）、第二单向阀（5）为隔膜单向阀、弹簧单向阀、重力单向阀、旋启单向阀中的任一种。在一具体实施例中，第一单向阀（4）、第二单向阀（5）为软管隔膜单向阀、鸭嘴单向阀、弹簧单向阀中任一种。

本实用新型一实施方式中，所述第一管道（1）、第二管道（2）、第三管道（3）与第一单向阀（4）、第二单向阀（5）通过第一单向阀（4）、第二单向阀（5）上设置的固定接头可拆式密封连接。这种连接方式方便管道与单向阀的拆装，利于管道清洗和灭菌。当然也可以采用非拆卸方式的一体化结构。本实用新型所述的动力系统中的管路组件材质易获得，成本低廉，可以采用一次性使用耗材。

本实用新型中，所述管道挤压动力组件包括挤压支架（7）及动力驱动部件（6）。所述挤压支架（7）为一个或多个。在一具体实施方式中，所述挤压支架（6）有两个，分别设置在第二管道两侧，通过相向运动挤压第二管道，使管道发生部分形变，从而促进液体流动。所述第二管道部分形变优选形变度为50%-95%，进一步优选60%-90%。

所述挤压支架（6）可以是任何形状的，与第二管道（2）接触面积根据需要设计，不做限制，其能保证挤压管道提供足够的形变力即可。所属领域技术人员可以按照需求，合理设置挤压支架（6）的形状。一具体实施方式中，所述挤压支架（6）可以选择通过回弹或往复运动结构的支架，如压力弹簧或者往复运动支架等。所述管道挤压动力组件控制管道细胞悬液的流速为0.01-10 cm/s。

本实用新型中，所述第一管道（1）或第三管道（3）中设置有检测窗（9），所述检测窗（9）为一段透明管道，所述检测窗用作管道细胞悬液的光学检测窗口（9），所述光学检测机构作用于检测窗，对管道细胞悬液进行光学检测。

一具体实施方式中，所述光学检测机构包括光源（10）和光学传感器（11），即所述检测窗外设有光源（10）和光学传感器（11）。所述光源（10）和光学传感器（11）分别为位于第一管道（1）或第三管道（3）两侧。所述光源（10）和光学传感器（11）可以置于第一管道（1）或第三管道（3）任何部位，不做具体限制。如图1所示，光源（10）和光学传感器（11）分别位于第三管道（3）两侧，靠近液体容器（8）。

本实用新型中，所述液体容器为圆柱结构，其顶部设置有气体过滤结构，使液体容器形成可以进行气体交换的密封结构，所述液体容器顶部过滤结构的滤孔直径为0.2-10um。一实施方式中，所述气体过滤结构为硅胶塞或空气滤膜。

在一实施例中，所述液体容器（8）的底部为其底部为外凸结构，如圆弧或锥形外凸面结构，利于液体容器（8）中悬浮液流向管道中。

本实用新型中，所述管路组件包括依次连接的第一管道、第一单向阀、第二管道、第二单向阀、第三管道，所述第一管道、第三管道的另一端均与液体容器连通。一具体实施方式中，所述第一管道（1）的另一端与液体容器底部相连，第三管道（3）的另一端与液体容器的侧部或顶部相连，如图1所示，液体流向由“液体容器--第一管道--第一单向阀--第二管道--第二单向阀--第三管道—液体容器”循环流动，也可以反向流动，但须满足细胞悬液从液体容器底部流出，从液体容器顶部或侧部流入即可。在一具体实施例中，所述液体容器的的体积为10 mL~100 mL，优选20 mL~50 mL。

本实用新型中，为了实现挤压支架运动状态精准控制，所述动力驱动部件（7）包括用于控制挤压支架运动状态的控制单元，所述控制单元调节挤压支架运动状态，例如运动位移、振幅和频率等，从而控制管道中细胞悬液的流速和流量。

本实用新型中，为了实现光学检测自动控制，所述光学传感器连接控制单元。

本实用新型的生长测定仪，还包括控制面板和显示界面，所述控制面板控制挤压支架运动状态的控制单元与光学传感器连接控制单元，控制挤压支架的运动状态及光学检测机构的光学检测与数据分析。

本实用新型中，所述液体容器、动力系统、光学检测机构、控制面板和显示界面设置于壳体内，所述液体容器、动力系统、光学检测机构设置于壳体中的无菌舱室中。

本实用新型所述的生长测定仪，在实验操作时，可以在无菌平台或无菌舱室加细胞悬液样品入液体容器（8），盖上硅胶塞或通过空气滤膜密封液体容器（8）顶部，开始细胞悬液的与检测。

本实用新型的一种用于细胞培养的动力装置，培养管路系统易于拆卸灭菌，实现了操作灵活度，且管道系统价格便宜，可作为一次性使用耗材，有效避免因多次使用导致灭菌不充分带来的染菌风险。本实用新型还通过管路系统与管道挤压动力组件的结构，结合细胞培养容器，形成细胞悬液循环流动体系，替代了生物反应器细胞悬液培养搅拌功能，操作温和可控，有效避免了搅拌器对细胞悬液带来的剪切力的损伤。此外，本实用新型还可以通过光学检测机构，实现细胞OD、荧光等光学指标的检测。

本实用新型实施例中，细胞循环培养的动力装置通过管路系统与管道挤压动力组件的结构实现细胞管道循环培养，避免细胞悬浮培养中使用的搅拌器造成对细胞的损伤，且通过动力驱动部件有效控制细胞悬液的流速，实现低流速下稳态操作，保证细胞或产生的蛋白等代谢物的产量；通过检测窗进行细胞OD、荧光等光学指标的检测。本实用新型仪器中培养管路系统易于拆卸灭菌，成本低，可作为一次性使用耗材，有效避免因多次使用导致灭菌不充分带来的染菌风险。

本申请接受各种修改和可替换的形式，具体的实施方式已经在附图中借助于实施例来显示并且已经在本申请详细描述。但是，本申请不意在受限于公开的特定形式。相反，本申请意在包括本申请范围内的所有修改形式、等价物、和可替换物，本申请的范围由所附权利要求及其法律等效物限定。

Claims (9)

1.一种生长测定仪，其特征在于，包括用于盛装细胞悬液的液体容器，与液体容器相连形成循环回路的动力系统，以及设置在动力系统上对管路液体进行检测的光学检测机构，所述动力系统包括管路组件和管道挤压动力组件，所述管路组件包括依次连接的第一管道、第一单向阀、第二管道、第二单向阀、第三管道，所述第一管道、第三管道的另一端均与液体容器连通，所述第一单向阀、第二单向阀的液流方向相同；所述管道挤压动力组件通过挤压第二管路使其部分形变，为细胞悬液循环流动提供动力源。

2.根据权利要求1所述的生长测定仪，其特征在于，所述管道挤压动力组件包括挤压支架及动力驱动部件，所述动力驱动部件为挤压支架挤压管道提供动力源，控制管道细胞悬液的流速为0.01-10cm/s。

3.根据权利要求1所述的生长测定仪，其特征在于，所述第一管道、第二管道、第三管道均为透气性管道，其中所述第二管道为软管，其内径为1-15mm，长度为1-10cm。

4.根据权利要求1所述的生长测定仪，其特征在于，所述第一管道、第二管道、第三管道通过第一单向阀、第二单向阀上设置的固定接头与之可拆式密封连接。

5.根据权利要求1所述的生长测定仪，其特征在于，所述第一管道或第三管道中设置有检测窗，所述光学检测机构作用于检测窗，对管道细胞悬液进行光学检测。

6.根据权利要求1所述的生长测定仪，其特征在于，所述液体容器为圆柱结构，其顶部设有气体过滤结构，使液体容器形成可以进行气体交换的密封结构，其底部为外凸结构。

7.根据权利要求6所述的生长测定仪，其特征在于，所述液体容器顶部过滤结构的滤孔直径为0.2-10um。

8.根据权利要求1-7任一所述的生长测定仪，其特征在于，还包括控制面板和显示界面，所述控制面板控制挤压支架的运动状态及光学检测机构的光学检测与数据分析。

9.根据权利要求8所述的生长测定仪，其特征在于，所述液体容器、动力系统、光学检测机构、控制面板和显示界面设置于壳体内，所述液体容器、动力系统、光学检测机构设置于壳体中的无菌舱室中。

Images