全自动细胞连续培养系统的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种全自动细胞培养系统，至少包括：控制模块、控制平台、用于细胞培养在线观察的暗视场显微镜、细胞培养摇床和细胞培养袋；细胞培养摇床包括培养袋托架、摇摆架及摇动装置，培养袋托架设有弧形底板及细胞培养袋固定部件，弧形底板上设有物镜插入缺口；细胞培养袋，包括封闭式袋体，底面中部设有透明观察区；袋体置于细胞培养摇床上，透明观察区与物镜缺口位置一致；用于细胞培养在线观察的暗视场显微镜，物镜正好可插入细胞培养摇床上的物镜插入缺口；控制平台分别连接用于细胞培养在线观察的暗视场显微镜和细胞培养摇床；控制模块连接控制平台。采用本发明可以实现细胞的连续培养和观察，方便快捷，大大提高了培养细胞的效率。
【专利说明】
全自动细胞连续培养系统
技术领域
[0001]本发明涉及一种全自动细胞连续培养系统，主要用于培养和观察细胞。
【背景技术】
[0002]目前，用于人体治疗的免疫细胞培养，主要还是在实验室超净台下用细胞培养皿或培养瓶进行培养，并根据细胞生长的密度，进行不断分瓶培养，这种细胞培养模式，不仅耗时耗力，同时由于需要不同分瓶、加样，比较容易造成污染。与此同时，目前实验室用于观察细胞的方法还较为原始，大多包括取样和制作标本的环节，操作较为繁琐，无法实现细胞的连续和实时观察。
[0003]随着科技的发展以及人工智能的进步，细胞的连续培养和观察已经开始被人们所关注，但是还未出现一种可以实现细胞的连续培养和观察的装置。
【发明内容】
[0004]鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种全自动细胞连续培养系统，可以实现细胞的连续培养和观察，以及对培养液的各项参数的测定。
[0005]为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种全自动细胞培养系统，所述细胞培养系统至少包括:控制模块、控制平台、用于细胞培养在线观察的暗视场显微镜、细胞培养摇床、细胞培养袋和电源模块；
[0006]所述细胞培养摇床包括培养袋托架、摇摆架及摇动装置，所述培养袋托架设有弧形底板及细胞培养袋固定部件，所述摇摆架包括摇摆底座，所述摇摆底座上设有支撑臂，所述培养袋托架与所述摇摆架经支撑臂固定连接，所述摇动装置包括基座，基座上设有摇摆组件，所述摇摆底座与摇摆组件连接，所述弧形底板上设有物镜插入缺口 ；
[0007]所述细胞培养袋，包括封闭式袋体，所述袋体的底面中部设有透明观察区；所述袋体置于细胞培养摇床上，所述透明观察区与物镜缺口位置一致；
[0008]所述用于细胞培养在线观察的暗视场显微镜，包括物镜，所述物镜正好可插入细胞培养摇床上的物镜插入缺口 ；
[0009]所述控制平台分别连接用于细胞培养在线观察的暗视场显微镜和细胞培养摇床；
[0010]所述控制模块连接控制平台；
[0011]所述电源模块为整个系统供电。
[0012]为了进一步优化设计方案，所述用于细胞培养在线观察的暗视场显微镜包括照明元件、可移动式支架、支撑底座、感光元件、管径单元、A/D转换单元、电源模块以及控制模块，所述照明元件设置在可移动式支架的顶部，所述可移动式支架设置在支撑底座上，所述管径单元连接在可移动式支架下部，所述物镜设置在管径单元上并对应在照明元件的下方，所述感光元件设置在管径单元内用于采集物镜上的光源信号，所述A/D转换单元连接感光元件，所述控制模块连接A/D转换单元。
[0013]优选地，所述照明元件包括圆形的灯座，以及设置在灯座上围成若干个同心圆排列的照明灯所述同心圆的圆心与灯座的圆心位置一致。
[0014]优选地，所述灯座到物镜的距离为为10-30厘米。
[0015]优选地，所述照明灯的光源与物镜形成暗视场，满足暗视场照明的需要。
[0016]优选地，所述照明灯为LED灯。
[0017]优选地，所述支撑底座包括步进电机、滑动机构和底座，所述滑动机构包括滑块与滑轨，所述控制模块连接并控制步进电机，所述步进电机连接滑块，所述滑块经滑轨滑动连接在底座上且可水平移动，所述可移动式支架设置在滑块上。
[0018]为了进一步优化设计方案，所述弧形底板上设置一个或多个配件固定孔位，所述配件固定孔位下留有用于安装或插入外部配件的空间。
[0019]优选地，所述弧形底板上设有加热板。
[0020]优选地，所述弧形底板的边缘设有挡板。
[0021 ]优选地，所述细胞培养袋固定部件设于弧形底板的两侧，包括自弧形底板两侧向两边延伸的平台，所述平台上设有固定棒夹具和/或固定棒插入机构。
[0022]优选地，所述摇摆底座为平板，两端设有支撑臂，培养袋托架与摇摆底座不接触，之间留有空隙以安装或插入外部配件。
[0023]优选地，所述摇摆组件包括铰接座及至少一个上下往复运动机构，所述铰接座设于基座上，所述摇摆底座与铰接座铰接，所述上下往复运动机构与摇摆底座连接或相抵压。
[0024]为了进一步优化设计方案，所述细胞培养袋包括:袋体两侧的固定部件，所述封闭式袋体顶面设有外部液体加样口、外部液体注射口、气体进口和气体出口，所述封闭式袋体底面设有液体回收口及至少一个传感器接头，所述外部液体加样口、外部液体注射口、气体进口、气体出口及液体回收口上均设有无菌快速接头。
[0025]优选地，所述封闭式袋体由上袋片、下袋片、左侧袋片和右侧袋片共同围成一立体袋腔，所述左侧袋片和所述右侧袋片的下底边呈弧形，所述左侧袋片和所述右侧袋片均呈椭圆形，所述上袋片和下袋片呈矩形。
[0026]优选地，所述封闭式袋体最内层为聚乙烯层。
[0027]优选地，所述封闭式袋体所用的材质为五层复合结构，由内至外依次为聚乙烯层、粘合层、乙烯丙烯醇层、粘合层及聚乙烯层。
[0028]优选地，所述的传感器接头设有一个或多个。
[0029]优选地，所述的传感器接头为非接触式传感器接头或接触式传感器接头。
[0030]优选地，所述非接触式的传感器接头包括基盘及传感器探头容置腔，所述基盘上设有透明隔断，所述传感器探头容置腔与所述基盘相连且位于所述透明隔断的一侧，所述透明隔断的另一侧设有转换膜。
[0031 ]优选地，所述转换膜为pH致变色膜或溶解氧致变色膜。
[0032]为了进一步优化设计方案，所述控制平台包括控制柜，以及设置在控制柜上的自动加热单元、预热袋和蠕动栗;所述自动加热单元设置包括预热板，所述预热袋设置在预热板上，所述蠕动栗包括第一蠕动栗和第二蠕动栗，所述自动加热单元还包括细胞培养液罐体，所述罐体通过第一管道连通预热袋的进液口，所述预热袋的出口通过第二管道连通细胞培养袋，所述第一蠕动栗连接第一管道，所述第二蠕动栗连接第二管道，所述自动加热单元、第一蠕动栗以及第二蠕动栗连接控制模块。
[0033]优选地，所述控制柜内部还设有气体混合单元，所述气体混合单元的出气口设置在控制柜的上，并通过第三管道连通细胞培养袋，所述气体混合单元的进气口连接外部气源，所述气体混合单元连接控制模块。
[0034]优选地，所述控制柜上还设有pH值检测接头以及溶氧检测接头，所述pH值检测探头以及溶氧检测探头。
[0035]为了进一步优化设计方案，为了实现控制模块对整个培养系统的控制，所述控制丰吴块包括:
[0036]可移动式支架控制单元，用于控制可移动式支架的移动；
[0037]照明元件控制单元，用于控制照明元件的开关；
[0038]查看单元，用于查看当前状态下物镜所观测到的内容，以及当前状态下细胞生长环境的各项参数；
[0039]储存单元，用于存储需要保存的观测到的内容以及记录细胞生长环境的各项参数；
[0040]气体控制单元，用于控制细胞培养袋中的气体；
[0041]细胞培养液控制单元，用于控制细胞培养液的温度以及供给。
[0042]本发明的另一个方面在于提供了用于细胞培养在线观察的暗视场显微镜的应用:用于观察细胞培养袋。
[0043]本发明的另一个方面在于提供了细胞培养袋应用:用于培养细胞的。
[0044]如上所述，本发明的全自动细胞连续培养系统，具有以下有益效果:
[0045](I)实现细胞的连续培养，同时加热、晃动、加样的连续进行；
[0046](2)无需人工换液，对于细胞液的温度可以实现智能的控制，可以实现自动加液；
[0047](3)使用者可以根据细胞培养的状态调节摇床摆频和角度，确保细胞处于最佳的生长环境；
[0048](4)由于在本发明中弧形底板上设置了多个固定孔位，因此，可以实现各种探测器的探头对细胞培养袋中的各种参数进行检测；
[0049](5)用于细胞培养在线观察的暗视场显微镜用于观察细胞样本，无需取样，可以实现细胞的连续实时观察；
[0050](6)本发明的细胞培养袋结构独特，能满足在少量培养液条件下持续加样培养，直至达到培养需求；
[0051](7)本发明设计的3D异形细胞培养袋，在细胞培养过程中，培养平台的摇动所产生剪切力最小，对细胞造成的剪切力损伤也最小；
[0052](8)本发明的细胞培养袋所有接头采用无菌快接方式，最大限度地减少了培养操作所造成的细胞污染的风险；
[0053](9)本发明的细胞培养袋的体积可根据所需培养的量无限扩大；
[0054](10)利用本发明的控制系统可以记录和实时查看细胞生长过程中各种参数；
[0055](11)智能化提供细胞培养所需的气体。
【附图说明】
[0056]图1显示为本发明优选实施例细胞培养摇床的示意图。
[0057]图2显示为本发明优选培养袋托架示意图。
[0058]图3显示为本发明另一优选培养袋托架示意图。
[0059]图4显示为本发明又一优选实施例细胞培养摇床的示意图。
[0060]图5显示为本发明再一优选实施例细胞培养摇床的示意图。
[0061]图6显示为本发明中用于细胞培养在线观察的暗视场显微镜结构示意图。
[0062]图7显示为本发明中暗视场照明原理示意图。
[0063]图8显示为本发明实施例的细胞培养袋顶面示意图。
[0064]图9显示为本发明实施例的细胞培养袋底面示意图。
[0065]图10显示为本发明优选实施例的细胞培养袋袋体结构示意图。
[0066]虚线指引线指向图示角度理论被遮挡的袋
[0067]图11显示为本发明优选实施例的细胞培养袋使用状态下袋体顶面连接管路示意图。
[0068]图12显示为本发明优选实施例的细胞培养袋使用状态下袋体底面连接管路示意图。
[0069]图13显示为本发明优选实施例的传感器接头剖面图。
[0070]图14显示为控制模块结构框架图。
[0071]图15显示为整个系统结构示意图。
[0072]I 培养袋托架
[0073]11 弧形底板
[0074]111 配件固定孔位
[0075]112 物镜插入缺口
[0076]113 挡板
[0077]114 加热板
[0078]12 细胞培养袋固定部件
[0079]121 平台
[0080]122 固定棒夹具[00811123 固定棒插入机构
[0082]2 摇摆架
[0083]21 摇摆底座
[0084]211 支撑臂
[0085]3 摇动装置
[0086]31 摇摆组件
[0087]311 铰接座
[0088]312 上下往复运动机构
[0089]32 基座
[0090]4 细胞培养袋
[0091]41 封闭式袋体
[0092]411 外部液体加样口
[0093]412 外部液体注射口
[0094]413气体进口
[0095]414气体出口
[0096]415液体回收口
[0097]4161上袋片
[0098]4162下袋片
[0099]4163左侧袋片
[0100]4164右侧袋片
[0101]417传感器接头
[0102]4171用于接入pH值传感器探头的传感器接头
[0103]4172用于接入溶氧(DO)传感器探头的传感器接头
[0104]41701基盘
[0105]41702传感器探头容置腔
[0106]41703透明隔断
[0107]418无菌快速接头
[0108]419透明观察区
[0109]42固定部件
[0110]431硅胶管
[0111]432鲁尔接头
[0112]433三通
[0113]434无针取样器
[0114]435空气过滤器
[0115]436空气截止阀
[0116]437片夹
[0117]438扎带
[0118]44密封区
[0119]5支撑底座
[0120]501步进电机
[0121]502滑块
[0122]503底座
[0123]6管径单元
[0124]61物镜
[0125]7控制模块
[0126]8灯座
[0127]9可移动式支架
[0128]10感光元件
[0129]13控制柜
[0130]1301第一蠕动栗
[0131]1302第二蠕动栗
[0132]1303pH检测接头
[0133]1304溶氧检测接头
[0134]1305气体出口
[0135]1306外部细胞培养液
[0136]1307第二管道
[0137]1308第一管道
[0138]1309预热袋
【具体实施方式】
[0139]以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。
[0140]请参阅图1至图15。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范筹。
[0141 ]参见图15，本发明公开了一种全自动细胞培养系统，细胞培养系统至少包括:控制模块、控制平台、用于细胞培养在线观察的暗视场显微镜、细胞培养摇床、细胞培养袋和电源模块，控制模块连接控制平台，控制平台分别连接并控制细胞培养摇床以及用于细胞培养在线观察的暗视场显微镜，用于细胞培养在线观察的暗视场显微镜用于观察细胞培养摇床上培养的细胞，所述细胞培养袋设置在细胞培养摇床上，所述电源模块为整个系统供电。
[0142]实施例1细胞培养摇床
[0143]如图1所示的细胞培养摇床，包括培养袋托架1、摇摆架2及摇动装置3，所述培养袋托架I设有弧形底板11及细胞培养袋固定部件12，所述摇摆架2包括摇摆底座21，所述摇摆底座21上设有支撑臂211，所述培养袋托架I与所述摇摆架2经支撑臂211固定连接，所述摇动装置3包括基座32，基座上设有摇摆组件31，所述摇摆底座21与摇摆组件31连接。
[0144]如图2所示的优选实例中，所述弧形底板11上设有物镜插入缺口112。为了在细胞连续培养中实时观察细胞情况，在培养袋底部设有透明观察区，物镜插入缺口 112匹配透明观察区，可插入物镜，从而利用物镜，直接从底部观察细胞培养袋内的细胞情况。
[0145]所述弧形底板11用于容置弧形3D细胞培养袋4的主体部分。弧形底板的设计使得弧形3D细胞培养袋在细胞培养过程中，底部能维持弧形，从而在细胞培养过程中，培养平台的摇动所产生剪切力最小，对细胞造成的剪切力损伤也最小。
[0146]较佳的，所述弧形底板两侧边为弧形。
[0147]进一步的，如图2所示，所述弧形底板11上可以设置一个或多个配件固定孔位111。较佳的，所述固定孔位111中设置有内螺纹以更好地固定外部配件。外部配件可以是各种探测器的探头，如PH值及溶氧值探测探头等。外部配件也可以是各种外部液体进液管、注入部件、出液管、外部气体输送管等便于细胞连续培养的配件。
[0148]所述弧形底板在使用状态下为向下凹陷的弧形。进一步的，所述物镜插入缺口112设置于弧形底板的凹陷底部区域。
[0149]进一步的，如图2所示的优选实例中，弧形底板11的边缘设有挡板113。挡板可防止细胞培养袋自培养袋托架中滑脱、移位。
[0150]如图3所示的优选实例中，所述弧形底板11上设有加热板114。加热板可在细胞培养时的加热，以为细胞培养提供合适的温度。控制模块可以设定细胞培养袋4所需的温度，控制加热板的加热。
[0151]如图2所示，所述细胞培养袋固定部件12可设在弧形底板的两侧，可以是自弧形底板两侧边缘向两边延伸的平台121，其上设有与细胞培养袋上的固定部件相匹配的部件。例如可以是通过机械力、粘力、磁力等固定的部件，或者是在平台121上设置螺孔和螺母将细胞培养袋4固定在平台上。在如图4所示的实施方式中，细胞培养袋4两侧设有固定棒，此时，可在平台上设有固定棒夹具122和/或者固定棒插入机构123，从而实现与细胞培养袋4固定棒的可拆卸式连接。
[0152]所述摇摆架2中支撑臂211的设计可以起到托高培养袋托架I的作用。培养袋托架I的配件固定孔位111下应留有用于安装或插入外部配件的空间。摇摆架中，支撑臂可以作为摇摆底座21的一部分与摇摆底座一体成型，亦可作为一个单独的部件安装在摇摆底座之上，或者亦可以与培养袋托架I 一体成型。支撑臂一方面可以为细胞培养袋与外部配件的连接预留空间，另一方面，由于架高了培养袋托架I，只需要对摇摆底座21提供一个小幅的摇摆力，培养袋托架I就能在一个较大范围内摆动。
[0153]在如图1、4、5所示的较佳实例中，摇摆底座21为平板，两端设有支撑臂211，培养袋托架I与摇摆底座21不接触，之间留有空隙以安装或插入外部配件，包括各种探头、物镜。
[0154]所述摇摆组件31可以是任意现有的可实现摇摆动作的机构。
[0155]在如图1所示的优选实施方式中，所述摇摆组件31包括铰接座311及至少一个上下往复运动机构312，所述铰接座311设于基座32上，摇摆架2的摇摆底座21与铰接座311铰接，从而提供一个摇摆中心，所述上下往复运动机构312与摇摆底座21连接或相抵压，从而使得上下往复运动机构312能推动摇摆底座21围绕摇摆中心作往复摇摆运动。
[0156]所述铰接座311可以有一个或多个，如图5所示的实例中，在基座32的中部，对称设置两个铰接座311，从而使得摇摆更为稳定。基于上下往复运动机构312的工作，摇摆架可以作左右摇摆动作。
[0157]所述上下往复运动机构312可以是各种现有的可实现往复运动的机构，例如电动推杆、直线电机、曲柄连杆机构等。具体的，例如，所述上下往复运动机构312可以包括电机及凸轮，所述电机凸轮固定于电机的输出轴上，凸轮与摇摆底座21直接相抵压或者经能在导槽中做上下运动的推杆相抵压或铰接。上下往复运动机构312的电机可置于基座32中。
[0158]所述上下往复运动机构312可以为一个或多个。通常情况下，一个上下往复运动机构312即可满足摆动需求。基于这样的摇摆设计，可以通过调整上下往复运动机构的上下往复运动频率，或者调整上下往复运动机构与铰接座之间的距离，可以轻易调整摇床的摇摆幅度及频率。
[0159]工作时，在电机驱动下，上下往复运动机构312推动摇摆底座21围绕铰接座摇摆运动，进而带动固定于支撑臂211上的培养袋托架I带动细胞培养袋4晃动。托架通过加热板对细胞培养进行加热，通过设置于托架底部的配件固定孔位111可以在细胞培养袋上接入各种监控探头，检测细胞培养状态。培养过程中，亦可停止摇晃，在托架的物镜插入缺口 112插入物镜直接观察细胞情况。
[0160]实施例2用于细胞培养在线观察的暗视场显微镜
[0161]参见图6、本实施例还公开了一种用于细胞培养在线观察的暗视场显微镜，显微镜包括但不限于:照明元件、可移动式支架9、支撑底座5、物镜61、感光元件10、管径单元6、A/D转换单元，控制模块。照明元件设置在可移动式支架9顶部、可移动式支架9设置在支撑底座5上，管径单元6设置在可移动式支架9下部，物镜101设置在管径单元6上并对应在照明元件的下方，感光元件10设置在管径单元6内用于采集物镜61上的光源信号，A/D转换单元连接感光元件10和支撑底座5，控制模块连接A/D转换单元。
[0162]在本实施例中感光元件采用CCD传感器，A/D转换单元将CCD传感器获得的图像信号传递给控制模块。控制模块还包括设在计算机中的查看单元，用于查看当前状态下物镜所观测到的内容，以及储存单元，用于存储需要保存的观测到的内容。
[0163]在本实施例中，照明元件设置在可移动式支架9的顶部，照明元件包括但不限于圆形的灯座8、以及设置在圆形的灯座8上围成5个同心圆排列的LED灯，灯座到物镜之间的距离为18厘米，一般的可以设置为10-30厘米。每个同心圆上都包括十个到二十个LED灯，为整个装置提供光源。每一同心圆上圆周上的灯可以同时打开或者关闭。
[0164]如图7所示，为了满足暗视场的照明，照明元件发出的光线与物镜61水平轴的夹角小于角度A，所述角度A为照明元件的最中心的光线与物镜61水平轴的夹角。
[0165]在本实施例中，支撑底座5包括步进电机501、滑动机构和底座503，滑动机构包括滑块502和滑轨，滑块502经过滑轨连接在底座503上，步进电机501连接控制模块并设在底座503的一端，滑块502连接步进电机501，可移动式支架2设置在滑块502上。本领域的普通技术人员知晓步进电机501可采用目前市场上普通的步进电机501即可实现，步进电机501可带动滑块502的移动进而使得整个显微镜的可移动式支架9的相对位置改变。
[0166]在本实施例中，管径单元6滑动连接在可移动式支架上9，管径单元6连接可移动式支架9处设有滑槽，管径单元6可顺着滑槽上下滑动，在可移动式支架上9的相对的两侧设置通孔，两个通孔上分别设置螺钉，当需要调节升高管径单元6时，可以松开螺钉，移动管径单元6，调节到适当位置时，拧紧螺钉。当然这个升高和降低的调节只是细微的调节，最大调节范围是5厘米。当然也可以采用其他市场上已知的类似卡扣的装置用于起到固定的作用。当然，根据需要还可以利用控制模块7控制LED灯的开关，以满足观察的需要。
[0167]在另一实施例中，可移动式支架9具有中空结构，控制单元7的照明元件控制单元设置中空结构内。
[0168]本领域的技术人员均了解，如上所述控制模块关于对照明元件控制的过程，CCD获得的图像信号转化的过程以及控制支撑底座5的移动的过程均可以利用现有技术中的计算机、集成电路模块、可编程逻辑器件、其它硬件或现有的软件模块来实现。
[0169]采用本装置在观察样本时，具有巨大的优势。观察样本时，利用控制模块7移动可移动式支架9将整个培养容器置于照明元件和物镜61之间，物镜61通过细胞培养摇床物镜插入缺口 112来观察细胞，利用控制模块移动可移动式支架9，使之离开培养容器，当需要再次观察时则利用控制模块移动可移动支架9的位置。
[0170]实施例3细胞培养袋
[0171]如图8和9所示，细胞培养袋4，包括:封闭式袋体41及设于袋体两侧的固定部件42，所述封闭式袋体41顶面设有外部液体加样口 411、外部液体注射口 412、气体进口 413和气体出口 414，所述封闭式袋体41底面设有液体回收口 415及至少一个传感器接头417，所述外部液体加样口 411、外部液体注射口 412、气体进口 413、气体出口 414及液体回收口 415上均设有无菌快速接头418。
[0172]细胞培养袋4顶面设有外部液体加样口、外部液体注射口、气体进口和气体出口是为了满足在细胞培养的过程中即便不移出培养装置的情况下，也能满足添加细胞培养液、外部液体(如青霉素溶液、链霉素溶液、接种液等)，以及提供细胞培养所需的气分(如提供二氧化碳)的需要。细胞培养袋底面设有液体回收口可在不移出培养装置的情况下，亦可全部或部分更换培养液。细胞培养袋底面设有传感器接头，可用于接通传感器以监测细胞培养液袋内的相关指标。
[0173]快速接头是指不需要工具就能实现管路接通或断开的接头。所用无菌快速接头即为常规的无菌快速接头，可市购获得。无菌快速接头可焊接或熔接至袋体上。
[0174]所述的封闭式袋体可以是由柔性材质制成。所述柔性材质是指受力后可变形的材质。较佳的，所述封闭式袋体所用材质由PE和EVOH复合而成。
[0175]在优选的实施例中，所述封闭式袋体所用的材质为多层复合结构。优选的，所述封闭式袋体最内层为聚乙烯(PE)层。最内层是指接触培养液的那一层，接触培养液的是稳定的PE材料，低溶出物，无动物性来源。
[0176]在更为优选实施例中，所述封闭式袋体所用的材质为五层复合结构，由内至外依次为聚乙烯(PE)层、粘合层、乙烯丙烯醇(EVOH)层、粘合层及聚乙烯(PE)。此类五层复合结构的材质为现有技术，可市购获得。
[0177]构成密封式袋体的袋片厚度可为常规，在优选的实施例中采用了0.325mm。本发明的细胞培养袋可用γ射线进行消毒灭菌，辐照剂量彡25Gy，<50Gy。可用加热的方法进行密封。
[0178]在本发明优选的实施例中，所述封闭式袋体的由上袋片4161、下袋片4162、左侧袋片4163和右侧袋片4164共同围成一立体袋腔。较为优选的，所述左侧袋片4163和所述右侧袋片4164的下底边呈弧形。底边弧形设计可使得细胞培养袋在充气后形成的3D形状在培养平台的摇动中所产生的剪切力更小，对细胞造成的剪切力损伤也降至最低。在如图10所示的实施例中，所述左侧袋片4163和所述右侧袋片4164均呈椭圆形，所述上袋片4161和下袋片4162呈矩形。
[0179]如图9所示的优选实施例中，所述袋体41的底部中部设有透明观察区419。透明观察区设于细胞培养袋的底部，可以在通过在培养平台上设细胞形态观察装置而从底部直接观察细胞培养袋内的细胞情况。
[0180]所述的传感器接头可以设有一个或多个。较佳的，如图9和12所示的优选实施例中，设有两个传感器接头，其中一个为用于接入PH值传感器探头的传感器接头4171，另一个为用于接入溶氧(DO)传感器探头的传感器接头4172。
[0181]传感器接头可为接触式的传感器接头亦可为非接触式的传感器接头。在优选的实施例中，传感器接头为非接触式的传感器接头，即传感器探头在插入所述传感器接头后，探头与袋体内的培养液并不接触。
[0182]如图12所示的优选实施例中，所述非接触式的传感器接头如图13所示包括基盘41701及传感器探头容置腔41702，所述基盘的中部设有透明隔断1703，所述传感器探头容置腔1702与所述基盘41701相连且位于所述透明隔断41703的一侧，所述透明隔断的另一侧(参见图示箭头指向)设有转换膜。对用于接入PH值传感器探头的传感器接头，所述转换膜为PH致变色膜。pH致变色膜可由pH指示剂与成膜材料混配后制膜获得。所述pH致变色膜属于现有技术，如PH电极所使用的pH传感膜等。对用于接入溶氧传感器探头的传感器接头，所述转换膜为溶解氧致变色膜。溶解氧致变色膜可由溶氧指示剂与成膜材料混配后制膜获得。所述溶解氧致变色膜属于现有技术。
[0183]经过所述传感器接头，细胞培养袋内培养液的pH及溶氧情况均被转换为颜色信号，通过在传感器接头内接入RGB传感器，即可将颜色信号读出，从而根据转换膜颜色与pH值及溶氧的关系，获得细胞培养液的pH值及溶氧值。传感器接头探测的结果均可传送给控制模块，以供记录和查看。
[0184]非接触式传感器探头配合使用的RGB颜色传感器无需灭菌消毒，不仅操作更为方便，而且可更好的预防污染。
[0185]所述接触式的传感器接头可为常规无菌快速接头，可直接插接或螺纹连接消毒的PH传感器或溶氧传感器的探头。前述非接触式传感器接头去除透明隔断和转换膜后亦可作为接触式的传感器接头。
[0186]所述的固定部件42用于在培养平台中配合固定所述细胞培养袋，可以采用现有的各种能使盛液袋体固定的部件来实现细胞培养袋的固定，例如可以是单独使用即可实现固定的部件，例如带有粘性的部件等，亦可是需要与培养平台上设置的匹配装置配合起到固定作用的部件，例如通过机械力、粘力、磁力固定的部件等。如图10所示的实施例中，所述固定部件为固定棒，所述固定棒可与培养平台上增设的固定棒夹具或者固定棒插入机构可拆卸式连接，从而可以达到固定细胞培养袋的目的。
[0187]进一步的，所述袋体41的两端设有密封区44，所述固定棒置于密封区内。
[0188]本发明的细胞培养袋在使用时，可通过固定部件42固定于培养平台上，将细胞培养袋的外部液体加样口 411、外部液体注射口 412、气体进口 413、气体出口 414、液体回收口415通过无菌快速接头，分别经管路与提供外部液体、气体或回收液体、气体的装置连接，所述传感器接头中插接相应传感器的探头。在培养细胞的过程中，随时根据需要加入外部液体，更换培养液，提供适当细胞培养气氛，并监控细胞培养液的情况及细胞的生长情况。
[0189]具体的，所述外部液体加样口411可如图11所示，经无菌快速接头418快速对接外部管路，所述外部管路可依次包括硅胶管431、鲁尔接头432，进而连接至外部液体提供装置，进一步硅胶管上可以接入三通433以连接多路外部液体存储单元。
[0190]所述外部液体注射口412可如图11所示，经无菌快速接头18快速对接外部管路，所述外部管路可依次包括硅胶管431、鲁尔接头432、无针取样器434，进而连接外部液体提供
目.ο
[0191]所述气体进口413可如图11所示，经无菌快速接头418快速对接外部管路，所述外部管路可依次包括硅胶管431、空气过滤器435，进而连接外部气体提供装置。
[0192]所述气体出口414可如图11所示，经无菌快速接头418快速对接外部管路，所述外部管路可依次包括硅胶管431、空气过滤器435、硅胶管431、空气截止阀436，进而与外界或集气装置相通。
[0193]所述液体回收口415可如图12所示，经无菌快速接头418快速对接外部管路，所述外部管路可依次包括硅胶管431及鲁尔接头432，进而连接外部集液装置。
[0194]管路的硅胶管上可设置片夹437以控制进出样，管路各部件可通过扎带438密封连接。
[0195]关于本发明的中的细胞培养袋，可以满足下列细胞培养要求:
[0196](I)满足不更换连续培养条件:细胞起始培养，量较少，随着细胞培养细胞密度的增加，需不间断增加细胞培养液;本发明的细胞培养袋能满足起始细胞培养量较少的情况下，也能在细胞培养袋中进行培养；
[0197](2)满足细胞培养的温度条件:无论细胞培养的起始量多少，都可用本发明的细胞培养袋进行培养，并可对细胞培养袋进行加温处理；
[0198](3)满足细胞培养pH、溶氧(DO)等条件:3D培养袋的设计，可连接细胞培养必须的气体装置，并通过调整气体环境进行培养液的PH值和溶氧的修订；
[0199](4)满足细胞培养过程中非接触的pH、溶氧检测:通过在培养袋中设置特殊的无害无毒性的光化学反应材料，透过细胞培养袋进行培养液的PH、溶氧(DO)的监测；
[0200](5)满足细胞培养的无菌条件:培养袋上所有接口，培养液进口、回收管的接口、气体进出口，都实行无菌快速对接方式，气体进出口都安装有气体过滤器，保证细胞培养处于无菌状态。
[0201](6)在细胞培养装置晃动的情况下，培养袋中的细胞所受到的剪切力也较小，有利于细胞的生长。
[0202]实施例4控制平台
[0203]在本实施例中，控制平台包括控制平台包括控制柜13，以及设置在控制柜13上的自动加热单元、预热袋1309和蠕动栗；自动加热单元包括预热板，所述预热袋1309设置在预热板上，蠕动栗包括第一蠕动栗1301和第二蠕动栗1302，预热袋1309的入口通过第一管道1308连通外部细胞培养液1306，预热袋1309的出口通过第二管道1307连通细胞培养袋，第一蠕动栗1301连接第一管道1308，第二蠕动栗1302连接第二管道1307，自动加热单元、第一蠕动栗1301以及第二蠕动栗1302连接控制模块。
[0204]在本实施例中，控制柜13就是具有规则的立方体结构，其内部可以容置各种工作单元和集成电路。其中，预热板设置于控制柜13的顶部，其上设置预热袋1309。预热板的作用是给预热袋1309中的细胞培养液加热。细胞培养液采用市场上出售的，适合本次细胞培养所需的型号。预热袋1309的体积一般设置为500ml。自动加热单元连接控制模块，所以可以设定某一特定的温度，当预热袋1309中的细胞培养液的温度低于这一温度时，就会自动利用预热板给预热袋1309加热，达到这一温度时，加热停止。第一蠕动栗1301将外部的细胞培养液栗入预热袋1309，达到某一特定温度的细胞培养液通过第二蠕动栗1302栗入细胞培养袋。
[0205]在控制柜13的内部还设有气体混合单元，气体混合单元连接外部的气源，主要是氧气、空气和二氧化碳。外部气体进入气体混合单元被混合后经过气体出口 1305、流经第三管道(图中未示出)后进入细胞培养袋。气体混合单元连接控制模块7，由控制模块7控制气体的供给，例如气体的流量大小，输送的时间以及各种气体的成分比例等。
[0206]在本实施例中，控制柜上还设有pH值检测接头1303以及溶氧检测接头1304，且都分别连接控制模块7和细胞培养袋上的传感器接头，将测得细胞培养袋中的pH值以及溶氧量的信号传递给控制模块7 检测接头1303以及溶氧检测接头1304都采用市场上常用的信号传递接头，例如采用SMA905插头。pH检测接头1303以及溶氧检测接头1304与细胞培养袋之间采用信号传导件(图中未示出)连接，例如市场上常见的光线连接线。
[0207]实施例5控制模块
[0208]参见图14，为了进一步优化设计方案，本发明还包括控制模块7，控制模块7设置在计算机上，包括但不限于照明元件控制单元;可移动式支架连接控制单元，例如使用者可以通过输入特定的数值来控制步进电机进而控制可移动式支架9的移动距离;查看单元，主要用于使用者查看当前状态下通过物镜可以观察到的内容以及细胞生长环境的各项参数;储存单元，主要用于存储使用者认为需要保存的观察到的内容以及细胞生长过程中的环境参数，例如PH值以及溶氧等，以备再次查看;气体控制单元，主要用于控制气体混合单元，当需要换气时将外部气体经过混合后输入细胞培养袋;培养液控制单元，主要作用是当细胞培养袋中的细胞培养液需要更换时，将外部的细胞培养液进行加热，并输入细胞培养袋。
[0209]使用者可以通过控制单元7来控制整个系统以及查看和记录各种细胞培养中的各种参数以及细胞的结构等。
[0210]本领域技术人员均了解，如上所述的上述控制模块对于可移动式支架的控制过程，对照明元件的控制过程，查看细胞培养袋的内容以及各种参数的过程、控制外部气源以及细胞培养液进入细胞培养袋的过程，均可以利用现有技术中的计算机、集成电路模块、可编程逻辑器件、其它硬件或现有的软件模块来实现。
[0211]上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
【主权项】
1.一种全自动细胞培养系统，其特征在于，所述细胞培养系统至少包括:控制模块、控制平台、用于细胞培养在线观察的暗视场显微镜、细胞培养摇床、细胞培养袋和电源模块； 所述细胞培养摇床包括培养袋托架、摇摆架及摇动装置，所述培养袋托架设有弧形底板及细胞培养袋固定部件，所述摇摆架包括摇摆底座，所述摇摆底座上设有支撑臂，所述培养袋托架与所述摇摆架经支撑臂固定连接，所述摇动装置包括基座，基座上设有摇摆组件，所述摇摆底座与摇摆组件连接，所述弧形底板上设有物镜插入缺口 ； 所述细胞培养袋，包括封闭式袋体，所述袋体的底面中部设有透明观察区；所述袋体置于细胞培养摇床上，所述透明观察区与物镜缺口位置匹配； 所述用于细胞培养在线观察的暗视场显微镜，包括物镜，所述物镜正好可插入细胞培养摇床上的物镜插入缺口 ； 所述控制平台分别连接用于细胞培养在线观察的暗视场显微镜和细胞培养摇床； 所述控制模块连接控制平台； 所述电源模块为整个系统供电。2.根据权利要求1所述的全自动细胞培养系统，其特征在于:所述用于细胞培养在线观察的暗视场显微镜包括照明元件、可移动式支架、支撑底座、感光元件、管径单元、A/D转换单元，所述照明元件设置在可移动式支架的顶部，所述可移动式支架设置在支撑底座上，所述管径单元连接在可移动式支架下部，所述物镜设置在管径单元上并对应在照明元件的下方，所述感光元件设置在管径单元内用于采集物镜上的光源信号，所述A/D转换单元连接感光元件，所述控制模块连接A/D转换单元。3.根据权利要求2所述的全自动细胞培养系统，其特征在于:所述照明元件包括圆形的灯座，以及设置在灯座上围成若干个同心圆排列的照明灯，所述同心圆的圆心与灯座的圆心位置一致。4.根据权利要求3所述的全自动细胞培养系统，其特征在于:所述灯座到物镜的距离为10-30厘米。5.根据权利要求4所述的全自动细胞培养系统，其特征在于:所述照明灯的光源与物镜形成暗视场，满足暗视场照明的需要。6.根据权利要求3所述的全自动细胞培养系统，其特征在于:所述照明灯为LED灯。7.根据权利要求2所述的全自动细胞培养系统，其特征在于:所述支撑底座包括步进电机、滑动机构和底座，所述滑动机构包括滑块与滑轨，所述控制模块连接并控制步进电机，所述步进电机连接滑块，所述滑块经滑轨滑动连接在底座上且可水平移动，所述可移动式支架设置在滑块上。8.根据权利要求1所述的全自动细胞培养系统，其特征在于:所述弧形底板上设置一个或多个配件固定孔位，所述配件固定孔位下留有用于安装或插入外部配件的空间。9.根据权利要求1所述的全自动细胞培养系统，其特征在于:所述弧形底板上设有加热板。10.根据权利要求1所述的全自动细胞培养系统，其特征在于:所述弧形底板的边缘设有挡板。11.根据权利要求1所述的全自动细胞培养系统，其特征在于:所述细胞培养袋固定部件设于弧形底板的两侧，包括自弧形底板两侧向两边延伸的平台，所述平台上设有固定棒夹具和/或固定棒插入机构。12.根据权利要求1所述的全自动细胞培养系统，其特征在于:所述摇摆底座为平板，两端设有支撑臂，培养袋托架与摇摆底座不接触，之间留有空隙以安装或插入外部配件。13.根据权利要求1所述的全自动细胞培养系统，其特征在于:所述摇摆组件包括铰接座及至少一个上下往复运动机构，所述铰接座设于基座上，所述摇摆底座与铰接座铰接，所述上下往复运动机构与摇摆底座连接或相抵压。14.根据权利要求1所述的全自动细胞培养系统，其特征在于，所述细胞培养袋包括:袋体两侧的固定部件，所述封闭式袋体顶面设有外部液体加样口、外部液体注射口、气体进口和气体出口，所述封闭式袋体底面设有液体回收口及至少一个传感器接头，所述外部液体加样口、外部液体注射口、气体进口、气体出口及液体回收口上均设有无菌快速接头。15.根据权利要求14所述的全自动细胞培养系统，其特征在于:所述封闭式袋体由上袋片、下袋片、左侧袋片和右侧袋片共同围成一立体袋腔，所述左侧袋片和所述右侧袋片的下底边呈弧形，所述左侧袋片和所述右侧袋片均呈椭圆形，所述上袋片和下袋片呈矩形。16.根据权利要求14所述的全自动细胞培养系统，其特征在于:所述封闭式袋体的最内层为聚乙如层。17.根据权利要求14所述的全自动细胞培养系统，其特征在于:所述封闭式袋体所用的材质为五层复合结构，由内至外依次为聚乙烯层、粘合层、乙烯丙烯醇层、粘合层及聚乙烯层。18.根据权利要求14所述的全自动细胞培养系统，其特征在于:所述的传感器接头设有一个或多个。19.根据权利要求18所述的全自动细胞培养系统，其特征在于:所述的传感器接头为非接触式传感器接头或接触式传感器接头。20.根据权利要求19述的全自动细胞培养系统，其特征在于:所述非接触式的传感器接头包括基盘及传感器探头容置腔，所述基盘上设有透明隔断，所述传感器探头容置腔与所述基盘相连且位于所述透明隔断的一侧，所述透明隔断的另一侧设有转换膜。21.根据权利要求20所述的全自动细胞培养系统，其特征在于:所述转换膜为pH致变色膜或溶解氧致变色膜。22.根据权利要求1中所述的全自动细胞培养系统，其特征在于:所述控制平台包括控制柜，以及设置在控制柜上的自动加热单元、预热袋和蠕动栗;所述自动加热单元包括预热板，所述预热袋设置在预热板上，所述蠕动栗包括第一蠕动栗和第二蠕动栗，所述细胞预热袋的进口通过第一管道连通外部的细胞培养液，所述预热袋的出口通过第二管道连通细胞培养袋，所述第一蠕动栗连接第一管道，所述第二蠕动栗连接第二管道，所述自动加热单元、第一蠕动栗以及第二蠕动栗连接控制模块。23.根据权利要求22中所述的全自动细胞培养系统，其特征在于:所述控制柜内部还设有气体混合单元，所述气体混合单元的出气口通过第三管道连通细胞培养袋，所述气体混合单元的进气口连接外部气源，所述气体混合单元连接控制模块。24.根据权利要求22中所述的全自动细胞培养系统，其特征在于:所述控制柜上还设有PH值检测接头以及溶氧检测接头，所述PH值检测探头以及溶氧检测探头连接控制模块和细胞培养袋。25.根据权利要求1中所述的全自动细胞培养系统，其特征在于，所述控制模块包括: 可移动式支架控制单元，用于控制可移动式支架的移动； 照明元件控制单元，用于控制照明元件的开关； 查看单元，用于查看当前状态下物镜所观测到的内容，以及当前状态下细胞生长环境的各项参数； 储存单元，用于存储需要保存的观测到的内容以及记录细胞生长环境的各项参数； 气体控制单元，用于控制细胞培养袋中的气体输送； 细胞培养液控制单元，用于控制细胞培养液的温度以及供给。26.根据权利要求1-25任一项权利要求所述的用于细胞培养在线观察的暗视场显微镜用于观察细胞培养装置。27.根据权利要求1-25任一项权利要求所述的细胞培养袋用于培养细胞。
【文档编号】C12M3/00GK105925481SQ201610325576
【公开日】2016年9月7日
【申请日】2016年5月16日
【发明人】余学军
【申请人】上海吉凯基因科技有限公司