一种用于干细胞全自动培养的培养消化设备的制作方法

1.本实用新型涉及干细胞培养技术领域，尤其涉及一种用于干细胞全自动培养的培养消化设备。


背景技术：

2.随着细胞生物治疗行业的不断发展与壮大，细胞培养技术的进步为细胞在新的治疗技术手段上提供了重要的支撑。而在细胞培养的过程中，如何防止细胞污染，如何实现细胞培养产能的大规模化，以及实现无人化细胞培养操作是目前细胞培养技术中需要解决的几大问题。
3.2d转3d化培养正成为细胞培养技术发展的必然方向，现有的培养技术是由技术人员用细胞瓶或细胞皿在a级环境中进行样本的接种，然后再转到培养箱中进行细胞培养，培养箱中的温度设定为37度，二氧化碳浓度设定为5％。其中涉及在开放环境中操作，容易造成污染，整个培养体系由人员操作，而且细胞培养载体为瓶或皿，一个175培养瓶最多能培养1到2千万个细胞，一个培养皿最多培养5百万的细胞，在大规模的培养领域中，这一产能完全无法满足市场需求，且培养过程中容易造成污染。
4.随着生活水平的提高，人力成本也逐渐成为企业成本中的核心成本，因此自动化无人化也逐渐成为新技术的发展方向，细胞培养在实现无人化的同时，既能降低人力成本，也能解决技术人员在开放环境下操作带来污染的问题。但目前的细胞培养领域中暂无成熟的自动化无人化细胞培养设备。


技术实现要素：

5.本实用新型针对现有技术的缺陷，提供一种可实现无人化、全自动化且能最大程度避免引入污染的用于干细胞全自动培养的培养消化设备。
6.本实用新型为解决上述技术问题采用以下技术方案：
7.本实用新型提供了一种用于干细胞全自动培养的培养消化设备，包括主箱体，用以培养和消化干细胞，主箱体侧壁内设置有加热装置，用以使主箱体内加热维持在一预设温度；主箱体上还设置有：
8.培养载体储存平台，可打开或关闭；培养载体储存平台可与主箱体连通或相对封闭，连通时用以向主箱体内加入蜂窝状培养载体；
9.进样口，可打开或关闭，与主箱体连通，用以向主箱体内加入种子细胞与培养基混合液；
10.培养条件监测装置，与主箱体内连通，用以监测和控制主箱体内的培养条件；
11.喷淋装置，设置于主箱体内，用以向主箱体内喷洒加入清洗液、无菌水和消化酶；
12.过滤装置，可拆卸地设置于主箱体内部下端，用以进行过滤；和
13.处理装置，用以发出控制信息；加热装置、培养载体储存平台、进样口、培养条件监测装置、喷淋装置和过滤装置均与处理装置连接，可在控制信息的控制下启动工作或关闭；
14.主箱体的底板上设置有开关装置，与处理装置连接，可在处理装置的控制下使底板打开或关闭；开关装置下方设置有收集装置，收集装置包括第一收集结构和第二收集结构，第二收集结构与主箱体的下端连接，经由其侧壁排出蜂窝状培养载体；第一收集结构设置在第二收集结构的下端，开关装置还可在处理装置的控制下使第一收集结构与主箱体连通以排出培养消化后的细胞悬液和废液。
15.进一步地，培养载体储存平台底部设置有一自动开关阀门，自动开关阀门连接处理装置，可在处理装置的控制下打开或关闭。
16.进一步地，培养条件监测装置包括：
17.二氧化碳进气通道，与主箱体连通，用以向主箱体内通入二氧化碳气体并监测主箱体内的二氧化碳浓度；
18.温度监测部件，包括温度显示屏，温度显示屏设置于主箱体外上表面；温度监测部件用以监测主箱体内温度；和
19.空气平衡部件，连通外界和主箱体内，可使外界与主箱体内进行空气流通；空气平衡部件配合二氧化碳进气通道调节主箱体内二氧化碳浓度为一预设浓度。
20.进一步地，温度监测部件还包括至少两个温度监测探头；
21.至少一个温度监测探头设置于主箱体内侧壁上对应培养液液面的位置，用以监测液面温度；至少一个温度监测探头设置于主箱体内侧壁的底部，用以监测液面内温度。
22.进一步地，二氧化碳进气通道上设置有一二氧化碳浓度检测表；
23.空气平衡部件上设置有空气平衡阀，可打开或关闭；空气平衡部件内设置有一过滤膜，过滤膜可通过气体而不可通过液体。
24.进一步地，主箱体的侧壁和底板分为内层和外层，内层为耐腐蚀塑料材质，外层为金属材质；加热装置设置于外层内。
25.进一步地，主箱体内还设置有混动装置；混动装置包括至少一个混动板，混动板与主箱体的侧板平行，通过驱动部件与主箱体侧板连接；混动板可在驱动部件的作用下在主箱体内移动，用以混动和活化干细胞。
26.进一步地，底板包括两活动板，两活动板与底板的中部铰接，形成开关装置；两活动板可在处理装置的控制下相对于底板中部旋转打开或关闭。
27.进一步地，第二收集结构为截面呈半圆形的腔体，包括曲面底板和两半圆形侧板；两活动板可在第二收集结构内相对于底板中部旋转，且旋转时下端始终与曲面底板接触；
28.曲面底板的两端分别设置有一可打开或关闭的开口，用以排出蜂窝状培养载体；曲面底板的两端分别还设置有一固定部件，用以使活动板相对于曲面底板固定；
29.第一收集结构包括一竖直管道，与曲面底板的最下端连通；竖直管道在其下端分支设置用以排出废液的第一通道和用以排出细胞悬液的第二通道；第一通道和的第二通道是可打开或关闭的。
30.本实用新型还提供了一种干细胞全自动培养的培养消化方法，培养消化方法采用如上述的用于干细胞全自动培养的培养消化设备；该培养消化方法包括细胞培养和细胞消化两大步骤；细胞培养包括如下步骤：
31.步骤一，将过滤装置安装固定于主箱体内部下端，控制开关装置使底板关闭；
32.步骤二，通过培养载体储存平台向主箱体内加入蜂窝状培养载体；通过进样口向
主箱体内加入种子细胞与培养基混合液，并保证培养基液面高度覆盖蜂窝状培养载体；
33.步骤三，通过培养条件监测装置调节并监测主箱体内的培养条件信息，静置培养4～5天；
34.细胞消化包括如下步骤：
35.步骤四，通过开关装置打开底板，通过第一收集结构和过滤装置收集废液，细胞悬液留在主箱体内；废液排出完毕后，开关装置使底板关闭；
36.步骤五，喷淋装置向主箱体内喷淋清洗液，重复步骤四排出废液和清洗液；
37.步骤六，喷淋装置向主箱体内加入消化酶，使细胞消化和洗脱，持续3～5 分钟；
38.步骤七，通过开关装置打开底板，通过第一收集结构和过滤装置排出细胞悬液，蜂窝状培养载体留在主箱体内；待细胞悬液排出完毕后，开关装置使底板关闭；
39.步骤八，喷淋装置向主箱体内喷淋清洗液，重复步骤六对蜂窝状培养载体内剩余细胞进行洗脱，再重复步骤七排出细胞悬液；
40.步骤九，通过开关装置打开底板，拆卸过滤装置，通过第二收集结构排出蜂窝状培养载体；排出完毕后喷淋装置向主箱体内喷淋高压无菌水清洗主箱体并排除废液。
41.进一步地，步骤四中，开关装置打开，两活动板相对于底板中部旋转至自然垂直，第二收集结构的开口关闭，主箱体与第一收集结构连通；第一通道打开，第二通道关闭，然后，细胞培养上清作为废液通过第一通道排出。
42.进一步地，步骤七中，开关装置打开，两活动板相对于底板中部旋转至自然垂直，第二收集结构的开口关闭，主箱体与第一收集结构连通；第一通道关闭，第二通道打开，然后细胞悬液通过第二通道排出。
43.进一步地，步骤九中，开关装置打开，第二收集结构的开口打开，两活动板相对于底板中部旋转并通过固定部件固定，主箱体不与第一收集结构连通，蜂窝状培养载体通过第二收集结构的开口排出。
44.本实用新型采用以上技术方案，与现有技术相比，具有如下技术效果：
45.1.本实用新型提供的用于干细胞全自动培养的培养消化设备设置了可远程控制打开并加入蜂窝状培养载体和种子细胞与培养基混合液的培养载体储存平台和进样口，无需技术人员手工接种，培养过程实现了自动化，培养效率更高；主箱体可盛装10l的培养基，产能更大；
46.2.培养消化设备上设置了可远程控制的培养条件监测装置，在培养过程中可远程调节气体和温度等培养条件，无需技术人员手动进行操作；还设置了可控的喷淋装置，并设置了可远程控制打开的开关装置和收集装置，在培养结束后可全自动进行细胞悬液的排出，培养过程中实现了无人化和全密闭，实现零污染引入，减少了人工成本，提升了细胞培养质量；
47.3.培养载体选用明胶材质的蜂窝球状培养载体，细胞立状增长可实现3d 培养，一次性可培养出80亿左右的细胞，替代了瓶和皿等传统的细胞培养载体，产能更大。
附图说明
48.图1为本实用新型一实施例提供的用于干细胞全自动培养的培养消化设备的内部结构示意图；
49.图2为本实用新型一实施例提供的用于干细胞全自动培养的培养消化设备排出废液时的内部结构示意图；
50.图3为本实用新型一实施例提供的用于干细胞全自动培养的培养消化设备排出细胞悬液时的内部结构示意图；
51.图4为本实用新型一实施例提供的用于干细胞全自动培养的培养消化设备排出细胞培养载体时的内部结构示意图；
52.其中的附图标记为：1-主箱体，11-外层，12-内层，2-培养载体储存平台， 21-自动开关阀门，3-进样口，4-培养条件监测装置，41-二氧化碳进气通道，42
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温度监测部件，421-温度监测探头，43-空气平衡部件，5-喷淋装置，6-过滤装置， 7-开关装置，71-活动板，8-收集装置，81-第一收集结构，811-第一通道，812
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第二通道，82-第二收集结构，821-开口，822-固定部件，9-混动装置，91-混动板，92-驱动部件。
具体实施方式
53.本实用新型提供了一种用于干细胞全自动培养的培养消化设备，下面结合附图对本实用新型的技术方案做进一步的详细说明以使更好地理解本实用新型，但不限制本实用新型的范围。
54.实施例1
55.如图1所示，本实施例提供了一种用于干细胞全自动培养的培养消化设备，包括主箱体1，干细胞的培养即在主箱体1内完成。主箱体1上还设置有培养载体储存平台2、进样口3、培养条件监测装置4、喷淋装置5、过滤装置6和处理装置。
56.处理装置设置为plc控制模块，其包括指令及资料内存、输入单元、输出单元和数模转换单元等，用以供技术人员进行远程操作，发出控制信息。加热装置、培养载体储存平台2、进样口3、培养条件监测装置4、喷淋装置5和过滤装置6均与处理装置连接，可在控制信息的控制下启动工作或关闭。plc控制模块为现有技术中广泛应用于工业控制领域的控制器，本领域技术人员可根据需求设置具体指令进行操作培养消化设备。
57.培养载体储存平台2可打开或关闭，其内可预先储存蜂窝状培养载体；培养载体储存平台2可与主箱体1连通或相对封闭，连通时用以向主箱体1内加入蜂窝状培养载体进行细胞培养。
58.培养载体储存平台2底部设置有一自动开关阀门21，自动开关阀门21连接处理装置，可在处理装置的控制下打开或关闭。培养载体储存平台2内储存蜂窝状培养载体后，其上端设置有可打开或关闭的进出口，且关闭后能够完全隔绝空气，避免外部空气内的污染和杂菌从培养载体储存平台2内进入主箱体1内。
59.进样口3可打开或关闭，与主箱体1连通时，用以向主箱体1内加入种子细胞与培养基混合液，进行细胞培养。进样口3关闭后也能够完全隔绝空气，避免通过进样口3引入杂菌等污染。
60.培养条件监测装置4包括二氧化碳进气通道41、温度监测部件42和空气平衡部件43。二氧化碳进气通道41与主箱体1连通，用以向主箱体1内通入二氧化碳气体并监测主箱体1内的二氧化碳浓度。空气平衡部件43连通外界和主箱体1内，可使外界与主箱体1内进行空气流通；空气平衡部件43配合二氧化碳进气通道41调节主箱体1内二氧化碳浓度为一预
设浓度。温度平衡部件43为可打开或关闭的空气平衡阀，其内还设置有一过滤膜，过滤膜的孔径为0.22μm，可通过气体而不可通过液体，且也能隔绝外界空气中的杂菌等污染，避免其进入主箱体1内。通过处理装置操作打开或关闭空气平衡部件43内的空气平衡阀和二氧化碳进气通道41，可调节主箱体1内二氧化碳浓度为5％，为细胞培养提供较好的条件。
61.温度监测部件42包括温度显示屏，温度显示屏设置于主箱体1外上表面；温度监测部件42用以监测并显示主箱体1内温度。温度监测部件42还包括至少两个温度监测探头421。其中，至少一个温度监测探头421设置于主箱体1内侧壁上对应培养液液面的位置，用以监测液面温度；至少一个温度监测探头421设置于主箱体1内侧壁的底部，用以监测液面内温度。温度显示屏可分别显示液面温度和液面内温度，以供技术人员进行观察参考，并进一步判断细胞培养是否正常进行。
62.喷淋装置5，设置于主箱体1内，用以向主箱体1内喷洒加入清洗液、无菌水和消化酶。喷淋装置5为高压喷水阀，且设置为可伸缩的圆球喷头，可360度立体喷洒，在不需要喷洒工作时，喷淋装置5缩回至主箱体1的顶板内，需要进行喷洒工作时，可在处理装置的控制下伸出进行喷洒工作。
63.主箱体1侧壁内设置有加热装置，用以使主箱体1内加热维持在一预设温度，满足细胞培养所需的温度条件。主箱体1的侧壁和底板分为内层12和外层11，内层12为耐腐蚀塑料材质，优选为pvc材质。外层11为金属材质，优选为不锈钢；加热装置设置于外层11内，其包括加热丝和绝缘层等，加热丝连接电源，通过加热主箱体1的外层11维持主箱体1的温度为37℃，满足细胞培养所需要的温度条件。加热丝可迂回型盘曲设置在外层11内进行加热，加热效果更佳均匀。
64.过滤装置6可拆卸地设置于主箱体1内部下端，用以进行过滤，过滤装置6 的过滤网格大小为70μm，可使液体和消化后的培养液通过，而培养载体不可通过，用以分次排出主箱体1内的培养液、废液和培养载体。过滤装置6通过主箱体1两侧板底部的缺口插入主箱体1内，插入过滤装置6后该缺口可保持密封。过滤装置6还可设置连接驱动部件，通过驱动部件的动力进行自动插入和拔除，实现过滤装置6的自动安装和拆卸。
65.主箱体1内还设置有混动装置9；混动装置9包括至少一个混动板91，混动板91与主箱体1的侧板平行，通过驱动部件92与主箱体1侧板连接；混动板 91可在驱动部件92的作用下在主箱体1内移动，用以混动和消化干细胞。驱动部件92可使混动板91在主箱体1内在垂直于侧板的方向上移动，移动的过程中逐渐远离或靠近侧板，并始终与侧板保持平行。混动板91一般设置为两个，且在主箱体1内对称相对设置，通过两混动板91的移动，可使主箱体1内的细胞进行充分消化和洗脱。
66.主箱体1的底板上设置有开关装置7，与处理装置连接，可在控制信息的控制下使底板打开或关闭；底板包括两活动板71，两活动板71与底板的中部铰接，形成开关装置7；两活动板71可在处理装置的控制下相对于底板中部旋转打开或关闭。
67.开关装置7下方设置有收集装置8，收集装置8包括第一收集结构81和第二收集结构82，第二收集结构82与主箱体1下端连接，经由其侧壁排出蜂窝状培养载体；第一收集结构81设置在第二收集结构82的下端，开关装置7还可在处理装置的控制下使第一收集结构81与主箱体1连通以排出培养消化后的细胞悬液和废液。
68.第二收集结构82为截面呈半圆形的腔体，包括曲面底板和两半圆形侧板；两活动
板71可在第二收集结构82内相对于底板中部旋转，且旋转时下端始终与曲面底板接触。
69.如图4所示，曲面底板的两端分别设置有一可打开或关闭的开口821，用以排出蜂窝状培养载体；曲面底板的两端分别还设置有一固定部件822，用以使活动板71相对于曲面底板固定。固定部件822为设置于曲面底板上的一伸缩固定柱，伸出时，若活动板71沿曲面底板滑动至固定部件822处，即可被固定部件 822阻挡并固定，固定部件822缩回时，不影响活动板71的旋转移动。
70.第一收集结构81包括一竖直管道，与曲面底板的最下端连通；竖直管道在其下端分支设置用以排出废液的第一通道811和用以排出细胞悬液的第二通道 812；第一通道811和的第二通道812是可打开或关闭的。第一通道811和第二通道812内均设置有阀门，连接处理装置，可根据控制信息打开或关闭。
71.开关装置7和收集装置8可配合进行废液、细胞悬液和培养载体的分别自动化排出，并配合混动装置9和喷淋装置5对细胞培养液进行消化和洗脱，能够避免部分载体内的细胞无法洗脱而造成浪费，最大程度地提高产能。
72.本实施例提供的培养消化设备实现了细胞的自动化培养消化步骤，本领域技术人员还可设置第二通道812连接离心设备和冻存设备，完成细胞培养的后续工作。
73.实施例2
74.如图1至图4所示，本实施例提供了一种干细胞全自动培养的培养消化方法，该培养消化方法采用实施例1提供的培养消化设备。该培养消化方法包括细胞培养和细胞消化两大步骤；细胞培养包括如下步骤：
75.步骤一，将过滤装置6安装固定于主箱体1内部下端，并保持主箱体1密封，控制开关装置7使底板关闭；
76.步骤二，通过培养载体储存平台2向主箱体1内加入蜂窝状培养载体；通过进样口3向主箱体1内加入种子细胞与培养基混合液，并保证培养基液面高度覆盖蜂窝状培养载体；
77.步骤三，通过培养条件监测装置4调节并监测主箱体1内的培养条件信息，静置培养4～5天。
78.具体地，步骤三包括通过二氧化碳进气通道41和空气平衡部件43调节主箱体1内的二氧化碳浓度为5％，通过加热装置加热主箱体1的温度保持至37℃，并通过温度监测部件42持续监测主箱体1内液面内和液面的温度并显示。
79.细胞消化包括如下步骤：
80.步骤四，通过开关装置7打开主箱体1的底板，通过第一收集结构81和过滤装置6排出废液，细胞悬液留在主箱体1内；废液排出完毕后，开关装置7使底板关闭；
81.步骤五，喷淋装置5向主箱体1内喷淋清洗液，重复步骤四排出废液和清洗液；
82.步骤六，喷淋装置5向主箱体1内加入消化酶，使细胞消化和洗脱，持续 3～5分钟；
83.步骤七，通过开关装置7打开底板，通过第一收集结构81和过滤装置6排出细胞悬液，蜂窝状培养载体留在主箱体1内；待细胞悬液全部排出后，开关装置7在控制下使底板关闭；
84.步骤八，喷淋装置5向主箱体1内喷淋清洗液，重复步骤六对蜂窝状培养载体内剩余细胞进行洗脱，再重复步骤七排出细胞悬液；
85.步骤九，通过开关装置7打开底板，拆卸过滤装置6，通过第二收集结构82 排出蜂
窝状培养载体；完全排出后喷淋装置5向主箱体1内喷淋高压无菌水清洗主箱体1并排出废液。
86.如图2所示，在本实施例中，步骤四中，开关装置7打开，两活动板71相对于底板中部旋转至自然垂直，然后，细胞培养上清作为废液通过第一收集结构 81排出，由于过滤装置6的设置，未消化的细胞和培养基体不会排出。具体地，此时第一通道811打开，第二通道812关闭。
87.步骤六中，还通过混动装置9的混动板91对主箱体1内的培养细胞和培养基体进行混动搅拌，配合消化酶对主箱体1内细胞进行充分消化和洗脱。
88.如图3所示，步骤七中，开关装置7打开，两活动板71相对于底板中部旋转至自然垂直，消化后的培养细胞可通过过滤装置6，进而通过第一收集结构81 进行排出细胞悬液。此时第一通道811关闭，第二通道812打开，细胞悬液通过第二通道812进行排出。
89.如图4所示，步骤九中，开关装置7打开，两活动板71相对于底板中部旋转，固定部件822伸出，活动板71通过固定部件822进行固定，同时开口821 控制打开，蜂窝状培养载体即可顺着活动板71滑动至开口821并排出，实现了培养载体和培养液的分流排出排出。
90.以上对本实用新型的具体实施例进行了详细描述，但其只作为范例，本实用新型并不限制于以上描述的具体实施例。对于本领域技术人员而言，任何对该实用进行的等同修改和替代也都在本实用新型的范畴之中。因此，在不脱离本实用新型的精神和范围下所作的均等变换和修改，都应涵盖在本实用新型的范围内。