专利名称：细胞微载体灌流培养系统中的自控装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种细胞微载体灌流培养系统的自控装置，属生物工程技术。
已有的灌流培养技术如国外NBS公司的Celligen型产品由三部分组成，即1)加液灌流部分由一加液软管道(3)一头连接加液罐(4)出液口，经加液蠕动泵(1)上挤管轮卡座(2)，连接于培养罐(8)进液口；2)培养部分由一台培养罐(8)以及罐盖上垂直安装一个排液柱(1)及其所附的滤网(11)，柱的下口(12)伸入培养罐内液体深层；3)排液部分自排液柱上口(13)连接一排液软管道(16)经排液蠕动泵(14)上挤管轮卡座(15)连接于排液液罐(17)接口。
该设备在灌流培养时是通过加液蠕动泵和排液蠕动泵的同步运转，不断从加液罐(4)向培养罐(8)内灌注新鲜培养液，同时排液蠕动泵还不断从培养罐内抽走含有代谢废物的培养液，但是，也随着废液不断带出大量的细胞和微载体，堵塞在排液柱(10)内滤网(11)上，影响培养运转。目前消除堵塞的方法有1)中空纤维滤器阻留法(Strand1984)；2)不锈钢或聚四氟乙烯网状旋转滤器阻留法(Argrinos1990)，3)Celligen型培养设备是利用一根上粗下细的园柱体插入培养罐中，柱顶部加一筛网和空气滤器(Bullter1983)，试图利用自然空气压力从滤网上将堆积的细胞冲刷下来，但是成功率很低。
本实用新型提出一个自动控制装置的方法，其目的在于利用Celligen培养设备上排液蠕动泵(14)的挤管轮(15)具有正、反转向的特点，以一台电子数字定时交替控制器(19)来自动控制该挤管轮(15)的正反转向，以造成密闭的培养系统内部产生相应的正压和负压力的不断变换，驱使不断变换流向的培养液间歇性地将堵塞滤网(11)的细胞和微载体如数压回培养罐内，以此解决培养细胞的损失问题。
以下是为实现本实用新型的目的而选用的技术方案一、用一台电子数字定时交替控制器(19)中的执行电路终端继电器J(42)的6个引脚分别连接于培养设备上排液蠕动泵(14)驱动电路电源电压零电位的各接线点，在培养运转中，通过自动控制器的调控，使排液蠕动泵挤管轮正转时，培养系统内部呈负压状态，废液被抽入排液罐(47)，反之，挤管轮(15)被控制在反转时，培养管道内部为压力迅速转换为正压；迫使改向培养罐内倒灌的培养液将滤网(11)上的细胞和微载体全部驱回培养罐内(8)。如此控制正、负压力交替变换所产生的冲刷作用来清除滤网(11)上的细胞堆积比较理想。
二、自控装置上的电子数字定时交替控制器的电路组成包括1)时基电路，2)定时1电路和定时2电路，3)设定1电路和设定2电路，4)交替控制电路以及5)执行电路。现结合图2)进一步叙述如下(一)时基电路包括一个秒发生器3272(20)，两个分计数器CD4018(21)、(22)，一个用作震荡分频的石英晶体管(47)和三极管3DG6(36)、(37)、3DG14(38)以及与三极管(36)、(37)连接的发光二极管(48)。利用石英晶体管的震荡频率经秒发生器(20)的分频，产生秒信号，该信号经三极管(36)、(37)放大，使发光二极管(48)闪光，同时将放大的信号输入分计数器(21)、(22)计数，产生分信号，并分别提供给定时电路。
(二)定时电路包括定时1电路和定时2电路1、定时1电路含两个集成电路分计数器CD4017(23)、(24)进行1－99分钟的定时工作。
2、定时2电路含两个集成电路分计数器CD4017(25)、(26)，其作用与定时1电路同。
(三)设定电路包括设定1电路和设定2电路。
1、设定1电路由两个十进制数字拨盘开关(43)、(44)组成，该电路专门设置定时1电路的计时时间。
2、设定2电路由两个十进制数字拨盘开关CD4017(45)、(46)组成，专门设置定时2电路的计时时间。
(4)交替控制电路由一个双单稳态集成电路CD4528(27)、五个与非门1／4CD4011(28)、(29)、(30)、(31)、(32)，三个或门1／4CD4071(33)、(34)、(35)以及晶体管3DG14(39)组成，该电路接受来自设定1电路的数字拨盘开关(43)、(44)和设定2电路中(45)、(46)的信号，并产生相应信号，该电路的工作是1)使分计数器CD4018(21)、(22)复位；2)能制止刚开始工作刹那间的定时1电路的计时，并使其保持最后出现的数值，以维持其输出电平信号；3)使设定2电路路中的(45)、(46)复位，同时启动计时；4)输出一个信号到控制终端的执行电路。
(五)执行电路由与非门CD4011(30)、晶体管3DG6(40)、3AX81(41)、续电器J(42)以及续流二极管(49)组成。当定时1电路计时，与非门CD4011(30)输出“0”信号时，三极管3DG14(40)截止、继电器J(42)启开，其后继设备(排液蠕动泵挤管轮(15)以及培养系统内部产生某种动作状态。当定时2电路计时，与非门1／4CD4011(30)输出“1”信号时，3DG14(40)、(41)导通，继电器J(42)吸合其后续设备排液蠕动泵和排液柱时，又产生另一种动作状态(即培养系统内部的正、负压力和液体流向随挤管轮转向的变换而改变)。
三、根据本实用新型的技术方案给出的实施例如下电子数字定时交替控制器的构成包括时基电路、定时1和2电路、设定1和2电路、交替控制电路和执行电路。
(一)时基电路包括秒发生器3272(20)、分计数器CD4018(21)和(22)、震荡分频石英晶体管(47)、三极管3DG6(36)、(37)，3DG14(38)以及与3DG6(36)、(37)连接的发光二极管(48)。
其电路连接关系是电阻(50)的一极连接电源电压正极，另一极与二极管(51)的阳极连接，同时接于秒发生器3272(20)的1脚和三极管(36)的发射极。二极管(52)的阳极与二极管(51)的阴极连接，其另一极与电源电压零电位连接。石英晶体管(47)的两个引端分别与秒发生器(20)的7、8脚连接，二极管(54)的阴极接到(20)的3脚，其阳极同时与三极管3DG6(36)的基极连接，(36)的集电极和3DG6(37)的基极连接，(37)的集电极经电阻(55)接至三极管3DG14(38)的基极，再和分计数器CD4018(21)的1、4脚连接，分计数器CD4018(21)的2、3、7、9、10、12脚均与电源电压零位连接，(21)的1、6脚短接后再和分计数器CD4018(22)的1、4脚连接，(22)的2、3、7、9、10和12与电源电压零电位连接(22)的1、13脚短接后与定时1电路的分计数器CD4017(23)的14脚以及交替控制电路的或门1／4CD4071(35)的1脚连接，分计数器CD4018(21)、(22)的15脚连接后与交替控制电路的或门1／4CD4071(33)的10脚连接。
(二)定时电路包括定时1电路和定时2电路1、定时1电路由集成电路计数器CD4071(23)、(24)组成，其电路连接关系是分计数器CD4017(23)的14脚与时基电路的分计数器CD4018(22)的1、13脚连接，(23)的12脚与(24)的14脚连接，(23)、(24)的1、2、3、4、5、6、7、9和10脚分别与设定1电路的数字拨盘开关(43)、(44)的0－9脚连接，分计数器CD4017(23)、(24)的15脚相短接后与交替控制电路中的与非门1／4CD4014(32)的4脚连接，分计数器CD4017(23)、(24)的13脚短接后与交替控制电路中的与非门1／4CD4011(29)的10脚连接。
2、定时2电路由集成电路分计数器CD4017(25)、(26)组成，其分计数器CD4017(25)的14脚和或门1／4CD4071(35)的3脚连接，或门1／4CD4071(35)的12脚接于计数器CD4017(26)的14脚，(25)、(26)的15脚并联后接于(27)的6脚，(25)、(26)的13脚互接后与三极管3DG14(39)的集电极连接，(25)、(26)的1、2、3、4、5、6、7、9和10脚分别与设定2电路的数字拨盘开关0－9的引脚连接。
(三)设定电路包括设定1电路和设定2电路1、设定1电路由十进制数字拨盘开关(43)、(44)组成。其电路连接如(43)、(44)的0－9引脚分别与(23)、(24)的1、2、3、4、5、6、7、9和10脚连接。(43)的公共引脚与(28)的1脚连接。
2、设定2电路由十进制数字拨盘开关(45)、(46)的0－9脚分别与(25)、(26)的1、2、3、4、5、6、7、9和10脚连接。(45)的公共引脚和与非门CD4011(31)的6脚连接。(46)的公共引脚与(31)的5脚连接。
(四)交替控制电路由双单稳态集成电路CD4528(27)和与非门(28)、(29)、(30)、(31)、或门(32)、(33)、(34)、(35)以及晶体管(39)组成。其电路连接是与非门1／4CD4011(28)的2脚与十进制数字拨盘开关(43)的公共引脚，与非门CD4011(31)的5脚接至(46)的公共引脚，(31)的6脚接到(45)的公共引脚，(28)的3脚和与非门CD4011(29)的8、9脚连接，执行电路中的与非门1／4CD4011(30)的12、13脚和该电路中(35)的2脚连接，(29)的10脚接至(27)的4脚和(23)、(24)的13脚。(31)的4脚经电阻(60)接至三极管(39)的基极，其集电极与(25)、(26)的13脚连接。
(五)执行电路由与非门(30)、晶体管3DG6(40)、3AX81(41)、继电器J(42)、续流二极管(49)等组成。其电路连接是(30)的12、13脚与(28)的3脚和(29)的8、9脚连接，(30)的11脚经电阻(56)接至(40)的基极，(40)的集电极经(57)接至(41)的基极，(42)的两端分别接至(41)的集电极和电源电压零电位，(49)的阳极和(41)的集电极相连接，其阴级接至电源电压零电位，继电器J(42)的1、5、引脚短接后与其后续设备(排液蠕动泵(14)的驱动电压的正极连接，其2、4脚短接后与(14)的负极连接，(42)的3脚接(14)的一端，其6脚接(14)的另一端。
四、用该自控装置连接于NBA公司的Celligen1.5立升灌流培养罐和德国Brown公司BiostatMC 2立升培养罐上培养尿激酶工程细胞时，培养液灌流速度从0.5个逐渐增大到3个培养容量／天，细胞密度高达8.42×106个细胞／ml时，由于该自控装置的自控作用，排液柱(10)滤网(11)上始终没有细胞堵塞发生，培养物产量较不加自控装置者高20倍。
五、说明书附图
图1有电子数字定时交替控制器的Celligen灌流培养设备图2数字定时交替控制器电路
权利要求一种细胞微载体灌流培养系统的自控装置，由一台电子数字定时交替控制器和Celligen灌流培养设备上的排液部分连接组成，该装置对灌流培养设备运转中的自动控制作用是由电子数字定时交替控制器、培养设备的排液蠕动泵上具有正、反转向的挤轮和排液柱及其硅胶软管道来共同完成的，其特征在于1、该自控装置和电子数字定时交替控制器的连接是由控制器的执行电路终端继电器J(42)的1.5引脚与排液蠕动泵上的驱动电压的正极连接，2.4引脚与其负极连接以及其3.6引脚与马达连接组成；
2.该自控装置上控制器的电路组成包括1)时基电路；2)定时1电路和定时2电路；3)设定1电路和设定2电路；4)交替控制电路和5)执行电路，其中(1)时基电路包括一个集成电路秒发生器3273(20)，两个分计数器CD4018(21)、(22)、一个起震荡分频作用的石英晶体管(47)，三个三级管3DG6(36)、(37)、3DG14(38)以及一个发光二极管，(2)定时1电路包括两个分计数器CD4017(23)、(24)和时基电路中分计数器CD4018(21)，CD4017(23)相连接而成；定时2电路含有两个分计数器CD4017(25)、(26)与双单稳态集成电路计数器CD4528(27)以及三极管3DG14(39)相连接，(3)设定1电路包括两个十进制数字拨盘开关(43)、(44)与分计数器CD4017(23)、(24)和与非门CD4011(28)相连接；设定2电路包括两个十进制数字拨盘开关(45)、(46)和与非门CD4011(31)相连接，(4)交替控制电路包括双单稳态集成电路计数器CD4528(27)和四个与非门1／4CD4011(28)、(29)、(30)、(31)，一个与非门1／4CD4014(32)，三个或门1／4CD4071(33)、(34)、(35)以及晶体管3DG14(39)与十进制数字拨盘开关1／4CD4017(45)、(46)相连接，(5)执行电路包括两个和与非门1／4CD4011(28)、(29)相连接的与非门1／4CD4011(30)，一个晶体管3DG14(40)、一个3AX81(41)、一个和排液蠕动泵电源电压零电位连接的继电器J(42)以及一个续流二极管(49)。
专利摘要一种细胞微载体灌流培养系统的自控装置，由一台电子数字定时交替控制器及其后续设备灌流培养系统中的排液蠕动泵、排液柱和排液软管道等的技术配套组成。该自控装置在控制器的自动调控下能有效地排除灌流培养中因大量细胞和微载体堵塞滤网而影响培养效果的问题。其定时精度24小时误差小于5秒钟。
文档编号H03K17/28GK2177017SQ9120889
公开日1994年9月14日 申请日期1991年5月30日 优先权日1991年5月30日
发明者肖成祖, 周鹤山, 黄子才 申请人:中国人民解放军军事医学科学院生物工程研究所