专利名称：环境自控型细胞学实验平台的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种应用于生命科学和细胞生物学等研究领域的细胞实 验平台，特别是一种具有细胞培养环境自主调控能力的细胞微重力效应模拟平台。
背景技术：
受航天医学细胞学空间实时实验机会少、投入大和风险高等因素的限 制，地基模拟研究就成为了开展天基研究的前提与重要补充，这对细胞学微重力效应地基 模拟研究实施平台提出了更为迫切的需求。目前，地基模拟平台研制已成为国内外研究热 点，特别是在细胞分子水平开展的航天医学细胞学研究地基模拟研究平台已成为本领域关 注的焦点。国外微重力效应地基模拟平台的研制以NASA研制的系列回转器(RotateWall Vessels,RffVs)为代表。本领域现已研制出不同系列各种型号的地基模拟设备服务于不同 医学研究目标。正是由于上述设备的广泛使用，其局限性也逐步显露出来。首先，现有设备 不能自主调控细胞培养环境，不能满足中长期航天医学细胞学研究需要。现有设备均采用 全密封细胞培养模式，细胞生长环境的稳定通过细胞培养液的人工更换实现，这将影响后 续更长时间细胞学实验的顺利实施。第二，现有设备不能独立自主工作，要求与附属设备配套使用，不能集成到亚磁设 备和人工辐射设备中，满足不了亟待开展的航天医学细胞学空间复合效应研究的需要。发明内容本发明的目的是建立一种环境自控型细胞学实验平台，可用于地面细 胞学微重力效应模拟研究，并具有独立自主工作和细胞培养环境自动调控能力，支持航天 医学细胞学地面研究。平台主要包括细胞培养环境自主调控系统、准开放式细胞培养体系、 多参数监测系统和细胞培养区等部分。设备中细胞培养环境自主调控系统是维持细胞必要生长环境的执行机构，主要包 括气体成份控制系统和温度控制系统。所述的气体成份控制系统的目标是调控CO2浓度， 由气瓶、压力管、减压阀、电磁阀、过滤器、CO2传感器组成，所有组件部件通过压力管依次联 接。从气瓶流出的CO2气体通过压力管流经减压阀后到达电磁阀。设备要求供气时，电磁 阀开启，CO2气体经过滤器过滤后注入设备细胞培养区，浓度满足要求后电磁阀关闭设备自 动停止供气。所述的温度控制系统由保温结构、加热器、散热器、风机和传感器组成，保温结 构包裹在细胞培养区外侧，加热器、散热器和风机固定在细胞培养区一角，传感器安装于细 胞培养区内侧。准开放式细胞培养体系是以半透膜技术为支撑细胞培养体系，包括专用细胞培养 瓶、样本支持架、半透膜和密封盖等部分。样本支持架内置于细胞培养瓶，半透膜固定于密 封盖内侧。多参数监控系统的功能在于监控设备工作状态参数，主要包括CO2浓度、细胞培养 温度和电机工作转速等。多参数监测系统由微处理器、A/D转换、D/A转换、参数控制器和参 数传感器组成。系统通过对温度、CO2浓度和转速的数据采集，比较与设定值的大小；调节 控制执行元件动作，使实际值趋向设定值。本发明采用上述技术方案后，其显著特点是1)具有独立自主工作能力，正常工作不依赖其它设备；
2)可自动调控细胞培养环境，保证细胞正常生长。
图1为本发明整体结构示意图。实施例本发明中气体成份控制系统采用的气瓶2为300ml高压气瓶，可耐受300 个大气压，减压阀1通过M18螺纹与气瓶2联接的，减压阀1出口与电磁阀4进气口之间用 外径5mm紫铜压力管3相联，电磁阀4流出的气体经过22 μ m过滤器5过滤后注入细胞培 养区6中，CO2传感器选16用了非扩散红外传感器。细胞培养区6外侧保温材料11采用聚氨酯泡沫材料直接发泡成型，加热器12为 220V膜式电加热器，加热面积为5 X 5mm2，散热器13为铝质直翅散热器，加热器12与散热 器13间涂覆导热硅脂后用4个M2螺钉固定，风机14为12V轴流式风机，加热器12和散热 器13组件用2个M3螺钉固定在风机14出风口上，温度传感器15用导热胶固定在细胞培 养区6内侧。所述准开放式细胞培养体系中细胞培养瓶7用医用聚碳酸酯注塑成型，内径 30mm,高40mm，壁厚2mm，样本架8同样由医用聚碳酸酯注塑成型，可放置6片样本。半透膜 9由医用硅橡胶加工，厚0. 1mm，密封盖10通过M36螺纹与细胞培养瓶7联接，拧紧密封盖 10后，半透膜9压紧在细胞培养瓶7瓶口。当设备工作时，加热器12开始加热，热量传导到散热器13后由风机14在细胞培 养区6内形成强制对流，使细胞培养区温度维持在36. 5°C 士0. 5°C ；CO2气体从气瓶2中流 出，经减压阀1减压后到达电磁阀4，当细胞培养区6要求补充CO2时，多参数监控系统控制 电磁阀4开启，CO2气体流过电磁阀4并经过滤器5过滤后注入细胞培养区6中，确保细胞 培养区CO2浓度维持在5% 士0.3%水平。CO2通过半透膜9进入细胞培养瓶7内，满足细 胞生长要求。上述方案实现后，设备具有了独立工作能力，并且能力自动调节细胞培养区环境， 满足细胞正常生长要求。
权利要求
1. 一种环境自控型细胞学实验平台，包括细胞培养环境自主调控系统、准开放式细胞 培养体系、多参数监测系统和细胞培养区，其特征在于所述的细胞培养环境自主调控系统 包括气体成份控制系统和温度控制系统；气体成份控制系统由气瓶、压力管、减压阀、电磁 阀、过滤器、CO2传感器组成，所有组件部件通过压力管依次联接；温度控制系统由保温结 构、加热器、散热器、风机和传感器组成，保温结构包裹在细胞培养区外侧，加热器、散热器 和风机固定在细胞培养区一角，传感器安装于细胞培养区内侧；所述的准开放式细胞培养 体系是以半透膜技术为支撑细胞培养体系，包括专用细胞培养瓶、样本支持架、半透膜和密 封盖，样本支持架内置于细胞培养瓶，半透膜固定于密封盖内侧；所述的多参数监控系统的 功能在于监控设备工作状态参数，包括微处理器、A/D转换、D/A转换、参数控制器和参数传 感器组成。
全文摘要
一种具有独立自主工作和细胞培养环境自动调控能力的细胞学实验平台。其特征是包括细胞培养环境自主调控系统、准开放式细胞培养体系、多参数监测系统和细胞培养区等部分；细胞培养环境自主调控系统包括气体成份控制系统和温度控制系统；准开放式细胞培养体系是以半透膜技术为支撑细胞培养体系，包括专用细胞培养瓶、样本支持架、半透膜和密封盖等部分，样本支持架内置于细胞培养瓶，半透膜固定于密封盖内侧；多参数监测系统由微处理器、A/D转换、D/A转换、参数控制器和参数传感器组成。本发明显著特点是具有独立自主工作能力，可用于地面细胞学微重力效应模拟研究，能自动调控细胞培养环境，保证细胞正常生长。
文档编号C12M3/06GK101993823SQ200910169640
公开日2011年3月30日 申请日期2009年8月28日 优先权日2009年8月28日
发明者丁柏, 万玉民, 于建茹, 李莹辉, 王春艳, 聂捷琳, 谭映军, 顾寅, 黄增明 申请人:中国航天员科研训练中心