本实用新型属于生物材料领域，具体而言，本实用新型涉及多孔微冰胶细胞三维培养载体的制备系统。
背景技术：
随着生命科学技术发展，相关科研机构及生产企业对于细胞培养提出更高的要求。传统二维细胞培养方法存在诸多弊端，主要包括：1、二维平面培养无法模拟生理状态下细胞的三维生长环境，长期培养会导致细胞表型改变，为生物医学研究带来障碍。2、二维培养受限于平面的空间，无法实现大规模的细胞扩增。
基于以上问题，三维多孔细胞培养载体模拟了三维细胞生长环境，有利于保留细胞的生理特性；三维多孔结构为细胞粘附、增殖提供了巨大的空间，而且能够更好地模拟细胞在体内的微环境，有利于在实验室级别的有限培养空间内或生产级别中实现细胞的大规模扩增。而目前发现作为细胞培养的多孔三维微载体的均一性和三维多孔性对于细胞生物学的性能影响至关重要，因此亟待开发一种能够有效制备高均一性三维多孔微载体的技术。
技术实现要素：
本实用新型旨在至少在一定程度上解决上述技术问题之一或至少提供一种有用的商业选择。为此，本实用新型的一个目的在于提出多孔微冰胶细胞三维培养载体的制备系统，利用该制备系统可以实现多孔微冰胶细胞三维培养载体的均一化批量生产，并且多孔微冰胶细胞三维培养载体的孔隙率发达，能够在较高水平上维持细胞活性，促进细胞功能。
本实用新型的完成是基于发明人意外地发现，在低温条件下进行乳化，乳化过程中可以利用冰晶占位的作用使得乳化颗粒上形成大量的连通孔。并且发明人通过进一步实验发现，通过改变体系的温度可以进一步控制孔径的大小、孔隙率等特征。
为此，根据本实用新型的一个方面，本实用新型提出了多孔微冰胶细胞三维培养载体 的制备系统，根据本实用新型实施例的多孔微冰胶细胞三维培养载体的制备系统包括：
低温循环装置，所述低温循环装置包括温控器、循环泵和冷凝槽，所述冷凝槽内适于盛装制冷液，所述温控器与所述冷凝槽相连，所述循环泵设置在所述温控器内，且适于使制冷液在所述冷凝槽和所述温控器之间循环，所述温控器适于调控所述制冷液的温度不高于零摄氏度；
反应釜，所述反应釜适于设置在所述冷凝槽内，所述反应釜具有混合有机相入口和水相溶液入口；
搅拌装置，所述搅拌装置包括控制器和搅拌桨，所述搅拌桨与所述控制器相连并延伸至所述反应釜内，所述搅拌桨适于对所述反应釜内的由所述混合有机相入口和所述水相溶液入口依次加入的混合有机相和水相溶液进行搅拌，并得到乳化液；
过滤装置，所述过滤装置与所述反应釜相连且适于对所述乳化液进行过滤，以便滤除反应后的有机相溶液并得到载体材料；
清洗装置，所述清洗装置与所述过滤装置相连且适用于对所述载体材料进行清洗，以便去除有机相并获得多孔微冰胶细胞三维培养载体。
由此，通过采用上述多孔微冰胶细胞三维培养载体的制备系统，利用低温循环装置可以对反应釜内的温度控制在不高于零摄氏度，由此可以使得反应釜的乳化在不高于零摄氏度的低温下进行。由此可以有效实现多孔微冰胶细胞三维培养载体的均一化批量生产，得到具有发达孔隙率的多孔微冰胶细胞三维培养载体，为细胞粘附、增值提供巨大的空间。
在本实用新型中，所述反应釜适于设置在所述冷凝槽内以满足所述反应釜外的制冷液液面高于所述反应釜内的乳化液液面。由此，可以更为有效地控制乳化过程的温度以及维持反应釜内油包水型乳液体系的温度均匀性。
在本实用新型中，所述反应釜为玻璃反应釜或者金属反应釜。由此，可以进一步提高反应釜的导热效率，以便更好的控制乳化过程的温度。
在本实用新型中，所述反应釜的规格为100ml-100L。由此，该系统可以适于不同需求进行不同批量化生产，进而提高该系统的灵活性。
在本实用新型中，所述温控器分别通过制冷液输出管道和制冷液输入管道与所述冷凝槽相连。由此，可以更为有效地控制乳化体系的温度。
在本实用新型中，所述过滤装置具有第一过滤网和第二过滤网，所述第一过滤网的孔 径为150微米，所述第二过滤网的孔径为80微米。由此，可以针对性地制备粒径范围为80～150微米的多孔微冰胶细胞三维培养载体。
在本实用新型中，所述过滤装置具有第一过滤网和第二过滤网，所述第一过滤网的孔径为250微米，所述第二过滤网的孔径为150微米。由此，可以针对性地制备粒径范围为150～250微米的多孔微冰胶细胞三维培养载体。
在本实用新型中，所述过滤装置具有第一过滤网和第二过滤网，所述第一过滤网的孔径为400微米，所述第二过滤网的孔径为250微米。由此，可以针对性地制备粒径范围为250～400微米的多孔微冰胶细胞三维培养载体。
在本实用新型中，所述控制器的转速控制范围300～2000rmp/min。由此，可以进一步提高乳液体系的均一性和乳化效率。
在本实用新型中，所述温控器的调控温度范围为0～-120摄氏度。由此，可以进一步提高多孔微冰胶细胞三维培养载体的颗粒均一化程度。
附图说明
本实用新型的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是根据本实用新型一个实施例的多孔微冰胶细胞三维培养载体的制备系统的结构示意图。
具体实施方式
下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。
根据本实用新型的一个方面，本实用新型提出了多孔微冰胶细胞三维培养载体的制备系统，如图1所示，多孔微冰胶细胞三维培养载体的制备系统包括：低温循环装置10、反应釜20、搅拌装置30、过滤装置40和清洗装置50。
下面参考图1对本实用新型上述实施例的多孔微冰胶细胞三维培养载体的制备系统进 行详细描述。
低温循环装置10
根据本实用新型的实施例，低温循环装置10包括温控器11、循环泵12和冷凝槽13，冷凝槽13内适于盛装制冷液，温控器11与冷凝槽13相连，循环泵12设置在温控器11内，且适于使制冷液在冷凝槽13和温控器11之间循环，温控器11适于调控制冷液的温度不高于零摄氏度。由此，可以有效的控制反应釜内的温度，使乳化在不高于零摄氏度的低温条件下进行。
根据本实用新型的具体实施例，制冷液为凝固点在0～-120℃的液态溶液，液态溶液为选自乙醇、异丙醇、乙酸乙酯、乙二醇、正己烷、二氯甲烷、氯仿、四氢呋喃和乙腈中的至少一种，优选乙酸乙酯和/或乙醇。由此，可以进一步提高乳化过程中的制冷效果，进而提高有机相和水相的乳化效率。
根据本实用新型的具体实施例，温控器11分别通过制冷液输出管道14和制冷液输入管道15与冷凝槽13相连。由此，可以有效地使得制冷液在温控器11与冷凝槽13之间进行循环，进而保持制冷液的温度，实现对设置在冷凝槽13内的反应釜的温度进行有效控制，以便最终控制乳化过程的温度不高于零摄氏度。
根据本实用新型的具体实施例，温控器11的调控温度范围为0～-120摄氏度。由此可以控制制冷液的温度达到0～-120摄氏度，进而满足反应釜内的乳化需求。
反应釜20
根据本实用新型的实施例，反应釜20适于设置在冷凝槽13内，反应釜20具有混合有机相入口21和水相溶液入口22。反应釜20适于对混合有机相和水相溶液进行乳化。
根据本实用新型的具体实施例，反应釜20适于设置在冷凝槽13内以满足反应釜20外的制冷液液面高于反应釜20内的乳化液液面。由此，可以进一步控制反应釜20内的温度，使乳化过程中的温度维持在预定范围内。
根据本实用新型的具体实施例，反应釜20可以为玻璃反应釜或者金属反应釜。本实用新型中通过采用导热效果较好的玻璃或金属作为反应釜20制备材料，可以进一步提高反应釜的导热效率，以便更好的控制乳化过程的温度。
根据本实用新型的具体实施例，反应釜20的规格可以为100ml-100L。由此，该系统可以适于不同需求进行不同批量化生产，进而提高该系统的灵活性。
根据本实用新型的具体实施例，乳化过程在反应釜20内进行，具体地，首先制备混合有机相并将其置于反应釜20中，再向混合有机相中加入水相溶液并通过搅拌法、超声法或微流道法乳化制备得到均一的油包水型乳液体系。其中，乳化是在不高于零摄氏度的温度下进行的。
根据本实用新型的实施例，混合有机相中可以含有有机溶剂和非离子型表面活性剂；水相溶液可以为包含人工合成的生物材料和/或天然生物材料，进一步地，水相溶液中还可以包含固化剂。
根据本实用新型的具体实施例，乳化具体可以在0～-120摄氏度的温度下进行。更优选地，乳化可以在0～-40摄氏度的温度下进行。可以进一步提高乳化颗粒的孔隙率，使制备得到的多孔微冰胶细胞三维培养载体孔隙发达。
根据本实用新型的具体实施例，乳化的时间可以为4-24小时。由此，可以进一步提高乳液体系的均一性和稳定性。发明人发现，通过控制上述乳化时间，可以进一步优化多孔三维微载体本身的机械强度。若乳化时间过短，机械强度低，载体本身相对较软；乳化时间过长，机械强度越大，载体本身相对较硬。由此可根据不同细胞，不同应用领域适当调节乳化时间为4-24小时，进而得到本身机械强度适合的多孔微冰胶细胞三维培养载体，进而能够很好的保护所培养的细胞免受生物反应器内较强机械剪切力的损伤，提高其存活率。
搅拌装置30
根据本实用新型的实施例，搅拌装置30包括控制器31和搅拌桨32，搅拌桨32与控制器31相连并延伸至反应釜20内，搅拌桨32适于对反应釜20内的由混合有机相入口21和水相溶液入口22依次加入的混合有机相和水相溶液进行搅拌，并得到乳化液。
根据本实用新型的具体实施例，发明人发现在低温的乳化体系下以不同的搅拌速率进行搅拌，可以获得不同粒径分布的均一颗粒。为此，可以通过设置控制器的转速控制范围300～2000rmp/min，使得乳化在300～2000rmp/min的搅拌速度下进行。由此，可以进一步提高乳化颗粒的均一性，并且制备得到不同粒径的多孔微冰胶细胞三维培养载体。
根据本实用新型的具体示例，可以通过控制转速制备得到不同粒径范围的多孔微冰胶细胞三维培养载体，例如当控制300rmp/min的转速可以制备得到400-1000微米粒度范围的载体颗粒，而2000rmp/min的转速适合制备80-150微米粒度范围的载体颗粒，进而满足 不同粒径需求。
过滤装置40
根据本实用新型的实施例，过滤装置40与反应釜20相连且适于对乳化液进行过滤，以便滤除反应后的有机相溶液并得到载体材料。
根据本实用新型的具体实施例，可以选用具有一定孔径的滤网将有机相滤除，并根据不同的用途筛选出所需粒径范围内的多孔微冰胶细胞三维培养载体。由此，可以进一步提高所需的多孔微冰胶细胞三维培养载体的均一性。
根据本实用新型的具体实施例，过滤装置40可以具有第一过滤网和第二过滤网，第一过滤网的孔径为150微米，第二过滤网的孔径为80微米，由此得到粒径范围在80-150微米的多孔微冰胶细胞三维培养载体；或者第一过滤网的孔径为250微米，第二过滤网的孔径为150微米，由此得到粒径范围在150-250微米的多孔微冰胶细胞三维培养载体；或者第一过滤网的孔径为400微米，第二过滤网的孔径为250微米，由此得到粒径范围在250-400微米的多孔微冰胶细胞三维培养载体；或者第一过滤网的孔径为1000微米，第二过滤网的孔径为400微米，由此得到粒径范围在400-1000微米的多孔微冰胶细胞三维培养载体。由此通过过滤装置40可以得到满足粒径需求和均一性高的多孔微冰胶细胞三维培养载体。
清洗装置50
根据本实用新型的实施例，清洗装置50与过滤装置40相连且适用于对载体材料进行清洗，以便去除有机相并获得多孔微冰胶细胞三维培养载体。
根据本实用新型的实施例，可以先采用丙酮进行预清洗，再用去离子水进行清洗。由此可以有效除去载体材料表面的有机相。
由此，通过采用本实用新型上述实施例的多孔微冰胶细胞三维培养载体的制备系统可以制备得到粒径为80-150微米、150-250微米、250-400微米或者400-1000微米的多孔微冰胶细胞三维培养载体，进而满足对不同的粒径需求。并且制备得到的多孔微冰胶细胞三维培养载体上微孔的孔径为30-100微米，孔隙率可以达到90-95％。因此该多孔微冰胶细胞三维培养载体具有更大的比表面积，进而显著提高的细胞培养空间，更好地模拟细胞在体内的微环境，有利于在有限的培养空间内实现细胞的大规模扩增。
实施例1
利用图1所示的制备系统制备多孔微冰胶细胞三维培养载体。具体地，首先制备混合有机相并将其置于反应釜中；其次在搅拌桨的搅拌作用下向反应釜内加入水相溶液，通过搅拌使混合有机相和水相溶液发生乳化形成均匀分散的乳液液滴；最后利用过滤装置和清洗装置进行过滤和清洗后，得到多孔微冰胶细胞三维培养载体。其中，在乳化过程中，利用低温循环装置提供循环流动的低温乙醇，控制整个反应釜内的温度维持在-20摄氏度；并利用搅拌装置的控制器控制控制搅的转速为1500rmp/min。
由该方法制备得到的多孔微冰胶细胞三维培养载体经过最后的冷冻干燥后重新浸泡在水溶液中的显微镜图像显示可规模化制备出粒径范围为80～150μm的均一化球形微冰胶载体；冷冻干燥后SEM图像可以观察到该载体粒径分布均匀，表面具有高度联通的微孔结构，孔径可达30～40μm，孔隙率约为90％。有利于细胞的粘附以及物质交换。
实施例2
利用图1所示的制备系统制备多孔微冰胶细胞三维培养载体。具体地，首先制备混合有机相并将其置于反应釜中；其次在搅拌桨的搅拌作用下向反应釜内加入水相溶液，通过搅拌使混合有机相和水相溶液发生乳化形成均匀分散的乳液液滴；最后利用过滤装置和清洗装置进行过滤和清洗后，得到多孔微冰胶细胞三维培养载体。其中，在乳化过程中，利用低温循环装置提供循环流动的低温乙醇，控制整个反应釜内的温度维持在-30摄氏度；并利用搅拌装置的控制器控制控制搅的转速为1000rmp/min。
由该方法制备得到的微冰胶细胞培养载体经过最后的冷冻干燥后重新浸泡在水溶液中的显微镜图像显示可规模化制备出粒径范围为150～250μm的均一化球形微冰胶载体；冷冻干燥后SEM图像可以观察到该载体粒径分布均匀，表面具有高度联通的微孔结构，孔径可达40～50μm，孔隙率约为90％～95％。有利于细胞的粘附以及物质交换。
实施例3
利用图1所示的制备系统制备多孔微冰胶细胞三维培养载体。具体地，首先制备混合有机相并将其置于反应釜中；其次在搅拌桨的搅拌作用下向反应釜内加入水相溶液，通过搅拌使混合有机相和水相溶液发生乳化形成均匀分散的乳液液滴；最后利用过滤装置和清洗装置进行过滤和清洗后，得到多孔微冰胶细胞三维培养载体。其中，在乳化过程中，利用低温循环装置提供循环流动的低温乙醇，控制整个反应釜内的温度维持在-40摄氏度； 并利用搅拌装置的控制器控制控制搅的转速为300rmp/min。
由该方法制备得到的微冰胶细胞培养载体经过最后的冷冻干燥后重新浸泡在水溶液中的显微镜图像显示可规模化制备出粒径范围为250～400μm的均一化球形微冰胶载体；冷冻干燥后SEM图像可以观察到该载体粒径分布均匀，表面具有高度联通的微孔结构，孔径可达50～60μm，孔隙率约为95％。有利于细胞的粘附以及物质交换。
在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。