基于模块化的个性化定制干细胞手动扩增培养设备的制作方法

本发明涉及一种干细胞扩增设备，尤其涉及一种基于个性化的干细胞扩增培养、且细胞扩增培养环境能自动控制、关键指标能实时在线监测的模块化干细胞扩增设备。

背景技术：

在当前临床医学、生命科学、细胞生物学等研究领域中，干细胞的大量扩增培育是非常重要的工作，特别是在基于干细胞的治疗、美容、修复等过程中，对干细胞扩增培育的个性化与定制化的要求比较高。

目前市面上已有的干细胞培养设备没有细胞培养环境自主调控的能力，且设备的正常工作还要依赖细胞培养箱等辅助设备，这使现有的设备在操作性与应用领域等方面受到影响。由于目前已有的干细胞培养设备没有配置完善的在线参数监测系统，这使干细胞的扩增培育过程中不能进行实时监控。

技术实现要素：

为解决上述技术问题，本发明提供了一种基于模块化的个性化定制干细胞手动扩增培养设备，其能够进行个性化干细胞定制扩增培养，该设备集成的细胞培养环境温度与气体成分自动控制系统使其不用依赖其他周边辅助设备就能够实现干细胞培养，且该设备所集成的细胞增殖密度检测传感器能够实现对细胞生长增殖情况的监控。

本发明的技术方案是：

本发明公开了一种基于模块化的个性化定制干细胞手动扩增培养设备，该培养设备由下述部件组成：

外壳，所述外壳包括由铰链连接的保温盖和底座，且该保温盖能够在底座上大于90度进行开启并能够锁紧于底座上，保温盖上设有触摸屏，底座内设有控制电路板，所述触摸屏与控制电路板相连；

核心部件，所述核心部件包括一位于底座内的上端敞口的保温罩，该保温罩内定位设有一底板，该底板的后端固设有样本支持座，该底板的前端固设有传动座，设有若干个并行排列的样本架，所述样本架通过样本架转动轴架设于样本支持座和传动座之间，该样本架能够在驱动结构的驱动下绕其中心轴转动；其中所述样本架包括模块支架和若干个独立的培养模块，所述培养模块被夹持于模块支架内；所述培养模块包括设于由上、下盖扣合连接形成的容置舱内的细胞培养袋，所述细胞培养袋上设有阻抗传感器；

控制执行系统，该控制执行系统包括固设于所述底板上并位于样本架下方的t型隔板，该t型隔板的水平板上面的一端固设有一摄像头，t型隔板的竖直板一侧的中间位置处固设有小安装座，且竖直板的一端的两侧固设有大安装座，所述小安装座上固设有温度传感器、co2传感器和接线座，所述大安装座的上面固设有一风扇，大安装座的底面固设有一散热器，该散热器的下表面上固设有一加热器；t型隔板的竖直板另一侧上固设有电磁阀和输气管，该输气管的一端与电磁阀的进口相连，输气管的另一端穿设过核心部件与底座后与气瓶连通；所述摄像头、温度传感器、co2传感器、风扇、散热器、加热器和电磁阀均用所述接线座通过引线与控制电路板相连。

其进一步的技术方案是：

所述保温盖包括层叠固定连接在一起的内盖和外盖，所述内盖表面上贴覆设有呈片状结构的保温材料，该内盖的前沿处定位安装有扣紧锁，所述铰链定位安装于该内盖的后沿处；所述外盖上开设有一安装通孔，设有一安装底板，所述触摸屏固定设于该安装底板上，安装底板固设于所述安装通孔处且触摸屏露出于所述安装通孔，所述触摸屏上贴覆有防护膜。

所述底座包括一后侧开口的防护壳，该防护壳内固定套设有一核心部件安装座，所述控制电路板固设于核心部件安装座的后侧板上，设有一维修盖，该维修盖可拆卸式定位安装于防护壳的后侧面与防护壳形成一体并覆盖住所述控制电路板。

所述培养模块的上盖和下盖的一端由活动销铰接式定位连接，该上盖和下盖的另一端通过设置于下盖上的定位销使上、下盖能够扣合形成所述容置舱；所述细胞培养袋包括袋体和设于袋体同一端的一个进口及一个出口，且所述进、出口露出于容置舱。

所述核心部件中的驱动结构包括一安装于传动座外侧的电机，该电机的输出轴伸入传动座内侧并位于t型隔板的水平板下方；设有第一同步轮和第二同步轮，第一同步轮锁紧定位于电机的输出轴上，第二同步轮锁紧定位于和电机输出轴同侧的样本架的转动轴上，该第一、二同步轮均位于传动座的内侧；设有第一同步带和第二同步带，所述第一同步带的两端分别装设于第一同步轮和第二同步轮上，所述第二同步带的两端分别装设于不同的第二同步轮上，所述电机输出轴的转动通过第一、二同步轮和第一、二同步带的传动带动样本架转动轴的转动。

所述模块支架包括上部组件和下部组件，上部组件的一端与下部组件的一端铰接式连接，且上部组件的另一端与下部组件的另一端能够通过扣合式锁紧件锁紧和打开。

所述上部组件包括一个t型连接块和一个一字型连接块，该t型连接块和一字型连接块之间固设有两根间隔排列的第一支持杆，所述t型连接块的内侧中间位置处固设有一锁紧环；所述下部组件包括一个半圆连接块和一个п型连接块，该半圆连接块和п型连接块之间固设有两根间隔排列的第二支持杆，所述半圆连接块的内侧中间对应锁紧环处固设有一锁紧扣；所述锁紧环和锁紧扣能够锁紧和打开，且所述培养模块被夹持于第一、二支持杆之间。

所述样本架的转动轴包括一长轴和一短轴，所述长轴固设于半圆连接块外侧中间位置处，所述短轴固设于п型连接块外侧中间位置处。

所述上、下部组件铰接式连接的结构为：设有一活页，该活页的左侧固设于一字型连接块的外侧上，该活页的右侧固设于п型连接块的外侧上。

所述核心部件还包括固设于底板左右两侧的侧板和固设于传动座外侧的传动座盖板；设有一基础圈和一外板圈，该基础圈和外板圈的中间均开设有能够取放样本架的敞口，所述基础圈固设于样本支持座、传动座和侧板的上沿，所述外板圈固设于基础圈的上表面；所述外板圈上沿其敞口处开设有密封圈槽，该密封圈槽内固设有密封圈；所述基础圈的两端分别固设有一维修提手。

本发明的有益技术效果是：该培养设备具有以下技术特点：

1、采用了细胞培养模块进行干细胞培养的模式，可进行个性化干细胞的定制扩增培养；

2、集成了细胞培养环境温度与气体成份自动控制系统，使本发明不用依赖其它周边辅助设备，即可实现干细胞培养；

3、集成了细胞增殖密度检测传感器，实现对细胞生长增殖情况的监控。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图；

图2是本发明保温盖的爆炸结构示意图；

图3是本发明底座的爆炸结构示意图；

图4是本发明核心部件的爆炸结构示意图；

图5是本发明控制执行系统的结构示意图之一；

图6是本发明控制执行系统的结构示意图之二；

图7是本发明样本架的结构示意图；

图8是本发明模块支架的结构示意图；

图9是本发明培养模块的结构示意图；

图10是本发明细胞培养袋的结构示意图；

其中：

1-外壳；

11-保温盖；111-内盖；112-外盖；113-保温材料；114-扣紧锁；115-安装通孔；116-安装底板；117-触摸屏；118-防护膜；

12-底座；121-防护壳；122-核心部件安装座；123-控制电路板；124-维修盖；

13-铰链；

2-核心部件；

21-保温罩；22-底板；23-样本支持座；24-传动座；

25-样本架；

251-模块支架；

251a-上部组件；

251a1-t型连接块；251a2-一字型连接块；251a3-第一支持杆；

251b-下部组件；

251b1-半圆连接块；251b2-п型连接块；251b3-第二支持杆；

251c-锁紧件；

251c1-锁紧环；251c2-锁紧扣；

251d-活页；

252-培养模块；

2521-上盖；2522-下盖；2523-活动销；2524-定位销；2525-容置舱；

2526-细胞培养袋；

2526a-袋体；2526b-进口；2526c-出口；2526d-阻抗传感器；

26-样本架的转动轴；261-长轴；262-短轴；

27-驱动结构；271-电机；272-第二同步轮；273-第一同步带；274-第二同步带；

28-侧板；29-传动座盖板；210-基础圈；211-外板圈；212-密封圈；213-维修提手；

3-控制执行系统；

31-t型隔板；32-摄像头；33-小安装座；331-温度传动器；332-co2传感器；333-接线座；34-大安装座；341-风扇；342-散热器；343-加热器；35-电磁阀；36-输气管。

具体实施方式

为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述，以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

本发明所述的基于模块化的个性化定制干细胞手动扩增培养设备由外壳1、核心部件2和控制执行系统3组成。

外壳1包括由铰链13连接的保温盖11和底座12，且该保温盖能够在底座上大于90度进行开启并能够锁紧于底座上，保温盖上设有触摸屏117，底座内设有控制电路板123，触摸屏与控制电路板相连；

保温盖11由防护膜118、触摸屏117、安装底板116、外盖112、扣紧锁114、内盖111、保温材料113和铰链13组成。外盖和内盖利用abs材料采用cnc技术整体加工成型，整体厚度5mm，其中外盖上开设有一安装通孔115；片状结构的保温材料由pc材料发泡成型，厚10mm，长宽尺寸为300mm×200mm，用3m双面胶粘贴在内盖表面中间位置；ll-66s型不锈钢扣紧锁通过2个m2.5螺钉安装于内盖前沿，ti-340-5.00型扭矩阻尼铰链通过安装孔定位安装于内盖后沿；10寸16：9的触摸屏用4个m3螺钉固定在abs材料的安装底板上，8mm厚的安装底板用6个m3螺钉固定于外盖内侧中间位置，并使触摸屏由外盖中间的安装通孔115露出；透明ps材料的防护膜尺寸为210mm×150mm，厚度为0.2mm，通过3m双面胶贴在触摸屏表面；外盖和内盖层叠设置且二者间用8个m5不锈钢螺钉连接在一起。

底座12包括核心部件安装座122、后侧开口的防护壳121、维修盖124和控制电路板123。防护壳和核心部件安装座均采用abs材料由cnc技术整体加工成型，整体厚度5mm，核心部件安装座通过10个m3螺钉套设固定于防护壳中间位置；控制电路板通过4个m3螺钉安装于核心部件安装座后侧板处的位置上；采用abs材料由cnc技术整体加工成型，整体厚度5mm的维修盖安装于防护壳的后侧面，并用2个m4螺钉固定，与防护壳形成一体并覆盖住控制电路板。

核心部件2包括密封圈212、外板圈211、基础圈210、样本支持座23、样本架25、侧板28、保温罩21、底板22、驱动结构27(包括电机271、第一同步轮(图中不可见)、第二同步轮272、第一同步带273和第二同步带274)、传动座盖板29、维修提手213、传动座24，其中本具体实施例中样本架为两个。保温罩21的上端敞口且位于底座12的核心部件安装座内；底板22采用2a12铝合金由机械加工成型，厚度为10mm，尺寸为600mm×300mm，该底座固设于保温罩21内；控制执行系统3通过4个m4螺钉固定于底板22中间位置；样本支持座23采用2a12铝合金由机械加工成型，尺寸为300mm×190mm×51.5mm，安装于底板后端用3个m3螺钉固定；传动座24采用2a12铝合金由机械加工成型，尺寸为300mm×190mm×51.5mm，用3个m3螺钉固定安装于底板前端；驱动结构27中的st-90型步进电机271用4个m4螺钉安装于传动座外侧，电机的输出轴伸入传动座内侧，位于控制执行系统下方，具体为位于t型隔板的水平板下方；本具体实施例中的两个样本架通过两端的直径为10mm的不锈钢转动轴26采用滑动配合分别安装于样本支持座23和传动座24对应的孔中，且样本架能够在驱动结构的驱动下绕样本架的中心轴自由转动；驱动结构27中的具有64个矩形齿的第一、二同步轮用45号钢加工成型，通过m2紧定螺钉分别将第一同步轮锁紧在电机输出轴上，将第二同步轮锁紧在与电机输出轴同侧的样本架的转动轴上，该第一、二同步轮均位于传动座的内侧；在本具体实施例中第一、二同步带各为一条，均为5mm矩形齿宽的同步带，第一同步带的两端分别装设于第一同步轮和第二同步轮上，第二同步带的两端分别装设于不同的第二同步轮上；所述电机输出轴的转动带动第一同步轮转动，通过第一同步带带动一个第二同步轮转动，在通过装设于该第二同步轮上的第二同步带的传动作用带动另一个第二同步轮转动，可以根据样本架的数量设置第二同步轮和第二同步带的数量，通过第一、二同步轮和第一、二同步带的传动带动样本架转动轴的转动。由a12采用机加工成型的传动座24尺寸为300mm×190mm，厚度10mm，传动座盖板29通过6个m3螺钉安装于传动座一侧；2块侧板28由a12采用机加工成型，尺寸为600mm×190mm，厚度5mm，位于底板的左右两侧，分别并通过6个m3螺钉固定于底板上；基础圈210用聚碳酸脂材料加工，尺寸为670mm×310mm，厚度10mm，位于样本支持座、传动座和2块侧板的上沿，并通过10个m3螺钉分别固定；外板圈211用聚四氟乙烯材料加工，尺寸为670mm×310mm，厚度2mm，安装于基础圈上面用10个m3螺钉固定；上述基础圈和外板圈的中间均开设有能够取放样本架的敞口；密封圈212采用硅橡胶材料模压成型，截面尺寸为8mm×8mm，用胶粘附在外板圈上沿其敞口处开设的密封圈槽中；维修提手用5mm不锈钢丝弯制，固设于基础圈的两端。

模块支架包括上部组件251a和下部组件251b，上部组件的一端与下部组件的一端铰接式连接，且上部组件的另一端与下部组件的另一端能够通过扣合式锁紧件251c锁紧和打开。其中上部组件包括一个t型连接块251a1和一个一字型连接块251a2，该t型连接块和一字型连接块采用2a12铝合金材料由机加工成型，厚度为5mm；t型连接块和一字型连接块之间固设有两根间隔排列的直径为8mm不锈钢管制成的第一支持杆251a3，两根第一支持杆分别用2个m3螺钉通过t型连接块和一字型连接块固定在一起；t型连接块的内侧中间位置处固设有一锁紧环251c1，该5mm不锈钢锁紧环用2个m3螺钉固定于t型连接块的中间，上述一起组成模块支架的上部组件251a。其中下部组件251b包括一个半圆连接块251b1和一个п型连接块251b2，半圆连接块和п型连接块采用2a12铝合金材料由机加工成型，厚度为5mm；半圆连接块和п型连接块之间固设有两根间隔排列的直径为8mm不锈钢管制成的第二支持杆251b3，两根第二支持杆分别用2个m3螺钉将半圆连接块和п型连接块固定在一起，半圆连接块的内侧中间对应锁紧环处固设有一锁紧扣251c2，该锁紧扣用2个m3螺钉固定于半圆连接块内侧的中间；样本架的转动轴26包括一长轴261和一短轴262，长轴和短轴均采用1cr13材料加工，直径均为10mm，其中长轴长度为40mm，短轴长度为20mm，长轴用1个m5螺钉固定于半圆连接块外侧中间部位，短轴用1个m5螺钉固定于п型连接块外侧中间部位，上述一起组成模块支架的下部组件；模块支架的上、下部组件通过hg_ts03阻尼活页251d连接，该活页的左侧固设于一字型连接块的外侧上，该活页的右侧固设于п型连接块的外侧上；上、下部组件的另一端利用锁紧扣和锁紧环扣在一起，将培养模块固定于4根支杆中间。

本申请中若干个培养模块相对独立设置。每个培养模块由上盖2521、下盖2522、活动销2523、定位销2524和细胞培养袋2526组成。上盖与下盖均采用有机玻璃模压加工成型，壁厚5mm，外形直径为70mm，上、下盖的一端之间采用活动销2523铰接式定位连接，能够自由开合；上、下盖的另一端通过设置于下盖上的定位销使上、下盖能够扣合形成容置舱2525，将细胞培养袋2526放入容置舱2525的下盖内后，利用2mm不锈钢定位销，上下盖之间准确扣合，形成一个整体。

细胞培养袋2526由一个进口2526b、一个出口2526c、袋体2526a和一个传感器2526d组成。进口和出口均为标准鲁尔接头，通过热合的方式粘接在袋体上，且该进、出口露出于容置舱2525；传感器为阻抗传感器；袋体材料为pet，吹塑成型，容积为250ml，厚度为0.2mm。

控制执行系统3由摄像头32、t型隔板31、小安装座33、大安装座34、温度传感器331、co2传感器332、接线座333、风扇341、加热器343、散热器342、电磁阀35与输气管36组成。t型隔板通过4个m4螺钉固定于底板22中间位置上并位于样本架下方。t型隔板的水平板和竖直板均由abs材料机加工成型，水平板厚度为2mm，竖直板厚度为10mm；usb微光摄像头用2个m3螺钉固定在t型隔板的水平板的一端；t型隔板的竖直板用4个m4螺钉固定于水平板背面中间；小安装座用0.5mm厚的1cr13不锈钢板弯制，上表面尺寸为40mm×50mm，通过2个m3螺钉安装于竖直板中间位置，温度传感器、co2传感器和接线座分别为用4个m2固定在其上表面；大安装座用0.5mm厚的1cr13不锈钢板弯制，上表面尺寸为70mm×50mm，通过4个m3螺钉固定于竖直板一端，6010型5v直流风扇用4个m3螺钉固定在其上表面；24v薄膜型加热器尺寸为15mm×40mm，用3m双面胶贴在铝合金散热器表面后，通过4个m3螺钉将加热器和散热器一起固定在大安装座底面；12v微型电磁阀固定于竖直隔板侧面，直径3mm的聚四氟乙烯输气管一端与电磁阀进口相接，另一端与穿过核心部件与底座12后，与设备的气瓶相连。上述的摄像头、温度传感器、co2传感器、风扇、散热器、加热器和电磁阀均用所述接线333通过引线与控制电路板123相连。

工作模式如下所述：用注射器向细胞培养袋中注入细胞与培养液约250ml，将细胞培养袋装入培养模块后并固定到模块支架中。打开电源开关，设备在触摸屏上显示参数输入界面，可根据实验要求输入实验参数；按输入界面的启动键后，设备进入自动干细胞扩增培育工作模式，设备自动控制核心部件区域温度为36.5℃±0.5℃，co2浓度为5％±0.5％。干细胞扩增培育过程中，传感器实时监测细胞浓度，当细胞浓度达到要求时，设备提示细胞培养流程结束。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，并不用于限制本发明，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。