TWI748489B - 自動化細胞培養裝置 - Google Patents

Abstract

本創作提供一種自動化細胞培養裝置，具有本體，本體具有培養室以及連通於培養室與外部空間的輸液孔，可供使用者於培養室置入細胞培養袋，並將供應培養液給予細胞培養袋的輸液管設置穿過輸液孔，連接於本體外的輸液源，藉此，將自動化細胞培養裝置的結構簡化，能達成小型化、模組化等特點，有利於移動、快速配置、降低成本以及複製堆疊。

Description

自動化細胞培養裝置

本創作是關於細胞培養裝置。

近年來，受到醫學技術進展影響，在藥品研發與生產、基因療法、免疫療法、細胞療法等領域均需要大量培養細胞。

現有的細胞培養裝置，可參考例如TWI670370號專利的記載，主要是以具隔熱壁的大型培養箱，將培養基與培養容器連接後分別放置於左右分隔的保冷槽與培養槽中，將保冷槽維持在4℃以保存培養基，將培養槽維持在37℃以進行細胞培養，並以多層式的棚架存放多個培養容器，再利用支柱導引攝影機等測量單元移動並觀測各培養容器的細胞培養情形，達成自動化與規模化生產。

前述TWI670370號專利的細胞培養裝置雖然能提供規模化生產，然而，其細胞培養裝置規模較大，左右分隔的保冷槽與培養槽又各需維持在高低不同的溫度，需要進一步裝設製冷設備，將使細胞培養裝置的整體設備更加龐大，非大型實驗室或大型醫療院所不能購置。此外，培養槽中具有棚架，雖然能放入多組培養容器，但使用者在進行細胞培養時，需要進一步注意培養容器之間是否彼此干擾、污染，在取出或放入培養容器時是否影響培養槽內部環境的恆定，以及棚架是否會阻礙消毒及維持無菌環境，於實際操作使用時有所不便。

相對於此，另有TWI567190號專利所記載的細胞培養箱，是在同樣具隔熱壁的細胞培養箱中分隔出冷藏室、培養室與幫浦室，分別放置培養液、培養袋與蠕動幫浦模組，將細胞培養所需要的主要設備整合於單一箱型裝置中，具小型化、快速配置及便於移動的特點。然而，TWI567190號專利所記載的細胞培養箱同樣兼有冷藏室與培養室，需要在箱內維持高低不同溫度，縱使設置真空絕熱板，仍不免受到熱力自然流動的影響而耗費能源，其次，為了維持冷藏室的低溫，細胞培養箱仍然需要裝設製冷設備，使細胞培養箱的體積不易進一步縮小，不利於複製堆疊量產，且難以提高空間利用率。

有鑑於此，本創作的其中一項目的在於提供一種細胞培養裝置，將裝置中的各部件模組化、小型化，以期能提高進行細胞培養時的空間利用率。

本創作提供一種自動化細胞培養裝置，供置入細胞培養袋並進行細胞培養，自動化細胞培養裝置包括本體，本體具有培養室與輸液孔，輸液孔連通於培養室與外部空間，以供於細胞培養袋放置於培養室時，輸液管能經由輸液孔連接於本體外的輸液源與培養室內的細胞培養袋之間。

上述的自動化細胞培養裝置能進一步包括底座，底座容置於培養室，底座包括搖晃座與載台，搖晃座能帶動載台搖晃，載台供該細胞培養袋放置其上。

上述的自動化細胞培養裝置中，載台可包括盤體與隔板，盤體供承放水，隔板供承放細胞培養袋，隔板架置於盤體上以分隔盤體中承放的水與細胞培養袋，隔板具有若干開孔以供盤體中承放的水蒸發而散佈於培養室中。

上述的自動化細胞培養裝置能進一步包括溫控模組，溫控模組包含加熱器與溫度感測器，溫控模組能感測培養室的溫度並選擇性地對培養室加熱，本體具有第一連接器，加熱器與溫度感測器電連接於第一連接器，第一連接器自本體表面顯露於外。

上述的自動化細胞培養裝置能進一步包括二氧化碳模組，二氧化碳模組包括二氧化碳感測器，二氧化碳感測器位於培養室，本體具有第二連接器與輸氣孔，二氧化碳感測器電連接於第二連接器，第二連接器自本體表面顯露於外，輸氣孔連通於培養室與外部空間，以供本體外的二氧化碳供應源連接。

上述的自動化細胞培養裝置中，本體還能進一步具有塞座，塞座由培養室延伸至外部空間，輸液孔貫穿並成型於塞座，第一連接器及/或第二連接器能設置於塞座。

上述的自動化細胞培養裝置能進一步包括控制模組，第一連接器電連接於控制模組，控制模組經由溫度感測器測知培養室的溫度，並控制加熱器啟閉以使培養室的溫度趨近於37℃。其次，第二連接器電連接於控制模組，控制模組經由二氧化碳模組測知培養室中的二氧化碳濃度，並控制二氧化碳供應源經由輸氣孔向培養室供應二氧化碳，以使培養室中的二氧化碳體積濃度趨近於5%。

利用上述裝置，自動化細胞培養裝置可供置入細胞培養袋進行細胞培養，並接受外部供應給予培養液，存放培養液所需要的隔熱環境與製冷設備無需隨附在自動化細胞培養裝置的培養室旁，能避免存放培養液所需的低溫與培養室的高溫互相干擾影響，維持細胞培養環境的恆定，培養室的構造能進一步精簡、小型化，並將各部件模組化，有利於消毒、移動、快速配置、降低設置成本並提高空間利用率。

請參考圖1，本創作提供一種自動化細胞培養裝置，可供置入細胞培養袋90進行細胞培養，自動化細胞培養裝置包括本體10、底座20、溫控模組、二氧化碳模組、二氧化碳供應源、輸液源以及控制模組70。

本體10為箱子或盒子狀的容器，包括底壁11、側壁12與頂蓋13，側壁12自底壁11的周圍向上延伸，頂蓋13可樞擺開闔地設置於側壁12，而在底壁11、側壁12與頂蓋13之間圍構出培養室14，可供放入細胞培養袋90進行細胞培養，底壁11、側壁12與頂蓋13各具隔熱夾層，具體而言，底壁11、側壁12與頂蓋13例如是具有內層不鏽鋼板、外層不鏽鋼板，以及在內層與外層之間的隔熱泡棉夾層或真空夾層之多層結構，使培養室具有隔熱、保溫能力，較佳者，底壁11與側壁12中的隔熱夾層相互連接為一體，能具有較佳的隔熱、保溫能力。本體10還具有觀測板15，觀測板15例如是玻璃或壓克力等透明板材，可樞擺開闔地設置於側壁12，並且位於頂蓋13下方，可於使用者開啟頂蓋13時保持蓋闔於培養室14，供使用者觀察培養室14內的情況並保持培養室14內的環境穩定。上述底壁11、側壁12、頂蓋13與觀測板15為上掀開闔的具體實施態樣，惟若改將頂蓋、側壁與底壁製作為一體，另外改於側壁其中一面設置為上掀或門版式側掀開闔，並將觀測板15改設置於側壁內部者，亦無不可。

本體還具有輸液孔16，輸液孔16連通於培養室14與外部空間，輸送培養液的輸液管61能經由輸液孔16穿入培養室14並連接於培養室14中的細胞培養袋90，將培養液供予細胞培養袋90，具體而言，請參考第1圖與第2圖，本體另外具有塞座17，側壁12的頂緣處具有貫穿內外表面的凹口，塞座17設置於凹口，使塞座17由培養室14延伸至外部空間而貫穿側壁12的內外表面，輸液孔16成型於塞座17並且貫穿塞座17，可供輸液管61經由輸液孔16穿入培養室14，其中較佳者，塞座17可以是局部或全部由軟性塑膠或橡膠製作而具有彈性，輸液孔16周圍環佈數個切縫161，使塞座17能夠受擠壓小幅度變形，以包覆並適應不同管徑的輸液管61；塞座17還能具有切口171，切口171自輸液孔16延伸至塞座17的頂緣，可供使用者在將輸液管61穿過輸液孔16時，能經由切口171將輸液管61壓入輸液孔16，以便於安裝輸液管61。該塞座17還具有第一連接器172、第二連接器173、第三連接器174、輸氣孔175及洩氣閥176，第一連接器172、第二連接器173及第三連接器174分別穿過塞座17而延伸至培養室14及外部空間，輸氣孔175穿過塞座17，較佳者，輸氣孔175具有接頭，以便於供管體連接，讓外部氣體經由管體流經輸氣孔進入培養室，洩氣閥176連接於培養室14及外部空間，能於培養室14中氣壓上升時向外部空間洩氣，排出多餘氣體。上述塞座17與輸液孔16的位置，以及第一連接器172、第二連接器173、第三連接器174、輸氣孔175及洩氣閥176的位置僅為本創作具體實施例之一，若將塞座17改設置於底壁11、側壁12或頂蓋13的任意邊緣、中間或中央等位置，或者略去塞座17，而改將輸液孔16、第一連接器172、第二連接器173、第三連接器174、輸氣孔175及洩氣閥176直接成型於底壁11、側壁12或頂蓋13，均屬可行。

底座20容置於培養室14，供盛放細胞培養袋90並帶動細胞培養袋90搖晃，具體而言，請參考第1圖與第3圖，底座20

包括搖晃座21與載台，搖晃座21具有基座211、一至數個驅動桿212及台座213，驅動桿212底端設置於基座211，頂端設置於台座213，且基座211能分別帶動各個驅動桿212升降移動，使台座213局部受驅動桿212頂升而傾斜搖晃。載台包括盤體221與隔板222，盤體221設置於台座213而隨台座一同搖晃，隔板222架置於盤體221上，使隔板222與盤體221之間保有容置空間，隔板222具有多個開孔，使隔板222下方的容置空間經由開孔與培養室14中的其他空間連通。

溫控模組至少局部位於培養室14，能偵測並控制培養室14的溫度，具體而言，溫控模組包括若干加熱器31與若干溫度感測器32，加熱器31與溫度感測器32分別設置於側壁12的內表面，並且電連接於第一連接器172，以供位於培養室14外的控制模組70連接及控制，溫度感測器32感測培養室14的溫度，加熱器31則能受驅動開啟加熱或停止加熱，藉以將培養室14的溫度維持趨近於適合進行細胞培養的目標溫度，例如為37℃。需附帶一提的是，由於適合進行細胞培養的目標溫度通常高於室溫，溫控模組通常僅需受控制開啟或停止對培養室14加熱，即可達成控制培養室14溫度的目的，惟若依培養室的溫度需求而定，溫控模組也可能單獨包含冷卻器或同時包含冷卻器與加熱器。

二氧化碳模組包括若干二氧化碳感測器41，設置於側壁12的內表面，並且電連接於第二連接器173，二氧化碳感測器例如是紅外線光譜式二氧化碳感測器，能感測周圍環境，即培養室14的二氧化碳濃度並輸出電訊號。

二氧化碳供應源能受控制向培養室14提供二氧化碳，具體而言，二氧化碳供應源包括氣瓶連接器51、控制閥52及供氣管53，氣瓶連接器51可連接於二氧化碳高壓氣瓶91，自二氧化碳高壓氣瓶接收二氧化碳，控制閥52連接於氣瓶連接器51與供氣管53的一端，能受控制啟閉並調節從氣瓶連接器51供應至供氣管53的氣體流量，供氣管53的另端則連接於輸氣孔175。

輸液源能受控制向培養室14中的細胞培養袋提供培養液，具體而言，輸液源包括輸液管61、保存罐62及輸液幫浦63，輸液管61一端經由輸液孔16延伸進入培養室14並連接於細胞培養袋90，另端連接於輸液幫浦63，輸液幫浦連接於保存罐62，能受控制啟閉並調節從保存罐62供應至輸液管61的液體流量，保存罐62供存放細胞培養所使用的培養液，較佳者，保存罐62內具有隔熱泡棉夾層或真空夾層，且保存罐62內具有製冷設備，例如冷媒-相變化式製冷設備或熱電致冷晶片式製冷設備，使保存罐62內能夠保持適於保存培養液的溫度，例如4℃。

控制模組70例如是可程式化之系統單晶片，能預先設定程式單獨執行後述的控制，或能與電腦連接獲取指令再進一步執行控制。控制模組70連接於第一連接器172，能經由第一連接器172與溫度感測器32測知培養室14的溫度，藉以經由第一連接器172控制加熱器31啟閉，使培養室14的溫度趨近於適合進行細胞培養的目標溫度，例如為37℃。控制模組70連接於第二連接器173與控制閥52，能經由第二連接器173與二氧化碳感測器41測知培養室14中的二氧化碳濃度，藉以經由控制閥52控制從供氣管53與輸氣孔175流入培養室14中的二氧化碳流量，以使培養室14中的二氧化碳濃度趨近於適合進行細胞培養的二氧化碳濃度，例如體積濃度5%。控制模組70連接於輸液幫浦63，能經由輸液幫浦63控制供應至輸液管61與細胞培養袋90的培養液流量，能經程式設定供給流量，例如定時定量供給或依開始細胞培養後所經過的時間長度給予指定流量。控制模組70可進一步連接第三連接器174，並由第三連接器174連接底座20，供應電源給予搖晃座21並控制搖晃座21啟閉與搖晃頻率及搖晃震幅，惟若省略第三連接器，將搖晃座21改以內置電池方式驅動，亦無不可。

利用上述的自動化細胞培養裝置，使用者欲進行細胞培養時，能預先配置各部件，先將培養液保存於保存罐62，將氣瓶連接器51連接二氧化碳高壓氣瓶91，並且於底座的盤體倒入水，可以將待執行細胞培養的細胞培養袋90連接輸液管61後置入培養室14，並將細胞培養袋90放置於隔板上，隔板可將上方的細胞培養袋90與下方的水分隔，輸液管61可由塞座17的切口壓入輸液孔，即可蓋上觀測板15與頂蓋13，完成安裝。

執行細胞培養的過程中，可由控制模組控制培養液流量與二氧化碳流量，底座盤體中的水則能蒸發並經由隔板的開孔散佈於培養室中，使培養室中的溫度、濕度及二氧化碳濃度保持恆定。其中，為避免培養室中發生溫度、濕度及二氧化碳濃度局部不均勻的現象，亦可於培養室中增設風扇，促使培養室中的環境均勻化；又為了記錄細胞培養過程中的環境條件，亦可於培養室中設置濕度感測器，並另經由連接器電連接至控制裝置70，供控制裝置測知培養室中的濕度值。

上述自動化細胞培養裝置設置時，由於本體、二氧化碳供應源及輸液源分開設置，使用者亦能以同一輸液源的保存罐以及同一二氧化碳高壓氣瓶，增設多組輸液幫浦、輸液管、控制閥及供氣管，連接多組本體使用，將本體模組化配置，堆疊存放，兼具結構精簡、設置成本低以及空間利用率高的特點。

其次，本創作自動化細胞培養裝置的本體結構單純，便於安裝、設置，同時也易於重複消毒使用，具有易於操作的特點。

在上述實施例中，控制裝置具有單獨的殼體，能便於以單一控制器控制多組輸液幫浦、控制閥及本體使用，請參考第4圖，在本創作另一實施例中，亦可改將控制裝置70結合固定於本體10，以一控制裝置70配合一本體10使用，或以一控制裝置70配合其本體10及其他不具控制裝置的本體使用，亦仍具上述相似的使用方式及特點

綜上所述，本創作的自動化細胞培養裝置將各部件模組化，並且將結構精簡，使自動化細胞培養裝置易於使用、移動、快速配置、降低成本，藉由堆疊方式設置及存放更可提高空間利用率，進一步降低成本，實為醫學研究及醫療相關業者所企盼，惟以上實施例僅在於說明並闡述本創作的技術內容，本專利的專利範圍應以後述的申請專利範圍為準。

本體10 底壁11 側壁12 頂蓋13 培養室14 觀測板15 輸液孔16 塞座17 切口171 第一連接器172 第二連接器173 第三連接器174 輸氣孔175 洩氣閥176 底座20 搖晃座21 基座211 驅動桿212 台座213 盤體221 隔板222 加熱器31 溫度感測器32 二氧化碳感測器41 氣瓶連接器51 控制閥52 供氣管53 輸液管61 保存罐62 輸液幫浦63 控制模組70 細胞培養袋90 二氧化碳高壓氣瓶91

圖1為本創作自動化細胞培養裝置之示意圖。 圖2為本創作自動化細胞培養裝置中塞座之示意圖。 圖3為本創作自動化細胞培養裝置中底座之立體分解圖。 圖4為本創作自動化細胞培養裝置另一實施例之示意圖。

本體10 底壁11 側壁12 頂蓋13 培養室14 觀測板15 輸液孔16 塞座17 底座20 加熱器31 溫度感測器32 二氧化碳感測器41 氣瓶連接器51 控制閥52 供氣管53 輸液管61 保存罐62 輸液幫浦63 控制模組70 細胞培養袋90 二氧化碳高壓氣瓶91

Claims (10)

1. 一種自動化細胞培養裝置，供置入一細胞培養袋並進行細胞培養，包含：一本體，該本體具有一培養室與一輸液孔，該輸液孔連通於該培養室與外部空間，以供於該細胞培養袋放置於該培養室時，一輸液管能經由該輸液孔連接於該本體外的一輸液源與該培養室內的該細胞培養袋之間；其中，該本體具有一可拆的塞座，該塞座由該培養室延伸至外部空間，該輸液孔貫穿並成型於該塞座。
2. 如請求項1所述的自動化細胞培養裝置，更包含一底座，該底座容置於該培養室，該底座包含一搖晃座與一載台，該搖晃座能帶動該載台搖晃，該載台供該細胞培養袋放置其上。
3. 如請求項2所述的自動化細胞培養裝置，其中該載台包括一盤體與一隔板，該盤體供承放水，該隔板供承放該細胞培養袋，該隔板架置於該盤體上以分隔該盤體中承放的水與該細胞培養袋，該隔板具有複數開孔以供該盤體中承放的水蒸發而散佈於該培養室中。
4. 如請求項1所述的自動化細胞培養裝置，更包括一溫控模組，該溫控模組包含一加熱器與一溫度感測器，該溫控模組能感測該培養室的溫度並選擇性地對該培養室加熱，該本體具有一第一連接 器，該加熱器與該溫度感測器電連接於該第一連接器，該第一連接器自該本體表面顯露於外。
5. 如請求項4所述的自動化細胞培養裝置，其中該第一連接器設置於該塞座。
6. 如請求項1至4中任一項所述的自動化細胞培養裝置，更包含一二氧化碳模組，該二氧化碳模組包含一二氧化碳感測器，該二氧化碳感測器位於該培養室，該本體具有第二連接器與一輸氣孔，該二氧化碳感測器電連接於該第二連接器，該第二連接器自該本體表面顯露於外，該輸氣孔連通於該培養室與外部空間，以供該本體外的一二氧化碳供應源連接。
7. 如請求項5所述的自動化細胞培養裝置，更包含一二氧化碳模組，該二氧化碳模組包含一二氧化碳感測器，該二氧化碳感測器位於該培養室，該本體具有第二連接器與一輸氣孔，該二氧化碳感測器電連接於該第二連接器，該第二連接器自該本體表面顯露於外，該輸氣孔連通於該培養室與外部空間，以供該本體外的一二氧化碳供應源連接。
8. 如請求項7所述的自動化細胞培養裝置，其中該第二連接器設置於該塞座。
9. 如請求項1至5中任一項所述的自動化細胞培養裝置，更包含一控制模組，該第一連接器電連接於該控制模組，該控制模組經由該溫 度感測器測知該培養室的溫度，該控制模組控制該加熱器啟閉以使該培養室的溫度趨近於37℃。
10. 如請求項7或8所述的自動化細胞培養裝置，更包含一控制模組，該第二連接器電連接於該控制模組，該控制模組經由該二氧化碳模組測知該培養室中的二氧化碳濃度，該控制模組控制該二氧化碳供應源經由該輸氣孔向該培養室供應二氧化碳，以使該培養室中的二氧化碳體積濃度趨近於5%。

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