专利名称：一种细胞培养装置的制作方法
技术领域：
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本发明涉及一种细胞培养装置。
背景技术：
动物细胞培养过程中，对环境的要求非常高，需要防止微生物的污染。 然而，现有细胞培养装置大都置于十万级以上洁净环境中，科研机构或企业 需要专门为动物细胞培养构建一个单独的实验室或生产车间，无形之中增加 了投资和运行成本。
发明内容
为了克服上述缺陷，本发明的目的是提供一种细胞培养装置，该装置可 与其他常规实验仪器和设备一起置于相同的普通实验室或生产车间进行单独 运行，而对环境的洁净级别没有特殊的要求。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案
细胞培养装置，其包括控制系统、紫外灯、设备箱体、细胞培养器，控 制系统安装在设备箱体内，设备箱体上设置培养室，细胞培养器安装在培养 室内。
在培养室内，可根据需要安装应用于细胞培养的灌注系统。 在培养室的顶部，设置有由风机和过滤装置组成的空气过滤装置。其中，
空气过滤装置是电机安装的设备箱体顶部，过滤装置安装于培养室的顶部。 细胞培养器为激流式生物反应器，其包括支架、轴承、培养罐、培养袋、
电动机、偏心轴，其特征在于偏心轴通过轴承固定在支架和振荡器摇盘之
间，培养罐的底部固定在振荡器摇盘上，电动机通过皮带连接驱动轴，培养
袋置于培养罐体内。上述振荡器摇盘按设计的振幅做垂直方向无级调速转动。 上述培养罐、培养袋为倒圆台体。
应用于细胞培养的灌注系统，其包括支架、支架升降调节钮、蠕动泵、 导柱、手动调节轮、灌注式培养袋容器，灌注式培养袋容器通过固定架固定 在支架上的两根导柱之间，导柱下端设置支架升降调节钮，蠕动泵固定于柜 子内，手动调节轮调节固定在导柱上的活动板。
控制系统包括控制电路及自动控制程序，控制电路包括PLC、触摸屏、电 控板、蠕动泵、风机、电磁阀、液位泵、空气泵、电子尺、转速传感器、D0 变送器、PH变送器、T电极、变频器、SF驱动器、继电器、加热膜、灌注升 降架、振荡器。电控板分别与蠕动泵、风机、电磁阀、液位泵、空气泵连接， PLC分别与触摸屏、电控板、电子尺、转速传感器、D0变送器、PH变送器、T 电极、变频器、SF驱动器、继电器连接，变频器控制振荡器，SF驱动器控制 灌注升降架，继电器控制加热膜。
一、 系统分为手动控制和自动控制两种操作模式。
手动控制模式手动控制模式下，可以通过上位机操作控制系统的相应 操作，调节系统培养器里的各参数，使培养器的环境适合细胞培养的需要。
自动控制模式根据细胞培养需要，预先设定细胞培养所需各参数，系 统通过自动调节的方式，调节培养器里的环境，以满足细胞自由培养和生长 所需的环境。
二、 激流式生物反应器的自动控制程序
温度、pH、溶氧信号首次采集前均需要进行校准操作。同时，对于丰收 泵和补液泵也均需要进行校准，以使培养器里的液体量大致保持平衡。 1、对温度的控制-
采用PT100经变送器转为4-20mA电流信号进入系统的模拟量输入通 道。系统自动将其转换为相应的温度值。并把采集的温度值与系统设定值比较。如果采集值远小于设定值温度加热阀常开。如果采样值小于设定值在 一定范围内系统进行PWM方式控制，周期性控制输出加热阀的通断。采 样值大于设定值系统加热阀断开。
2、 对PH的控制
PH传感器将采集到的信号经变送器转为4-20mA电流信号进入系统的模 拟量输入通道。系统自动将其转换为相应的PH值。
1) 对于PH上限的操作
如果采集值远大于设定值上限充C02阀常开。如果采样值大于设定值 上限在一定范围内系统进行PWM方式控制，周期性控制输出C02阀的通断。 采样值小于设定值上限充C02阀断开。
2) 对于PH下限的操作
如果采集值远小于设定值加碱泵阀常开。如果采样值小于设定值在一 定范围内系统进行PWM方式控制，周期性控制输出加碱泵阀的通断。采 样值大于设定值系统加碱泵阀断开。 3)对于采样值在PH上下限之间
C02阀和加碱阀都不打开。
3、 对溶氧的控制
氧气含量传感器将采集到的信号经变送器转为4-20mA电流信号进入系 统的模拟量输入通道。系统自动将其转换为相应的溶氧值。
1)对于溶氧上限的操作
如果采集值远大于设定值上限充N2(氮气)阀常开。如果采样值大于设 定值上限在一定范围内系统进行PWM方式控制，周期性控制输出N2阀的 通断。采样值小于设定值上限充N2阀断开。 2)对于溶氧下限的操作
如果采集值远小于设定值加02(氧气)阀常开。如果采样值小于设定值在一定范围内系统进行PWM方式控制，周期性控制输出02阀的通断。采 样值大于设定值系统02阀阀断开。 3)对于采样值在溶氧上下限之间
1\12阀和02阀都不打开。
4、 对于系统的丰收，补液的控制 细胞培养的过程中在一直消耗培养器里的培养液，系统需要定期向培养
器补进一定量的培养液以保证细胞的生长。为使培养器里所含液体量基本不 变，丰收量和补液量需基本达到一个平衡，此目标可通过系统丰收泵在补液 的同时丰收培养液而实现。
系统通过设置相应的一次补液总量或丰收总量以及对应的时间总量，自 动计算出每一分钟系统需要进行补液或丰收的时间。因此，采用上述这种PWM 方式即可控制对应的补液泵或丰收泵的工作。
5、 摇床转速的设定与控制 通过上位机设定给定的摇床转速信号，系统经过转换后通过模拟量输出
通道，使电机按给定转速运转。在运转过程中通过光电检测开关输入，检测 系统实际转速。如果实际转速和给定转速有偏差，系统将自动调整，使实际 转速值与设定转速值相匹配。
6、 系统的报警输出
在系统的温度、pH、溶氧和摇床转速等报警上下限设定后，如果系统的 实际参数值大于报警的上限或小于报警的下限时，系统报警信号即被触发， 蜂鸣器警报响起。同时在上位机显示是什么原因触发了报警信号，以便操作 人员进行查找。
7、灌注伺服系统的自动控制程序 a)灌注系统液位的控制
灌注系统液位采用高低位光电检测开关进行控制，当系统液位在高位与低位之间时，灌注系统电机不工作。当检测到低位信号时灌注电机加液，使 液体进入高低位之间并继续运行一定时间；当检测到高位信号时，灌注电机 消夜，使液体进入高低位之间并继续运行一定时间；从而使系统液位始终处 于一个相对稳定的液位区域。灌注加液和灌注减液启动是互锁的。 b)灌注系统伺服电机控制
灌注系统中需要先进行零点校准，设置好升降速度以及目标位置后，按 执行按钮，灌注系统即朝目标位置运动。
C)紫外灯，高低速风机联动控制
手动运行情况下，预先设定紫外灯和高速风机的运行时间。按启动按钮 启动后，紫外灯先运行至设定时间；然后，在风机以高速的方式运行一段时 间后，由高速转向低速运行至预定时间。此外，紫外灯、日光灯、风机高速、 风机低速等操作均可在手动情况分别单独进行操作，但风机高速与风机低速 两种运行方式互锁。
本发明装置可以小型化，不需要有单独的无菌房子，可应用于实验室， 也可用于工业生产。
图l本发明的结构示意图2为激流细胞反应器结构图3为可灌注系统结构图4为控制系统方框图。
具体实施例方式
下面结合附图进一步说明
如图1所示，细胞培养装置，其包括控制系统l、柜子2、细胞培养器3， 控制系统1安装在柜子2内，柜子2上设置培养室4，细胞培养器3安装在培 养室4内。在培养室4还可安装应用于细胞培养的灌注系统5;在培养室4的顶部设置空气过滤装置6。
如图2所示，细胞培养器为激流式振荡器，其包括支架7、轴承8、培 养罐9、培养袋IO、电动机ll、偏心轴12，其特征在于偏心轴12通过轴 承8固定在支架7和振荡器摇盘13之间，培养罐9的底部固定在振荡器摇盘 13上，电动机11通过皮带连接轴承8，培养袋10固定在培养罐9内。
如图3所示，应用于细胞培养的灌注系统，其包括支架14、蠕动泵、导 柱17、电机18、灌注式培养袋容器19，灌注式培养袋容器19通过固定架15 固定在支架14上的两根导柱17之间，蠕动泵固定柜子2内，电机18支架14 上，电机18输出轴连接转杆16。
如图4所示，控制系统包括控制电路及自动控制程序，控制电路包括PLC、 触摸屏、电控板、蠕动泵、风机、电磁阀、液位泵、空气泵、电子尺、转速 传感器、DO变送器、PH变送器、T电极、变频器、SF驱动器、继电器、加热 膜、灌注升降架、振荡器。电控板分别与蠕动泵、风机、电磁阀、液位泵、 空气泵连接，PLC分别与触摸屏、电控板、电子尺、转速传感器、DO变送器、 PH变送器、T电极、变频器、SF驱动器、继电器连接，变频器控制振荡器， SF驱动器控制灌注升降架，继电器控制加热膜。
权利要求
1、细胞培养装置，其特征在于包括控制系统、设备箱体、紫外灯、细胞培养器，控制系统安装在设备箱体内，设备箱体内部为净化培养室，细胞培养器安装在培养室内。
2、 根据权利要求1所述，其特征在于在培养室还安装应用于细胞培养 的灌注系统。
3、 据权利要求2所述细胞培养装置，其特征在于应用于细胞培养的 灌注系统，其包括支架、支架升降调节钮、蠕动泵、导柱、手动调节轮或驱 动电机、灌注式培养袋容器，灌注式培养袋容器通过滑动轨道固定在支架上 的两根导柱之间，导柱下端或上端配置驱动电机或手动调节轮调节升降，净 化培养室内部配置蠕动泵。
4、 根据权利要求1所述细胞培养装置，其特征在于细胞培养器为激 流式振荡器，其包括支架、轴承、培养罐、培养袋、电动机、偏心轴，其特 征在于偏心轴通过轴承固定在支架和振荡器摇盘之间，培养罐的底部固定 在振荡器摇盘上，电动机通过皮带连接驱动轴，培养袋固定在培养罐内。
5、 据权利要求4所述细胞培养装置，其特征在于上述振荡器摇盘按 设计的振幅做垂直方向无级调速转动。
6、 据权利要求4所述细胞培养装置，其特征在于上述培养罐、培养 袋为倒圆台体。
7、据权利要求1所述细胞培养装置，其特征在于在培养室的顶部设置 高效空气过滤装置，空气过滤装置是由风机，风道和过滤装置组成，风机与 风道配合安装的设备箱体的顶部，过滤装置安装净化培养室的顶部。
8、据权利要求1所述细胞培养装置，其特征在于控制系统包括控制电路及自动控制程序，控制电路包括PLC、触摸屏、电控板、蠕动泵、风机、 电磁阀、液位泵、空气泵、电子尺、转速传感器、D0变送器、PH变送器、T 电极、变频器、SF驱动器、继电器、加热膜、灌注升降架、振荡器。电控板 分别与蠕动泵、风机、电磁阀、液位泵、空气泵连接，PLC分别与触摸屏、电 控板、电子尺、转速传感器、D0变送器、PH变送器、T电极、变频器、SF驱 动器、继电器连接，变频器控制振荡器，SF驱动器控制灌注升降架，继电器 控制加热膜。
9、据权利要求1所述细胞培养装置，其特征在于经过通无菌风，紫外 灯照射，柜子内可以形成十万级至百级无菌洁净空间。
全文摘要
本发明涉及细胞培养装置，其特征在于包括控制系统、设备箱体、紫外灯、细胞培养器，控制系统安装在设备箱体内，设备箱体内部为净化培养室，细胞培养器安装在培养室内。本发明装置可以小型化，不需要有单独的无菌房子，可应用于实验室，也可用于工业生产。
文档编号C12M3/00GK101603006SQ20091010060
公开日2009年12月16日 申请日期2009年7月10日 优先权日2009年7月10日
发明者原世平, 徐江运, 惠觅宙, 李峦峰, 胡福林, 苒 陶 申请人:杭州安普生物工程有限公司