CN2923718Y

CN2923718Y - 自动血细胞分离系统

Info

Publication number: CN2923718Y
Application number: CNU2005200436110U
Authority: CN
Inventors: 高春平
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2005-07-21
Filing date: 2005-07-21
Publication date: 2007-07-18
Anticipated expiration: 2015-07-21

Abstract

本实用新型涉及生物医学临床实验室装置，尤其涉及一种应用血细胞分离的自动化临床实验室装置。更具体的说，这是一种应用免疫磁珠上特异性抗原，结合待分离细胞表面特异性抗体，利用外磁场作用进行细胞分离的自动化细胞分离装置，由血细胞分离装置和TFF细胞清洗浓缩装置构成，应用于各类血细胞的分离，可以广泛应用在造血干细胞移植和肿瘤生物细胞治疗领域。

Description

自动血细胞分离系统

技术领域

背景技术

临床生物细胞治疗是现代生物治疗的重要组成部分，临床生物细胞治疗已经广泛应用于多种疾病的治疗，例如，骨髓移植、外周血造血干细胞移植已经成为各种血液肿瘤的首选治疗方法。树突状细胞治疗也已经被证实为肿瘤生物治疗的最有发展前途的治疗方法。临床生物细胞治疗的重要步骤之一是生物细胞净化。目前细胞净化多采用手工方式在开放性环境下进行，极易引发标本污染而导致细胞净化程序失败。由于临床生物细胞治疗所需细胞数量较多，因此，手工操作方式工作量较多，较易出现多种误差。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本实用新型的目的是提供一种自动化血细胞分离装置，在全封闭、无污染环境下，实现血细胞自动分离，不仅大幅度减少细胞分离和净化过程中标本污染发生的比率，也明显提高细胞分离的效率。

为了解决其技术问题，本实用新型提出的技术解决方案，其特征是，本实用新型装置结构及框架由两大部分组成，包括血细胞分离装置和TFF细胞清洗浓缩装置。

I.血细胞分离装置：由底座、立柱和挂钩三部份组成。

1.底座，由下列部份组成：

●控制系统及其表面的控制面板。微电脑芯片及液晶显示器组成控制系统。液晶显示屏装有触摸显示屏或者液晶显示器周围装有固定键盘，可以控制微电脑芯片，这些产品采购成熟的产品。

●蠕动泵。采用数字化控制、数字化显示，可以用微电脑控制速度，并可以正反方向转动的蠕动泵。

●废弃液袋容器。凹陷入底座表面，可以容纳两个废弃液塑料袋。

●电磁挤压阀。①-⑦-⑧-⑨-⑩-电磁挤压阀固定在底座表面。电磁挤压阀受微电脑系统控制，电磁阀购买成品。

●分离细胞收集袋。

●底座支撑脚。位于底座四个角，可以调节高低，以调节底座平衡。底座为扁平状的长方形结构，用薄铁皮构成，内部中空，用螺丝固定，表面喷塑或涂塑，内部中空部份装有微电脑控制系统电路板及各种配件，电源及其接口；蠕动泵的马达及控制电路板，电磁挤压阀的电磁铁部份及其连接电路；废弃液袋为一中空空间，四周用塑料板隔离，底座后1/3表面的中央部位与立柱部份连接，并固定与支撑立柱，底座表面可以采用彩色印刷的薄膜或喷涂，印刷方式、制作明显的公司商标，仪器名称。

2.立柱，由下列部份组成

●永磁分离装置及主金属分离柱(见图2)。永磁分离装置位于立柱下1/3的中央前表面，前部中央有一个大的凹陷，正好可以容纳主金属分离柱及其支架，永磁装置安装在立板前表面下1/3处，永磁装置后面装有滑动槽，滑动槽上装有直线电机，直线电机轴上、下移动，驱使永磁装置在滑槽内上、下移动，使永磁装置离开主金属分离柱的范围，直线电机受微电脑控制。主金属分离柱为金属圆柱形结构，中间膨大，两端细小，有上方的入口和下方的出口，分别连接上方的管道及下方的管道，用不透钢材料(或其他金属材料)制作，内部涂有无毒塑料(亦可考虑用硅胶涂布在金属内壁)，外壁也涂以塑料或硅胶，可以反复使用，可以采用内外涂布医用硅橡胶的方法制作(金属分离柱(1))，主金属分离柱可以有塑料支架支撑，使主金属分离柱与永磁装置之间有空隙，永磁装置能够方便、流畅地上、下移动。主金属分离柱可以有第二种结构，采用双层玻璃结构，内外双层玻璃，中央中空部份灌注铁砂(强磁性铁砂)，可以在加工试管工厂内生产(金属分离柱(2))。

●永磁分离装置及初分离金属柱(金属分离柱移动示意图)。结构、型态、功能与主分离金属柱和永磁分离装置一样，与初分离金属柱相配合的永磁装置受同一步进电机控制，永磁装置受到步进电机驱动可以上、下移动，而离开初分离金属柱结构，磁场消失。步进电机的轴通过一个连杆，同时控制上、下两个永磁分离装置。

●电磁挤压阀。在立板中1/3前面中央，初分离金属柱和主金属分离柱之间为电磁阀④和⑤，在立板1/3前面中央，自右向左依次排列电磁阀①-②-③，电磁阀受微电脑系统控制。

●血小板过滤器。在立板上1/3，前面中央，有一个血小板过滤器，(Pall公司产品30μm滤膜(用来过滤可能存在的血凝块及大的颗粒。立板为扁平的、长立方中空结构，用薄铁皮制作，用螺丝固定，表面涂塑或喷塑，中空结构内装有滑动槽(与两个永磁装置相连接，使两个永磁装置可以上、下移动)；步进电机、电机轴及上、下电机轴连杆，用以驱动永磁装置自动移动；同时装有电磁阀的电磁铁部份，立板底部与底座顶部相连，而立柱的顶部用来固定支撑挂钩。

3.挂钩，由下列部分组成

●数字化重量计。三个挂钩底部均为数字化重量计，能够准确计量所悬挂液体容器重量，通过测量液体容器的重量而间接估算各个液体容器的输液量，数字化重量计为数字化结构计量仪器，可以数字化显示，并数字化控制，受微电脑控制，显示的数值在控制面板。

●金属挂钩。用金属制成，用来悬挂液体容器。挂钩固定在面板顶部，为金属构架，可以用不锈钢制作，挂钩底部为三个数字化重量计，固定在立板中空结构内。

4.套装管道，由下列部分组成：

一次性使用的管道用来连接各个液体容器及蠕动泵，电磁阀一次使用管道采用临床使用的输血或输液管道，采用标准接头连接成图示的形态，可直接向生产工厂订购。

套装管道(1)-两个金属分离柱，分离6×10¹⁰细胞

套装管道(2)-一个金属分离柱，分离2×10¹⁰细胞

套装管道(3)-一个金属分离柱，分离1×10¹⁰细胞

II.TFF细胞清洗浓缩装置，TFF系统由蠕动泵、磁振荡混合器、TFF容器、TFF容器外面的冰盒、TFF过滤盒及其连接的电磁阀，连接管道构成。

●蠕动泵。构成TFF装置主要部份，位于中央部位，其侧面有旋钮可以控制开/关及转速。

●磁振荡混合器。位于TFF容器的底部，通过电磁阀振荡，可以混匀TFF容器内的液体，起搅拌作用。

●TFF容器。封闭型，有盖子，有管道与外界交通，并能耐受一定的压力。

●TFF过滤盒。是TFF系统中最关键部位，用来过滤、浓缩液体。

●TFF容器外围的冰盒。包裹在TFF容器外周，保持TFF容器在6-12℃。可以用保温材料内装干冰，维持此温度范围。

●电磁阀。TFF容器输出和TFF过滤盒液出口各安装一个电磁阀，用来调节浓缩速度及浓缩量。

●连接管道

本实用新型的有益效果是提供一种自动化血细胞分离装置，在全封闭、无污染的环境下对血细胞进行自动分离和净化，在大幅度减少标本污染率的情况下，明显提高细胞分离的准确率和提高分离效率。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明

图1是底座示意图。图2是立柱及挂钩示意图。

图3是套装管道示意图。

图4是不同套装管道示意图。其中套装管道(1)-包括有初分离金属柱的一次性使用管道可用来分离6×10的单核细胞，套装管道(2)-不包括初分离金属柱的一次性使用管道可用来分离6×10单核细胞，套装管道(3)-不包括初分离金属柱的一次性使用管道可用来分离1×10单核细胞。

图中101-蠕动泵，102-电磁阀(①、②、③、④、⑤、⑥、⑦、⑧、⑨、⑩、)，103-控制面板，104-分离细胞收集袋，105-废弃液袋及其容器，106-底座台，107-底座支撑脚(可以调节高低)。201-缓冲液袋，202-待分离细胞袋，203-主金属分离柱，204-免疫磁株分离液袋，205-初分离金属分离柱，206-永磁分离装置(可上、下移动)、207-立柱。

具体实施方式

实施例1.本实用新型装置运作程序：

根据目的和方式不同，而分为不同形式，分述如下：

1.直接阳性分离模式(半自动程序)(Protocol A)(Directly Position Selection Model)。以直接阳性分离CD34⁺细胞为例。

i.程序(1)：“CD34⁺细胞标记”。将已准备使用的CD34抗体标记的免疫磁珠与待分离细胞混合，标记细胞。

■加100μl FCR Blocking Reagent每10⁸全部细胞(为了阻止CD34⁺抗体磁珠与其他非靶细胞结合，加入的试剂为人体白蛋白)。

■加100μl CD34MicroBeads Per10⁸Total Cells(每10⁸细胞中，加入100μlCD34免疫磁珠)。

■充分混合，并在6-12℃冰箱中孵育30分钟。

■清洗细胞，并将细胞悬浮在一定量的缓冲液中2×10⁸细胞/ml，(每毫升液体中含有2×10⁸细胞)。

ii.程序(2)：“连接液体容器及安装连接管道”。按照操作手册指导及遵照无菌要求连接液体容器及安装连接管道。

iii.程序(3)：“测试血细胞分离装置功能状态”。启动“测试”键，仪器自动逐个测试各个电磁阀功能，测试正常，液晶屏显示“装置功能正常，待机使用”字样，如发现某部位功能异常，则自动报警，并显示故障来源。

iv.程序(4)：选择“细胞分离”选项：开放②-⑤-⑧-，启动蠕动泵I′，顺时针方向转动(P->P)，慢速20ml/分，已标记CD34抗体的待分离细胞从2′袋(待分离细胞袋中)流出经②阀->初分离金属柱(金属柱A)->⑤号阀->主金属分离柱(金属柱B)->蠕动泵->⑧号阀->号阀->5′弃液袋。当2′袋中液体流尽时，2′重量计的重量减小最后趋于零(仅有塑料袋重量)，信号反喷至微电脑系统，反射性关闭②号阀(延时30-40秒，让管道内液体流净)，蠕动泵停止转动。

v.程序(5)：选择“缓冲液冲液(1)”选项。关闭②号阀，开放①号阀，(⑤-⑧-号阀仍处于开放状态)，I′蠕动泵(P->P)中速，100ml/分。1′袋中缓冲液流经①阀->初分离金属柱(金属柱A)->⑤号阀->主金属分离柱(金属柱B)->⑧号阀->号阀-5′弃液袋。当1′袋中液体重量减少120ml时，蠕动泵停止转动，所有阀门关闭。

vi.程序(6)：选择“金属柱离开磁场”选项。步进电机驱动电机轴向上移动，永磁装置在滑槽内向上方移动，永磁装置离开金属柱区域。

vii.程序(7)：选择“冲洗分离细胞”选项[(“缓冲液冲洗(2)”)选项]。开放①-⑤-⑧-⑨号阀门，I号蠕动泵(P->P)中速偏高200ml/分，1′袋中缓冲液冲洗两个金属分离柱上的分离细胞流入TFF容器，冲洗液约250ml。当1′重量计测量其重量减少250g时，反射性传递信息至微电脑，微电脑装置控制蠕动泵停止转动，所有阀门关闭。

viii.程序(8)：选择“分离细胞清洗浓缩(1)”程序。-号阀门开放，II号蠕动泵转动(P->P)高速，600ml/分，TFF过滤约15分钟，自动停止转动，阀门关闭。

ix.程序(9)：选择“缓冲液冲洗(3)”选项。开放⑥-⑨阀，缓冲液流入TFF容器，当流出重量约250ml时，自动关闭阀门。

x.程序(10)：选择“分离细胞清洗浓缩(2)”程序。重复“程序(8)”。

xi.程序(11)：选择“缓冲液冲(4)”选项。重复“程序(9)”。

xii.程序(12)：选择“分离细胞清洗浓缩(3)”选项。重复“程序(8)”。

xiii.程序(13)：选择“收获分离细胞”选项。阀门开放，已分离细胞流入6′袋中。

xiv.程序(14)：选择“记录并打印报告”。自动记录所有相关数据，包括：

■开机时间、关机时间、有无报警

■操作时所有已实施的程序和步骤

■自动记录上述过程，并打印完整报告

2.直接阳性分离模式(全自动程序)(Protocol B)(以分离CD34⁺为例)

i.程序(1)：与Protocol A相同

ii.程序(2)：相同

iii.程序(3)：相同

iv.程序(4)：选择“全自动阳性细胞直接分离”选项。Protocol A中“从程序(4)-程序(14)自动完成。

3.阴性细胞分离模式(半自动程序)(Protocol C)(Negative Selection Model)以阴性分离NK细胞为例。

i.程序(1)：“阴性细胞标记”。将“NK细胞阴性分离试剂盒”中各种混合单克隆抗体与待分离细胞按规定剂量混合，在4-8℃冰箱中孵育30分钟。

ii.程序(2)：“连接液体容器及安装连接管道”同Protocol A.

iii.程序(3)：“测试血细胞分离装置功能状态”，相同。

iv.程序(4)：选择“细胞分离”选项。开放②-⑤-⑧-⑨号阀门，蠕动泵I′启动(P->P)，慢速，待分离细胞从2′袋流出经两个金属分离柱流入TFF容器，而已被免疫磁珠标记的细胞则被吸附在两个金属分离柱上，当2′袋重量计测到无重量时，自动停止蠕动泵转动，关闭②号阀。

v.程序(5)：选择“缓冲液冲洗(1)”选项，关闭②号阀，开放①号阀，规定数量的缓冲液，冲洗金属分离柱及管道内的残留细胞，规定缓冲液输出后，自动关闭①-⑤-⑧-⑨号阀，蠕动泵停止转动。

vi.程序(6)：选择“清洗浓缩细胞(1)”选项，开放-号阀，II号蠕动泵(P->P)，高速转动600ml/分，预定时间后，自动停止转动。

vii.程序(7)：选择“缓冲液冲洗(2)”选项，开放⑥-⑨号阀，1′袋中缓冲液输出规定剂量抵达TFF容量，当1′重量计规定重量减少到达时，自动关闭⑥-⑨阀。

viii.程序(8)：选择“清洗浓缩细胞(2)”选项，重复“程序(6)”。

ix.程序(9)：选择“缓冲液冲洗(3)”选项，重复“程序(7)”。

x.程序(10)：选择“清洗浓缩细胞(3)”选项，重复“程序(6)”。

xi.程序(11)：选择“收获分离细胞”选项，开放号阀，收集已分离细胞至6′细胞收集袋。

xii.程序(12)：选择“金属分离柱移动磁场”选项。步进电机驱动电机轴带动永磁装置向上方移动。

xiii.程序(13)：选择“冲洗细胞”选项，开放①-⑤-⑧-阀门，I′蠕动泵P-P，中速100ml/分，1′袋中缓冲液冲洗两个金属分离柱及管道中细胞，当规定冲洗液到达时，关闭①-⑤-⑧-阀，蠕动泵停止转动。

xiv.程序(14)：选择“记录并打印报告”选项。全部记录各项数据，并自动打印报告。

4.阴性细胞分离模式(全自动程序)(Protocol D)

i.程序(1)～(3)：与Protocol C相同。

ii.程序(4)：选择“全自动阴性细胞分离”选项，自动进行程序(4)～程序(14)。

5.复合性阳性细胞分离模式(半自动程序)Protocol E，Multipositive Selection Model，以复合性阳性选择CD34⁺HLA-DR^-细胞为例。

i.程序(1)～程序(13)：与Protocol A相同。

ii.程序(14)：“混合孵育免疫磁珠和多重释放试剂”。

1).在每ml已标记的细胞内加入20μl多重释放试剂，在6～12℃冻箱中孵育10分钟。

2).将含有“多重释放试剂”悬挂至3′挂钩。

iii.程序(15)：选择“去除免疫磁珠”选项，③-⑤-⑧-⑨阀门开放，I′蠕动泵P->P，慢速20ml/分，免疫磁珠被吸附在金属分离柱，但是释放的CD34⁺流入TFF容器。

iv.程序(16)：选择“清洗浓缩细胞”选项。重复Protocol A中程序(7)到程序(13)，收获分离细胞至细胞收集袋。

v.程序(17)：“混合多重停止试剂和第二分离磁珠”

1).每40μl悬浮细胞中加60μl多重停止试剂(Mutlisort Stop Regent)

2).每2×10⁷细胞中加100μl HLA-DR微磁珠。

3).悬挂磁珠至2′挂钩。

vi.程序(18)：选择“分离第二重细胞”选项。重复Protocol A中程序(4)至程序(14)，完成整个分离程序。

实施例2.本实用新型装置程序控制流程

1.输入信号来源

i.数字化重量计(1′、2′、3′重量计量计)。持续输入信号至DSP，传送现状态的重量值，并在显示器显示，DSP根据初始值，计算每个挂钩的输出液体量。

ii.蠕动泵(I′和II′蠕动泵)

●传输信号至DSP，关于现在的开/关状态

●显示蠕动泵的速度(转速)

iii.电磁挤压阀(14个电磁挤压阀①-)。传输信号至DSP，目前的开/关状态->显示器显示。

iv.步进电机位置，原位/移动位置

2.输出信号控制

1).蠕动泵(I′，II′蠕动泵)

●控制开/关状态

●控制转速

2).电磁挤压阀，控制开/关状态

3).步进电机，控制原位

移动位置，双向移动。

3.液晶显示屏显示“工作状态图”

●占满液晶显示屏左边半面图

●每个标记代表一个工作单元

●每个工作单元工作时，(如“阀门开放”，“蠕动转动”，“永磁装置移动”，“重量计上液体输出”均视为工作状态)，代表该工作单元的标记区域会显示闪烁或持续颜色。连接相关工作单元的连接线路也会同时闪烁，或显示持续颜色。

●当每个工作程序结束时，“工作状态图”会回归原来的原位。

●待机状态时，“工作状态图”处于原位状态。

●机器处于测试状态时，会自动检测每个工作单元的工作状态，“工作状态图”上的工作单元也会依次闪烁或显示持续颜色。

●如果任何工作单元出现故障时，该“工作单元”会显示红色信号，并出现闪烁报警。

●“工作状态图”始终处于液晶显示屏左侧半面，电源启动后就会出现。

Claims

1.一种自动化细胞分离装置，其特征在于：自动化细胞分离装置由血细胞分离装置和TFF细胞清洗浓缩装置构成。

2.按照权利要求1所述的自动化细胞分离装置，其特征是：血细胞分离装置由底座、立柱和挂钩三部份组成，其中底座由控制系统及其表面的控制面板构成，微电脑芯片及液晶显示器组成控制系统，液晶显示屏装有触摸显示屏或者液晶显示器周围装有固定键盘，可以控制微电脑芯片。

3.按照权利要求1所述的自动化细胞分离装置，其特征是：立柱由永磁分离装置及主金属分离柱组成，永磁分离装置位于立柱下1/3的中央前表面，前部中央有一个大的凹陷，正好可以容纳主金属分离柱及其支架，永磁装置安装在立板前表面下1/3处，永磁装置后面装有滑动槽，滑动槽上装有直线电机，直线电机轴上、下移动，驱使永磁装置在滑槽内上、下移动，使永磁装置离开主金属分离柱的范围，主金属分离柱为金属圆柱形结构，中间膨大，两端细小，有上方的入口和下方的出口，分别连接上方的管道及下方的管道，用不透钢材料或其他金属材料制作，内部涂有无毒塑料或用硅胶涂布在金属内壁，外壁也涂以塑料或硅胶，主金属分离柱有塑料支架支撑，使主金属分离柱与永磁装置之间有空隙，永磁装置能够方便、流畅地上、下移动，主金属分离柱可以有第二种结构，采用双层玻璃结构，内外双层玻璃，中央中空部份灌注强磁性铁砂。

4.按照权利要求1所述的自动化细胞分离装置，其特征是：永磁分离装置及初分离金属柱的结构、型态、功能与主分离金属柱和永磁分离装置一样，与初分离金属柱相配合的永磁装置受同一步进电机控制，永磁装置受到步进电机驱动可以上、下移动，而离开初分离金属柱结构，步进电机的轴通过一个连杆，同时控制上、下两个永磁分离装置。

5.按照权利要求1所述的自动化细胞分离装置，其特征是：TFF细胞清洗浓缩装置由蠕动泵、磁振荡混合器、TFF容器、TFF容器外面的冰盒、TFF过滤盒及其连接的电磁阀，连接管道构成，蠕动泵构成TFF装置主要部份，位于中央部位，其侧面有旋钮可以控制开/关及转速，磁振荡混合器位于TFF容器的底部，TFF容器系封闭型，有盖子，有管道与外界交通，并能耐受一定的压力，TFF容器外围的冰盒包裹在TFF容器外周，TFF容器输出和TFF过滤盒液出口各安装一个电磁阀。