TWM641788U - 整合性自動化細胞培養裝置 - Google Patents

Abstract

本創作提供一種整合性自動化細胞培養裝置，包含一本體、一蓋體、一塞座、一供氣模組、一溫控模組、至少一滑軌部與一夾袋件，本體圍構一培養室，其底部供承置培養袋，蓋體蓋設於培養室之開口，塞座塞設於本體之一容納槽而供管路穿過，供氣模組供感測培養室內之二氧化碳濃度並驅使外界氣體源對培養室內供氣，溫控模組感測培養室內之溫度並選擇性對培養室加熱，滑軌部設於培養室底部，夾袋件滑設於滑軌部並夾掣培養袋，使培養袋之液體往其中一側集中。

Description

整合性自動化細胞培養裝置

本創作係有關於一種細胞培養裝置，特別是有關於一種全功能整合性之自動化細胞培養裝置。

按，今日許多癌症之治療，除了傳統的化學藥物、放射線治療或手術切除之外，亦可能利用基因治療或細胞治療，以避免嚴重的副作用。以細胞治療來說，由於病患自身的免疫細胞不會造成排斥現象，相較他人提供的免疫細胞較能有效打擊癌細胞，同時可減輕病患身體負擔。

而為了進行細胞治療，則必須將自體細胞或異體細胞進行體外培養，使之增殖後再注射至病患體內，而細胞的培養，通常於軟性的培養袋內進行，隨著細胞增殖的數量，漸漸注入新的培養液，並將培養液置於特定溫度與溼度之實驗室環境內。

其中，為了確認細胞培養情形，需對培養液進行觀測，甚至需要多次以人工抽取少量袋內培養液以計算細胞數量，再根據細胞數量注入對應量的培養液，在整個細胞培養的流程中，須人工進行多次觀測及計算細胞數量的步驟，十分耗費人力成本，且有細胞汙染的風險及人為操作的差異，品質較不穩定。

正因如此，細胞培養無法達到全自動培養流程，使得培養成本高昂，一般病患難以負荷其花費。

本創作之其中一目的在於提供一種整合性自動化細胞培養裝置，以整合性的設備對培養袋進行偵測與培養操作，提高細胞培養的自動化程度。

本創作之其中一目的在於提供一種整合性自動化細胞培養裝置，易於監測培養袋中的細胞密度，但無須取出培養液進行計算，可避免影響培養環境，又能較為快速地得知細胞密度。

為達成上述目的，本創作提供一種整合性自動化細胞培養裝置，包含一本體、一蓋體、一塞座、一供氣模組、至少一滑軌部與一夾袋件。

該本體內圍構一培養室，該本體之頂部具有與該培養室連通之一開口，該本體之側面另具有與該培養室連通之一容納槽，該培養室之底部供承置一培養袋；該蓋體可拆地蓋設於該本體之該開口上，以封閉該培養室；該塞座供塞設於該容納槽，該塞座穿設至少一穿孔，該至少一穿孔供至少一管路穿過而穿伸於該培養室與外界之間，該至少一管路之一端供連接至該培養袋；該供氣模組包含一二氧化碳感測器與一供氣連接器，該二氧化碳感測器設於該培養室內，該二氧化碳感測器電連接於該供氣連接器，該供氣連接器設於該本體而供外界之氣體源連接，以對該培養室內供給氣體；該溫控模組設於該本體與該蓋體之至少其中一者，包含一加熱器與一溫度感測器，該溫度感測器電連接於該加熱器，該溫度感測器供感測該培養室內之溫度並驅使該加熱器選擇性地對該培養室加熱；該至少一滑軌部設於該培養室內而沿一滑動方向延伸，該夾袋件可滑動地設於該至少一滑軌部並供壓抵該培養袋，以防止該培養袋內之液 體流至該培養袋之其中一側，該夾袋件能於該培養袋上滑動。較佳地，更包含至少一拉撐機構，該至少一拉撐機構至少設於該培養室之一端，以供夾掣該培養袋的一端。

較佳地，更包含一光照計數模組，該光照計數模組包含一光源與一光接收器，該光源設於該培養室與該蓋體朝向該培養室之一面的其中一者，該光接收器設於該培養室與該蓋體朝向該培養室之一面的其中另一者，使該培養袋承置於該培養室內時位於該光源與該光接收器之間，該光源供朝該光接收器發射波長400至600奈米之光線、波長400至500奈米之光線或波長400奈米之光線，該光線穿過該培養袋後被該光接收器所接收並藉以計算該培養袋內液體之吸光值，進而計算該培養袋內所含之細胞密度。

在某些情況下，該培養袋具有橫向朝外延伸的觀測部，該培養袋內的液體與細胞可以自由通透進出該觀測部，該光源與該光接收器的位置對應於該觀測部，使該光源發出的光線經由該觀測部穿過該培養袋。

在某些情況下，該蓋體中央開設一觀察窗，該觀察窗蓋設一加熱玻璃，該加熱玻璃背向該培養室的一側另蓋設一可掀之掀蓋，該掀蓋選擇性地自外遮蔽該加熱玻璃，該加熱玻璃即係該加熱器，該溫度感測器係設於該蓋體面向該培養室的一面。

在某些情況下，該供氣模組與該塞座係分別設於該培養室的相對兩端。

在某些情況下，更包含一透氣支架，該透氣支架置於該培養室之底部，以供承置該培養袋；較佳地，該透氣支架穿設複數鏤空部，使該培養袋之底部易於透氣。

在某些情況下，更包含一保冷箱與一幫浦，該保冷箱設於該本體內而供容納至少一培養液容器，該幫浦亦設於該本體，該至少一管路經由該幫浦連接至該至少一培養液容器，藉以對該培養袋內供給液體。

藉此，可在不介入細胞培養環境的前提下，快速測得培養室內的環境，並對此環境進行人工或自動化操作，更進一步地，也能藉由光照計數模組測知培養袋內之細胞密度，藉以判斷細胞生長狀況，以作為調控培養液、氣體、溫度、溼度等生長條件之參考依據，進而能達成穩定的自動化細胞培養。

10:本體

11:培養室

12:容納槽

20:蓋體

21:觀察窗

22:加熱玻璃

23:掀蓋

24:溫度感測器

30:塞座

31:穿孔

40:供氣模組

51:光源

52:光接收器

61:滑軌部

62:夾袋件

63:拉撐機構

70:透氣支架

81:保冷箱

82:幫浦

90:管路

圖1與圖2係本創作之立體圖。

圖3係本創作之立體分解圖。

圖4係本創作之部分剖面圖。

圖5係本創作之前視圖。

圖6係本創作第一實施例之光源波長與吸光度之關係圖。

圖7係本創作第一實施例中在290奈米光源照射下吸光度與細胞密度之關係圖。

圖8係本創作第二實施例之光源波長與吸光度之關係圖。

圖9係本創作第二實施例中在290奈米光源照射下吸光度與細胞密度之關係圖。

圖10係本創作第三實施例之光源波長與吸光度之關係圖。

圖11係本創作第三實施例中在290奈米光源照射下吸光度與細胞密度之關係圖。

圖12係本創作第三實施例中在不同波長光源照射下吸光度細胞密度之關係圖。

請參考圖1至圖5，本創作提供一種整合性自動化細胞培養裝置，至少包含一本體10、一蓋體20、一塞座30、一供氣模組40、一溫控模組、一培養袋定位結構與一光照計數模組，較佳地更可包含一透氣支架70與一培養液供給機構。

該本體10可概呈箱狀而其內圍構一培養室11，該本體10之頂部具有與該培養室11連通之一開口，該本體10之側面另具有與該培養室11連通之一容納槽12，較佳地，該容納槽12係呈缺口狀地形成於該本體10之開口旁，該培養室11之底部供承置一培養袋，使該培養袋平躺於該培養室11之底部。

該蓋體20可拆地蓋設於該本體10之該開口上，以封閉該培養室11，使該培養室11內環境恆定而可控制。具體來說，在本實施例中，該蓋體20周圍與該本體10之開口周圍分別設置位置相對應的扣具，當該蓋體20蓋設於該本體10之開口時，該些扣具彼此扣緊而確保培養室11與外界不連通。

該塞座30供塞設於該容納槽12，該塞座30穿設至少一穿孔31，該至少一穿孔31供至少一管路90穿過而穿伸於該培養室11與外界之間，該至少一管路90之一端供連接至該培養袋，如此一來，管路可事先安裝至該塞座後，再直接將塞座塞入容納槽內即可，相較於直接於該本體插設管路，塞座的模組化設計能使安裝更為簡單快速。

該供氣模組40則包含一二氧化碳感測器與一供氣連接器，該二氧化碳感測器設於該培養室11內，該二氧化碳感測器電連接於該供氣連接器，該供氣連接器設於該本體10而供外界之氣體源連接，以對該培養室11內供給氣體，較佳地，該供氣模組40係設於該本體10之一側面。在本實施例中，該供氣模組40與該塞座30係分別設於該培養室11的相對兩端。

該溫控模組設於該本體10與該蓋體20之至少其中一者，包含一加熱器與一溫度感測器24，該溫度感測器24電連接於該加熱器，該溫度感測器24供感測該培養室11內之溫度並驅使該加熱器選擇性地對該培養室11加熱，使該培養室11內之溫度能恆定地維持於接近於人體體溫的適宜培養溫度。具體來說，在本實施例中，該加熱器係為一加熱玻璃22，該蓋體20中央開設一觀察窗21，其大小對應於培養袋之大小，而該加熱玻璃22蓋設於該觀察窗21，該加熱玻璃22背向該培養室11的一側另蓋設一可掀之掀蓋23，該掀蓋23選擇性地自外遮蔽該加熱玻璃22，以供使用者掀開以觀察培養室11內部情況，在大部分情況下又能遮蔽外界光線，避免影響細胞培養環境，至於該溫度感測器24，則可設於該蓋體20面向該培養室11的一面，然而，並不以此為限。在其他可能實施例中，可於該培養室之底部設有加熱器，自培養袋下方進行加熱。

該光照計數模組包含一光源51與一光接收器52，該光源51設於該培養室11與該蓋體20朝向該培養室11之一面的其中一者(在本實施例中，係設於該蓋體20朝向該培養室11之一面)，該光接收器52設於該培養室11與該蓋體20朝向該培養室11之一面的其中另一者(在本實施例中，係設於該培養室11)，使該培養袋承置於該培養室11內時位於該光源51與該光接收器52之間，該光源51供朝該光接收器52發射波長400至600奈米之光線、波長400至500奈米之光線或波長400奈米之光線，該光線穿過該培養袋後被該光接收器52所接收並藉以計算該培養袋內液體之吸光值，進而計算該培養袋內所含之細胞密度，關於吸光值與細胞密度之換算，將於後續段落詳述。

特別要說明的是，光源與光接收器須設置於光線能穿過培養袋處，也就是培養袋的上方與下方，然而，為了避免光線影響培養袋內大部分細 胞的活性與生長，更可使培養袋具有橫向朝外延伸的觀測部，觀測部例如是指狀或耳狀凸出，培養袋內的液體與其中的細胞可以自由通透進出觀測部，光源與光接收器位置對應於該觀測部，使光線僅穿過該觀測部，以減少對培養袋其他部分的影響。

該培養袋定位結構至少包含至少一滑軌部61與一夾袋件62，該至少一滑軌部61設於該培養室11而沿一滑動方向延伸(舉例來說，滑軌部可直接設於培養室之底面上而與夾袋件直接連結，或者滑軌部可包括位於培養室底面的光滑面以及設置於培養室下方設置磁鐵或電磁鐵，以磁力吸引並帶動夾袋件在光滑面上滑動)，該夾袋件62可滑動地設於該至少一滑軌部61並供壓抵該培養袋，以將該培養袋內之液體集中保持於該培養袋之其中一側，該夾袋件62能於該培養袋上滑動；於本實施例中，該培養袋定位結構係包含二該滑軌部61，該二滑軌部61分別設於該培養室11底部之相對兩側並平行延伸，該夾袋件62之兩端分別滑設於該二滑軌部61，且包含二間隔設置之橫桿，培養袋延伸於該二橫桿之間而被該二橫桿所夾掣，當該夾袋件62沿該二滑軌部滑動時，該二橫桿於該培養袋上滑移並將培養袋內之液體往一端推動，使培養袋內之液體集中於培養袋的一側。

此外，該培養袋定位結構更可包含至少一拉撐機構63，該至少一拉撐機構63至少設於該培養室之一端，並能以可釋放的方式固定該培養袋的一端，如此一來，可從端部拉著培養袋，避免夾袋件62移動時造成培養袋變形，具體而言，拉撐機構63例如是夾子，從端部夾住培養袋並固定，然而，拉撐機構也可以配置為勾子或插拴，可以配合具有對應的勾子或吊掛孔的培養袋使 用，又或者，拉撐機構可以具有固定柱與磁吸塊，磁吸塊以磁性方式吸附於固定柱，再將培養袋夾持於磁吸塊與固定柱之間進行固定。

該透氣支架70則是可拆地置於該培養室11之底部，以供承置該培養袋，該透氣支架70穿設複數鏤空部，使該培養袋之底部易於透氣，以確保培養袋頂部與底部之培養環境接近相同。

該培養液供給機構至少包含一保冷箱81與一幫浦82，該保冷箱81設於該本體10內而供容納至少一培養液容器，藉以低溫保存培養液，該幫浦82亦設於該本體10，該至少一管路90經由該幫浦82連接至該至少一培養液容器，藉以對該培養袋內供給低溫妥善保存之培養液，且該幫浦82可另連接控制機構，自動化控制培養液的供給與否與供給量。

藉由上述結構，於培養室內設置裝有培養液與細胞之培養袋，並以管路連接之，再以蓋體封閉培養室，便能進行自動化細胞培養，重要的是，培養過程中必須進行的觀測以及細胞密度確認，可在不破壞培養環境的情形下，利用各感測器與光接收器測知，並由吸光度進行快速的換算而得知，進而可藉此調整培養液或氣體的供給，或是調整培養室內的溫度。

上述結構能夠快速獲得細胞密度的根據，乃是基於吸光度與細胞密度的線性關係，對此，本創作對三種代表性細胞株進行實驗，證明了吸光度與細胞密度之間確實具線性關係，根據此線性關係圖，只要測得了吸光度便能輕易換算出細胞密度。

以下實驗中，細胞之計數係取至少3×10⁶的細胞或7mL的細胞液，將細胞離心並收取沉澱物與上清液，以上清液調整細胞濃度至3×10⁶，共需1mL，以上清液配製之細胞液進行3倍的序列稀釋，共五個點(3×10⁶,1×10⁶,3.3×10⁵, 1.1×10⁵,3.7×10⁴)，將稀釋後之細胞液取200μL加至96孔平底盤，每個稀釋點作三重複，另取細胞離心步驟時收集之上清液作為參考組，一格200μL共三重複，之後以SpectraMax Paradigm多功能微孔板讀板機進行全波長(230-1000nm,10nm)掃描，以最高濃度與背景的吸光值差距最大的波長做為最適合的波長，再以吸光值與細胞濃度作圖。

首先，請參考圖6與圖7，係以K562細胞株作為實驗對象，圖8與圖9係以GDT(Gamma delta T)細胞作為實驗對象，圖10與圖11係以NK(Natural Killer)細胞作為實驗對象，從圖6、圖8、圖10可以看出三種細胞皆在波長290奈米時有吸光度極值，甚至在400奈米、500奈米、600奈米時仍有顯著的吸光度，對於測知細胞密度來說都是適宜的波長，然而，如圖12下表一所示，290奈米光線時有較明顯的線性關係，故選擇290奈米之光源進行線性關係的實驗。圖7、圖9、圖11則可看出，在波長290奈米之光線照射下，三種細胞之細胞液的吸光度與實際的細胞密度有確切的線性關係存在，因此，吸光度作為細胞密度換算之依據可以說是十分可信。

雖上述實驗主要以波長290奈米來進行，但考慮到光線能量較高可能造成細胞損壞，或是對細胞生長有不良影響，在實務上，宜使用波長400至600 奈米之光線來進行光照計數，如圖12所示，波長400至600奈米之光線，較佳者為其中波長400至500奈米之光線，又其中較佳者為波長400奈米之光線，其吸光度與細胞密度之線性關係仍相當明顯，但長波長的光線能量較低，光線能量對細胞生長影響較小，適宜於本創作之整合性自動化細胞培養裝置，其中，又以波長400奈米之光線的吸光度較顯著，應具較佳判讀性。

藉此，本創作提供之整合性自動化細胞培養裝置能以簡單快速的方式測知培養室內的環境因素以及培養袋內的細胞密度，而無須打開培養室、甚至打開培養袋進行取樣，因此，可作為自動化調整培養環境的依據，進而能夠達成較高程度的自動化培養，可大幅降低培養成本，並可維持培養環境穩定，提升細胞培養的品質，為相關業界與醫療業界所企盼，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。

10:本體

20:蓋體

23:掀蓋

30:塞座

81:保冷箱

82:幫浦

Claims (10)

1. 一種整合性自動化細胞培養裝置，包含： 一本體，該本體內圍構一培養室，該本體之頂部具有與該培養室連通之一開口，該本體之側面另具有與該培養室連通之一容納槽，該培養室之底部供承置一培養袋； 一蓋體，可拆地蓋設於該本體之該開口上，以封閉該培養室； 一塞座，該塞座供塞設於該容納槽，該塞座穿設至少一穿孔，該至少一穿孔供至少一管路穿過而穿伸於該培養室與外界之間，該至少一管路之一端供連接至該培養袋； 一供氣模組，該供氣模組包含一二氧化碳感測器與一供氣連接器，該二氧化碳感測器設於該培養室內，該二氧化碳感測器電連接於該供氣連接器，該供氣連接器設於該本體而供外界之氣體源連接，以對該培養室內供給氣體； 一溫控模組，設於該本體與該蓋體之至少其中一者，包含一加熱器與一溫度感測器，該溫度感測器電連接於該加熱器，該溫度感測器供感測該培養室內之溫度並驅使該加熱器選擇性地對該培養室加熱； 至少一滑軌部與一夾袋件，該至少一滑軌部設於該培養室而沿一滑動方向延伸，該夾袋件可滑動地設於該至少一滑軌部並供壓抵該培養袋，以防止該培養袋內之液體流至該培養袋之其中一側，該夾袋件能於該培養袋上滑動。
2. 如請求項1所述之整合性自動化細胞培養裝置，更包含一光照計數模組，該光照計數模組包含一光源與一光接收器，該光源設於該培養室與該蓋體朝向該培養室之一面的其中一者，該光接收器設於該培養室與該蓋體朝向該培養室之一面的其中另一者，使該培養袋承置於該培養室內時位於該光源與該光接收器之間，該光源供朝該光接收器發射波長400至600奈米之光線，該光線穿過該培養袋後被該光接收器所接收並藉以計算該培養袋內液體之吸光值，進而計算該培養袋內所含之細胞密度。
3. 如請求項2所述之整合性自動化細胞培養裝置，更包含該培養袋，該培養袋具有橫向朝外延伸的觀測部，該培養袋內的液體與細胞可以自由通透進出該觀測部，該光源與該光接收器的位置對應於該觀測部，使該光源發出的光線經由該觀測部穿過該培養袋。
4. 如請求項2所述之整合性自動化細胞培養裝置，其中該光源供朝該光接收器發射波長400奈米之光線。
5. 如請求項1所述之整合性自動化細胞培養裝置，其中該蓋體中央開設一觀察窗，該觀察窗蓋設一加熱玻璃，該加熱玻璃背向該培養室的一側另蓋設一可掀之掀蓋，該掀蓋選擇性地自外遮蔽該加熱玻璃，該加熱玻璃即係該加熱器，該溫度感測器係設於該蓋體面向該培養室的一面。
6. 如請求項1所述之整合性自動化細胞培養裝置，更包含至少一拉撐機構，該至少一拉撐機構至少設於該培養室之一端，以供夾掣該培養袋的一端。
7. 如請求項1所述之整合性自動化細胞培養裝置，其中該供氣模組與該塞座係分別設於該培養室的相對兩端。
8. 如請求項1所述之整合性自動化細胞培養裝置，更包含一透氣支架，該透氣支架置於該培養室之底部，以供承置該培養袋。
9. 如請求項8所述之整合性自動化細胞培養裝置，其中該透氣支架穿設複數鏤空部，使該培養袋之底部易於透氣。
10. 如請求項1所述之整合性自動化細胞培養裝置，更包含一保冷箱與一幫浦，該保冷箱設於該本體內而供容納至少一培養液容器，該幫浦亦設於該本體，該至少一管路經由該幫浦連接至該至少一培養液容器，藉以對該培養袋內供給液體。

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