CN219490028U - 一种便携式可观测自动换液细胞培养装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种便携式可观测自动换液细胞培养装置，由小型培养芯片和自动控温换液控制盒组成，其中，所述小型培养芯片的长度＜11cm，总体积＜80cm³，用于细胞培养；所述自动控温换液控制盒的长度＜15.3cm，总体积＜1.7dm³，通过毫米孔径管线和FFC软排线连接用于给所述小型培养芯片提供定时换液和温度反馈控制。该装置使用方便，结构紧凑，方便携带，方便实用，成本低，利于推广，易于操作。能够按照设定时间自动完成培养液换液，自动控制温度在设定范围，并留有便于拍摄的观察窗口。解决了当前细胞长途转移需要冻存的问题，解决了活细胞培养观测需要大型培养箱的问题，解决了野外环境下细胞的长时间培养问题。

Description

一种便携式可观测自动换液细胞培养装置

技术领域

本实用新型属于细胞培养器件领域，具体为一种便携式环境小型细胞培养系统。

背景技术

细胞培养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)，使细胞或生物组织生长、繁殖并维持其主要结构和功能的一种技术。在活细胞研究和细胞转移方面，细胞培养有着重要的应用。目前以体外培养细胞为研究对象的科研工作中，较大的培养设备和高昂的价格，将这一工作限制在了极少数的室内实验室，所以需要简单、便携的细胞培养技术将体外培养细胞带出实验室，应用于更广阔的室外研究场景。同时，活细胞的转移方面，目前的转移设备体积庞大，且存在一定的染菌风险，保持细胞活性的培养时间有限，在维持细胞活性所需的温度、湿度、无菌、二氧化碳条件下，不能做到完全实现。

目前的细胞培养装置多为封闭箱体，主要有以下产品：

1、一种便携式细胞培养转移箱(中国专利申请，公开号：CN216192398U)，公开了一种适配传统培养皿的细胞培养转移箱，给活细胞提供所需温度，利用除尘杀菌网解决染菌问题，但未解决长时间下细胞所需营养问题，以及湿度条件的保持，对于细胞活性的保持依然存在弊端。同时，在整个过程中无法实时去观测样品，对于环境变化是否对细胞造成影响无法判断，且在取样过程中容易造成环境温度的改变，为样品培养带来无法预估的影响。

2、一种具有换液功能的细胞培养装置(中国专利申请，公开号：CN216808865U)，该装置同样适用于传统培养皿，利用两个换液泵对培养皿内部的溶液进行抽取和添加，利用恒温灯提供所需温度，解决了温度、湿度、酸碱性等问题，但装置依然较大，无法进行活细胞研究所需的中途加药及观测。

细胞培养的活细胞实验观测需要借助显微拍摄装置搭配的培养箱，将申请人的专利检索，发现有意大利OKO Lab公司的笼式培养箱。该笼式培养箱采用温度单元产生热空气以提高培养箱内部的温度，保障腔内的培养温度；通过内置气体混合装置混合CO₂和O₂，以在培养腔内获得稳定的气体环境，通过气体管线连接到主动湿度模块提供高湿度环境。该系统的缺点是：设备操作复杂、配件数量多，整体体积大，将使用环境限制在了室内，无法自由选择使用环境；价格昂贵；湿度探头安装在培养腔外部，无法准确反映细胞培养环境温度。

以上的这些产品都具有自己领域较为单一的使用优势，且价格昂贵，体积较大。很大程度上限制了活细胞培养的使用环境和条件。本专利提到的技术方案用极小的装置体积解决活细胞和组织的长时间培养，可搭配移动电源解决活细胞长距离运输问题，解决活细胞实验的环境限制问题，灵活携带至户外等环境进行特殊实验要求等，同时可搭配各种型号的显微观测设备，在显微平台上进行活细胞的培养观测，具有极强的环境适应力和广泛的应用领域。

发明内容

针对上述现有技术存在的缺陷或不足，本实用新型的目的在于，提供一种便携式可观测自动换液细胞培养装置，该培养装置能够在维持细胞所需生长环境的同时，进行细胞状态的观察，并且可以方便携带，在长途运输中，保持细胞的活性。

为了实现上述任务，本实用新型采用如下的技术解决方案：

一种便携式可观测自动换液细胞培养装置，其特征在于，由小型培养芯片和自动控温换液控制盒组成，其中，所述小型培养芯片的长度＜11cm，总体积＜80cm³，用于细胞培养；所述自动控温换液控制盒的长度＜15.3cm，总体积＜1.7dm³，通过毫米孔径管线和FFC软排线连接用于给所述小型培养芯片提供定时换液和温度反馈控制。

本实用新型的其它特点是：

所述小型培养芯片由芯片底座和芯片外壳组成，芯片外壳上有观察窗口，其中：

所述芯片底座包括温度控制反馈接口，金属弹簧片，温度传感器，换液进入接口，换液排出接口，ITO导电玻璃，培养小室和S型排列预热管道；

所述芯片底座为一体成型结构，温度控制反馈接口安装于芯片底座一端的预留空间，所述ITO导电玻璃内嵌于芯片底座预留卡槽，所述金属弹簧片螺丝固定于芯片底座两侧中心点，所述ITO导电玻璃从芯片底座横向一侧开口插入并与金属弹簧片接触；所述培养小室由聚二甲基硅氧烷(PDMS)粘附于所述ITO导电玻璃上方，所述S型排列预热管道固定于所述ITO导电玻璃顶部的芯片底座预留管道固定槽；所述温度传感器从所述培养小室顶部预留通道接入底部，所述换液进入接口和所述换液排出接口设置于芯片底座另一端；

所述芯片外壳为半包围壳结构，覆盖于整个培养芯片的上方，芯片外壳两侧下方内凸1mm横梁卡入芯片底座底部，所述观察窗口设置于所述芯片外壳中部，并正对培养小室的安装位置，便于显微镜观测细胞状态；所述金属弹簧片和所述温度传感器与所述温度控制反馈接口导线连接，所述换液进入接口连接所述S型排列预热管道，所述S型排列预热管道接入所述培养小室输入端，换液排出接口连接所述培养小室输出端，所述培养小室顶部用透明PCR膜封闭。

所述自动控温换液控制盒由控制盒底座面板和控制盒外壳组成；其中：

所述控制盒外壳包含电源接口，电源开关，散热风扇；

所述控制盒底座面板包含时间控制器，温度控制输出接口，温度控制器，蠕动泵；

所述电源接口和所述电源开关设置于控制盒外壳左侧，所述散热风扇设置于控制盒外壳右侧，所述时间控制器设置于控制盒底座面板左前侧，所述温度控制器设置于控制盒底座面板右前侧，所述温度控制输出接口设置于控制盒面板左下侧，所述时间控制器、所述温度控制器和所述散热风扇与所述电源开关导线连接，所述蠕动泵与所述时间控制器导线连接，所述温度控制输出接口和所述温度控制器导线连接。

所述自动控温换液控制盒还包括：换液输入接口，换液输出接口，CO₂进气口，储液罐，过气阻水膜，进液孔，出液孔；

所述换液输入接口与所述储液罐底部一侧进液孔通过管线连接，所述储液罐底部另一侧出液孔与所述蠕动泵进液端管线连接，所述换液输出接口与所述蠕动泵出液端管线连接，所述CO₂进气口设置于所述储液罐瓶盖一侧，过气阻水膜内嵌于所述储液罐瓶盖内测卡槽。

所述小型培养芯片的温度控制反馈接口与自动控温换液控制盒所述温度控制输出接口之间用FFC软排线连接，所述换液输出接口与所述换液进入接口通过管线连接，所述换液输入接口与所述换液排出接口17通过管线连接；所述管线为1.55mm换液管线。

所述芯片底座和芯片外壳由光敏树脂材料或3D打印材料制成；

所述培养小室由亚克力材料制成，整体尺寸为29mm×26mm×14mm，有上中下三层结构，其中，上下分别为半径8mm，高6mm和半径8mm，高5mm的圆柱，中间有尺寸为半径5mm高3mm的圆柱连通，液体的交换在上层结构进行；进液孔和出液孔在上层圆柱两侧，直径1.6mm；进液孔距离上层顶端4.8mm，出液孔距离上层顶端1.5mm；输入培养液，培养液会先流到上中两层间的格挡，通过调整流速，输入的培养液可以在圆腔内产生回流，输入流速设置在50mm/s时，经过持续10s的输入，培养小室输入端的进液会回流至腔体圆柱底部，同时距离最底层一段距离，以实现换液在不影响底层细胞的条件下完成。

所述温度传感器为NTC热敏电阻，电阻阻值：10KΩ,阻值精度：±0.01，测温范围：-55℃-125℃，电阻B值：3950；

所述ITO导电玻璃的玻璃尺寸小于载玻片大小，电阻值：7-10Ω；固定在所述培养小室的位置，去除7mm×7mm的正方形涂层，依靠正方形以外的ITO涂层热量，传递至小室提供细胞培养所需温度，以避免电流对细胞活性的影响。

所述控制盒底座面板和控制盒外壳由光敏树脂材料或3D打印材料一体打印成型；

所述电源接口为DC直流电源插头；所述时间控制器，输出电压3-12V，时间设置范围0-999分钟；所述温度控制器输出电压12V，温度精度±0.1°；所述散热风扇为12V直流风扇；所述蠕动泵为AQB-YS-12-G01，工作电压：3-12V。

所述储液罐由亚克力材料或光敏树脂材料制成，用于待更换新鲜培养液的存放，储液罐底部直径45mm，高110mm，容积70ml；

所述换液输入接口、换液输出接口、换液进入接口和换液排出接口为倒锥螺纹接头；

所述温度控制输出接口和温度控制反馈接口为微型FPC-4Pin软排线连接器；

所述过气阻水膜为疏水PTFE聚四氟乙烯微孔滤膜，厚度：0.16mm±0.01，孔径0.2-0.45μm，在确保5％CO₂通入储液罐时，阻挡大部分的细菌进入。

本实用新型的便携式可观测自动换液细胞培养装置，使用方便，结构紧凑，方便携带，方便实用，成本低，利于推广，易于操作。能够按照设定时间自动完成培养液换液，自动控制温度在设定范围，并留有便于拍摄的观察窗口。解决了当前细胞长途转移需要冻存的问题，解决了活细胞培养观测需要大型培养箱的问题，解决了野外环境下细胞的长时间培养问题。

和现有的细胞培养装置相比，具有以下优点：

所述培养小室用于培养细胞和生物组织切片，所述芯片外壳用于保护芯片内部管线，并可通过上方窗口进行细胞观测；

所述金属弹簧片用于在ITO导电玻璃上构成电路回路，所述S型排列预热管道用于更换新培养基的预加热，所述温度传感器用于反馈培养条件的温度参数；所述储液罐用于储存细胞长时间培养所需的培养基，所示蠕动泵用于将培养基通过挤压方式运输至培养小室，所述时间控制器用于控制蠕动泵的换液频率和换液时间，所述的温度控制器用于保持生物培养所需温度环境。

附图说明

图1是自动控温换液控制盒结构示意图；

图2是图1的内部结构示意图；

图3是储液罐的截面结构示意图；

图4是小型培养芯片的结构示意图；

图5是ITO导电玻璃的涂层示意图；

图6是采用本实用新型的便携式可观测自动换液细胞培养装置培养3T3细胞的结果图；

图7是培养小室截面进液流速模拟对比图；

图中的标记分别表示：1、电源接口，2、电源开关，3、时间控制器，4、温度控制输出接口，5、换液输入接口，6、换液输出接口，7、温度控制器，8、散热风扇，9、CO²进气口，10、储液罐，11、温度控制反馈接口，12、观察窗口，13、芯片外壳，14、金属弹簧片，15、温度传感器，16、换液进入接口，17、换液排出接口，18、ITO导电玻璃，19、培养小室，20、S型排列预热管道，21、蠕动泵，22、控制盒底座面板，23、控制盒外壳，24、过气阻水膜，25、进液孔，26、出液孔。

以下结合附图和实施例对本实用新型作进一步地详细说明。

具体实施方式

首先需要说明的是，以下的实施例是本实用新型较优的例子，本实用新型不限于以下的实施例。

在以下的描述中，当部件被称为“固定于”或“设置于”另一个部件，它可以直接在另一个部件上或者间接在该另一个部件上。当一个部件被称为是“连接于”另一个部件，它可以是直接或者间接连接至该另一个部件上。

如图1-4所示，本实施例给出一种便携式可观测自动换液细胞培养装置，由小型培养芯片和自动控温换液控制盒组成。其中，所述小型培养芯片的长度＜11cm，总体积＜80cm³，用于细胞培养；所述自动控温换液控制盒的长度＜15.3cm，总体积＜1.7dm³，通过毫米孔径管线和FFC软排线连接用于给所述小型培养芯片提供定时换液和温度反馈控制。

本实施例中，所述小型培养芯片由芯片底座和芯片外壳13组成，其中：

芯片底座包括温度控制反馈接口11，金属弹簧片14，温度传感器15，换液进入接口16，换液排出接口17，ITO导电玻璃18，培养小室19和S型排列预热管道20；

芯片底座为一体成型结构，温度控制反馈接口11安装于芯片底座一端的预留空间，ITO导电玻璃18内嵌于芯片底座预留卡槽，金属弹簧片14螺丝固定于芯片底座两侧中心点；ITO导电玻璃18从芯片底座横向一侧开口插入并与金属弹簧片14接触；培养小室19由聚二甲基硅氧烷(PDMS)粘附于ITO导电玻璃18上方，S型排列预热管道20固定于ITO导电玻璃18顶部的芯片底座预留管道固定槽中；温度传感器15从培养小室19顶部预留通道接入底部，换液进入接口16和换液排出接口17设置于芯片底座另一端。

本实施例中，芯片外壳13为半包围壳结构，覆盖于整个培养芯片的上方，芯片外壳13两侧下方内凸1mm横梁卡入芯片底座底部，观察窗口12设置于芯片外壳13中部，并正对培养小室19的安装位置，便于显微镜观测细胞状态；金属弹簧片14和温度传感器15与温度控制反馈接口11导线连接，换液进入接口16连接S型排列预热管道20，S型排列预热管道20接入培养小室19输入端，换液排出接口17连接培养小室19输出端，培养小室19顶部用透明PCR膜封闭。

本实施例中，自动控温换液控制盒由控制盒底座面板22和控制盒外壳23组成；其中：

控制盒外壳23包含电源接口1，电源开关2，散热风扇8；

控制盒底座面板22包含时间控制器3，温度控制输出接口4，温度控制器7，蠕动泵21；

电源接口1和电源开关2设置于控制盒外壳23左侧，散热风扇8设置于控制盒外壳23右侧，时间控制器3设置于控制盒底座面板22左前侧，温度控制器7设置于控制盒底座面板22右前侧；温度控制输出接口4设置于控制盒底座面板22左下侧，时间控制器3、温度控制器7和散热风扇8均与电源开关2导线连接，蠕动泵21与时间控制器3导线连接，温度控制输出接口4和温度控制器7导线连接。

本实施例中，时间控制器3包含时间显示屏，功能选择按钮，时间设置加减按钮，时间单位设置按钮；

温度控制器7包含温度显示器、功能选择按钮和温度设置加减按钮。

自动控温换液控制盒还包括：换液输入接口5，换液输出接口6，CO₂进气口9，储液罐10，过气阻水膜24，进液孔25，出液孔26。

换液输入接口5与储液罐10底部一侧进液孔25通过管线连接，储液罐10底部另一侧出液孔26与蠕动泵21进液端管线连接，换液输出接口6与蠕动泵21出液端管线连接，CO₂进气口9设置于储液罐10瓶盖一侧，过气阻水膜24内嵌于储液罐10瓶盖内测的卡槽中。

进一步地，小型培养芯片的温度控制反馈接口11与自动控温换液控制盒的温度控制输出接口4之间用FFC软排线连接，换液输出接口6与换液进入接口16通过管线连接，换液输入接口5与换液排出接口17通过管线连接；该管线为1.55mm换液管线。

本实施例中，温度传感器15选择NTC热敏电阻，电阻阻值：10KΩ,阻值精度：±0.01，测温范围：-55℃-125℃，电阻B值：3950；

ITO导电玻璃18的玻璃尺寸小于载玻片大小，电阻值：7-10Ω；固定在培养小室19的位置，去除7mm×7mm的正方形涂层，依靠正方形以外的ITO涂层热量，传递至小室提供细胞培养所需温度，以避免电流对细胞活性的影响。

电源接口1为DC直流电源插头；时间控制器3的输出电压3-12V，时间设置范围0-999分钟；温度控制器7输出电压12V，温度精度±0.1°；散热风扇8为12V直流风扇；蠕动泵21为AQB-YS-12-G01，工作电压：3-12V。

储液罐10由亚克力材料或光敏树脂材料制成，用于待更换新鲜培养液的存放，储液罐底部直径45mm，高110mm，容积70ml；

本实施例中，换液输入接口5、换液输出接口6、换液进入接口16和换液排出接口17均为倒锥螺纹接头；

温度控制输出接口4和温度控制反馈接口11为微型FPC-4Pin软排线连接器。

过气阻水膜24为疏水PTFE聚四氟乙烯微孔滤膜，厚度：0.16mm±0.01，孔径0.2-0.45μm，在确保浓度为5％的CO₂气体通入储液罐10时，阻挡大部分的细菌进入。

制作时，将温度控制反馈接口11固定于培养芯片一侧，ITO导电玻璃18从培养芯片底座一侧插入，ITO导电玻璃18上旋涂一层PDMS膜，培养小室19在PDMS未固化时放置其上，45℃下烘烤2小时，培养小室即固定在ITO玻璃18顶部，金属弹簧片14螺丝固定在芯片底座并紧贴于ITO导电玻璃18两侧，金属弹簧片14与温度控制反馈接口11导线连接。

S型排列预热管道20由1.5mm换液管线按照小型培养芯片底座预留位置按S型缠绕固定于ITO导电玻璃18上部，S型排列预热管道20两端分别与培养小室19进液端和换液进入接口16连接，将温度传感器15探测头从培养小室19上部插入并下探至底部，并将反馈线与温度控制反馈接口11导线连接；换液排出接口17与培养小室19连接，芯片外壳13以半包围形式包括芯片整体，并将长侧边卡于芯片底座底部，观察窗口12设置于芯片外壳13上方，并与培养小室19位置对应。

本实施例的便携式可观测自动换液细胞培养装置的工作原理以及有益效果如下：

观察窗口12用于细胞培养开始时的细胞种植，细胞植入时或加药时，打开封闭的PCR膜，结束后再进行封闭；观察窗口12便于观察细胞培养情况，减少外界对细胞培养环境影响，并可在显微平台进行长时间培养拍摄；芯片外壳13用于保护温度控制反馈接口11和S型排列预热管道20，芯片外壳13还用于细胞培养过程中的避光处理，减少非显微镜光源带来的光毒性；S型排列预热管道20用于输入培养液的预热，减少培养液温度差异给细胞培养带来的影响。金属弹簧片14用于给所述ITO导电玻璃18供电，ITO导电玻璃18用于提供培养小室19细胞培养过程中所需的温度以及S型排列预热管道20预热所需温度，温度传感器15深入芯片底部，可获取更加准确的培养面温度。

在另一个实施例中，自动控温换液控制盒包括：电源接口1、电源开关2、时间控制器3、温度控制输出接口4、换液输入接口5、换液输出接口6、温度控制器7、散热风扇8、CO²进气口9、储液罐10、蠕动泵21、控制盒底座面板22、控制盒外壳23、过气阻水膜24、进液孔25、出液孔26。

在该实施例中，控制盒底座面板22上设置有时间控制器3和温度控制器7，时间控制器3与蠕动泵21通过导线连接；控制盒底座面板22的面板中间设置有换液输入接口5和换液输出接口6，储液罐10设置在控制盒内部固定在控制盒底座面板22的底座右侧，安装后通过控制盒外壳23顶部预留空间伸出，蠕动泵21固定于控制盒底座面板22的底座左侧，换液输入接口5与所述储液罐10底部进液孔25管线连接，储液罐10通过管线将其底部出液孔26与蠕动泵21进液端连接，蠕动泵21进液端与换液输出接口6管线连接；CO₂进气口9设置在储液罐10瓶盖一侧，储液罐10可以从顶部螺旋拧开，倒入培养所需的培养液，过气阻水膜24设置在储液罐10的瓶盖所设置的夹层；控制盒外壳23左侧设有电源接口1和电源开关2，时间控制器3、温度控制器7和散热风扇8与电源开关2通过导线连接；控制盒底座面板22的面板左下方设置有温度控制输出接口4，温度控制器7的温度探测和控制输出与温度控制输出接口4通过导线连接。

上述实施例的便携式可观测自动换液细胞培养装置，其工作原理以及有益效果在于：

在细胞培养过程中，所述时间控制器3可根据时间设置决定给所述蠕动泵21供电的时间长短以及间隔，所述温度控制器7分析来自所述温度控制输出接口4的温度反馈，并根据设定温度决定是否输出电流。蠕动泵21通过驱动将需要更换的旧培养液从换液输入接口5吸附至进液孔25，再将新鲜培养液从出液孔26吸附至蠕动泵21，蠕动泵21通过驱动将新鲜培养液经换液输出接口6输出，散热风扇8可将自动控温换液控制盒运行中产生的热量散出。CO₂进气口9在接入浓度为5％的CO₂气体后，可通过过气阻水膜24传导至储液罐10内部，使储液罐10内的培养液始终保持在充有浓度为5％的CO₂的条件下。

本实施例中，将小型培养芯片与自动控温换液控制盒之间相连接，换液输出接口6与换液进入接口16用管线连接；换液输入接口5与换液排出接口17管线连接，温度控制反馈接口11与温度控制输出接口4通过FFC-4Pin软排线连接。

本实施例中，培养小室19和储液罐10由亚克力材料或树脂材料制成。

储液罐10尺寸为罐底部直径45mm，高110mm，容积70ml。

培养小室19整体尺寸为29mm×26mm×14mm，有上中下三层结构，上下分别为半径8mm，高6mm和半径8mm，高5mm的圆柱，中间有尺寸为半径5mm高3mm的圆柱连通，液体的交换在上层结构进行；进液孔25和出液孔26在上层圆柱两侧，进液孔25和出液孔26的直径1.6mm；进液孔25距离上层顶端4.8mm，出液孔26距离上层顶端1.5mm；输入培养液，液体会先碰到上中两层间的格挡，通过调整流速，输入液体可以在圆腔内产生回流，如图6截面所示，输入流速设置在50mm/s时，经过持续10S的输入，培养小室输入端的进液会回流至腔体圆柱底部，同时距离最底层一段距离，实现了换液在不影响底层细胞的条件下完成。

具体地，温度控制输出接口4和温度控制反馈接口11选择微型FPC-4Pin软排线连接器。

本实施例中，芯片底座和芯片外壳13、控制盒外壳23和控制盒底座面板22采用光敏树脂材料或其他3D打印材料制成。

本实施例中，过气阻水膜24选择疏水PTFE聚四氟乙烯微孔滤膜，孔径0.45μm。

本实施例中，电源接口1选用DC-025M电源插座；时间控制器3选择C-2S松川继电器，输出电压12V，供电时间设置10s，供电间隔设置120分钟；

所述温度控制器7为W1209，输出电压12V，温度精度设置为±0.1°；所述散热风扇8为12V直流风扇；

所述蠕动泵21为AQB-YS-12-G01，工作电压为5V。

本实施例中，ITO导电玻璃18尺寸为长宽厚：76mm×26mm×1mm，电阻值：7-10Ω，并在如图5所示位置去除7mm×7mm的正方形涂层。

本实施例中，温度传感器15选择NTC热敏电阻，电阻阻值：10KΩ，电阻B值：3950。

申请人在实际应用中，从观察窗口12打开培养小室19顶部PCR膜，直接植入细胞，或先在培养小室19底部铺一层胶原蛋白，再植入细胞并再次用PCR膜封住；所述CO₂进气口9通入浓度为5％的CO₂，打开储液罐10的瓶盖，倒入30ml-50ml的培养液，将时间控制器3设置换液时间间隔2小时，换液时间10s；将温度控制器7设定参数为37℃。培养过程中，温度传感器15实时监测培养小室19底部的温度，温度信号经过温度传感器15到温度控制反馈接口11，通过FFC-4Pin软排线至温度控制输出接口4，当温度高于温度控制器7设定参数37℃，温度控制器7不输出电流。反之，则输出电流，再经过温度控制输出接口4、FFC-4Pin软排线、温度控制反馈接口11、金属弹簧片14，在ITO导电玻璃18上构成回路，产生热量，培养小室19周围热量传递至细胞培养部位，使温度始终保持在37℃。

工作过程中，时间控制器3每隔2小时为蠕动泵21供电，蠕动泵21将旧培养液经培养小室19出液端流入换液排出接口17，然后通过换液输入接口5、进液孔25换出；经出液孔26、蠕动泵21进液端、所述蠕动泵21出液端、换液输出接口6、换液进入接口16、S型排列预热管道20至培养小室19输入端换入，培养小室19的进液速度为50mm/s，培养小室19进液截面的Comsol模拟结果如图7所示，培养液在不影响底层细胞的条件下，完成换液，输入新的培养液，再依靠扩散让新培养液充满腔体。

申请人在培养小室19中直接植入了3T3细胞，按所设定参数培养细胞48小时后，得到如图6的培养结果，3T3细胞有明显的增殖。

Claims (9)

1.一种便携式可观测自动换液细胞培养装置，其特征在于，由小型培养芯片和自动控温换液控制盒组成，其中，所述小型培养芯片的长度＜11cm，总体积＜80cm³，用于细胞培养；所述自动控温换液控制盒的长度＜15.3cm，总体积＜1.7dm³，通过毫米孔径管线和FFC软排线连接用于给所述小型培养芯片提供定时换液和温度反馈控制。

2.如权利要求1所述的便携式可观测自动换液细胞培养装置，其特征在于，所述小型培养芯片由芯片底座和芯片外壳(13)组成，芯片外壳(13)上有观察窗口(12)，其中：

所述芯片底座包括温度控制反馈接口(11)，金属弹簧片(14)，温度传感器(15)，换液进入接口(16)，换液排出接口(17)，ITO导电玻璃(18)，培养小室(19)和S型排列预热管道(20)；

所述芯片底座为一体成型结构，温度控制反馈接口(11)安装于芯片底座一端的预留空间，所述ITO导电玻璃(18)内嵌于芯片底座预留卡槽，所述金属弹簧片(14)螺丝固定于芯片底座两侧中心点，所述ITO导电玻璃(18)从芯片底座横向一侧开口插入并与金属弹簧片(14)接触；所述培养小室(19)由聚二甲基硅氧烷粘附于所述ITO导电玻璃(18)上方，所述S型排列预热管道(20)固定于所述ITO导电玻璃(18)顶部的芯片底座预留管道固定槽；所述温度传感器(15)从所述培养小室(19)顶部预留通道接入底部，所述换液进入接口(16)和所述换液排出接口(17)设置于芯片底座另一端；

所述芯片外壳(13)为半包围壳结构，覆盖于整个培养芯片的上方，芯片外壳(13)两侧下方内凸1mm横梁卡入芯片底座底部，所述观察窗口(12)设置于所述芯片外壳(13)中部，并正对培养小室(19)的安装位置，便于显微镜观测细胞状态；所述金属弹簧片(14)和所述温度传感器(15)与所述温度控制反馈接口(11)导线连接，所述换液进入接口(16)连接所述S型排列预热管道(20)，所述S型排列预热管道(20)接入所述培养小室(19)输入端，换液排出接口(17)连接所述培养小室(19)输出端，所述培养小室(19)顶部用透明PCR膜封闭。

3.如权利要求1所述的便携式可观测自动换液细胞培养装置，其特征在于，所述自动控温换液控制盒由控制盒底座面板(22)和控制盒外壳(23)组成；其中：

所述控制盒外壳(23)包含电源接口(1)，电源开关(2)，散热风扇(8)；

所述控制盒底座面板(22)包含时间控制器(3)，温度控制输出接口(4)，温度控制器(7)和蠕动泵(21)；

所述电源接口(1)和所述电源开关(2)设置于控制盒外壳(23)左侧，所述散热风扇(8)设置于控制盒外壳(23)右侧，所述时间控制器(3)设置于控制盒底座面板(22)左前侧，所述温度控制器(7)设置于控制盒底座面板(22)右前侧，所述温度控制输出接口(4)设置于控制盒底座面板(22)左下侧，所述时间控制器(3)、所述温度控制器(7)和所述散热风扇(8)与所述电源开关(2)导线连接，所述蠕动泵(21)与所述时间控制器(3)导线连接，所述温度控制输出接口(4)和所述温度控制器(7)导线连接。

4.如权利要求3所述的便携式可观测自动换液细胞培养装置，其特征在于，所述自动控温换液控制盒还包括：换液输入接口(5)，换液输出接口(6)，CO₂进气口(9)，储液罐(10)，过气阻水膜(24)，进液孔(25)，出液孔(26)；

所述换液输入接口(5)与所述储液罐(10)底部一侧进液孔(25)通过管线连接，所述储液罐(10)底部另一侧出液孔(26)与所述蠕动泵(21)进液端管线连接，所述换液输出接口(6)与所述蠕动泵(21)出液端管线连接，所述CO₂进气口(9)设置于所述储液罐(10)瓶盖一侧，过气阻水膜(24)内嵌于所述储液罐(10)瓶盖内测卡槽。

5.如权利要求3所述的便携式可观测自动换液细胞培养装置，其特征在于，所述小型培养芯片的温度控制反馈接口(11)与自动控温换液控制盒中的温度控制输出接口(4)之间用FFC软排线连接，所述换液输出接口(6)与所述换液进入接口(16)通过管线连接，所述换液输入接口(5)与所述换液排出接口(17)通过管线连接；所述管线为1.55mm换液管线；所述温度控制输出接口(4)和温度控制反馈接口(11)为微型FPC-4Pin软排线连接器。

6.如权利要求2所述的便携式可观测自动换液细胞培养装置，其特征在于，所述芯片底座和芯片外壳(13)由光敏树脂材料或3D打印材料制成；

所述培养小室(19)由亚克力材料制成，整体尺寸为29mm×26mm×14mm，有上中下三层结构，其中，上下分别为半径8mm，高6mm和半径8mm，高5mm的圆柱，中间有尺寸为半径5mm高3mm的圆柱连通，液体的交换在上层结构进行；进液孔和出液孔在上层圆柱两侧，直径1.6mm；进液孔距离上层顶端4.8mm，出液孔距离上层顶端1.5mm；输入培养液，培养液会先流到上中两层间的格挡，通过调整流速，输入的培养液可以在圆腔内产生回流，输入流速设置在50mm/s时，经过持续10s的输入，培养小室(19)输入端的进液会回流至腔体圆柱底部，同时距离最底层一段距离，以实现换液在不影响底层细胞的条件下完成。

7.根据权利要求2所述的便携式可观测自动换液细胞培养装置，其特征在于，所述温度传感器(15)为NTC热敏电阻，电阻阻值：10KΩ,阻值精度：±0.01，测温范围：-55℃-125℃，电阻B值：3950；

所述ITO导电玻璃(18)的玻璃尺寸小于载玻片大小，电阻值：7-10Ω；固定在所述培养小室(19)的位置，去除7mm×7mm的正方形涂层，依靠正方形以外的ITO涂层热量，传递至小室提供细胞培养所需温度，以避免电流对细胞活性的影响。

8.如权利要求3所述的便携式可观测自动换液细胞培养装置，其特征在于，所述控制盒底座面板(22)和控制盒外壳(23)由光敏树脂材料或3D打印材料一体打印成型；

所述电源接口(1)为DC直流电源插头；所述时间控制器(3)输出电压3-12V，时间设置范围0-999分钟；所述温度控制器(7)输出电压12V，温度精度±0.1°；所述散热风扇(8)为12V直流风扇；所述蠕动泵(21)为AQB-YS-12-G01，工作电压：3-12V。

9.如权利要求4所述的便携式可观测自动换液细胞培养装置，其特征在于，所述储液罐(10)由亚克力材料或光敏树脂材料制成，用于待更换新鲜培养液的存放，储液罐(10)底部直径45mm，高110mm，容积70ml；

所述换液输入接口(5)、换液输出接口(6)、换液进入接口(16)和换液排出接口(17)为倒锥螺纹接头；

所述过气阻水膜(24)为疏水PTFE聚四氟乙烯微孔滤膜，厚度：0.16mm±0.01，孔径0.2-0.45μm，在确保5％CO₂通入储液罐(10)时，阻挡大部分的细菌进入。