一种模块式细胞培养和运输组件的制作方法

本发明涉及一种生物学装置，尤其涉及一种细胞模块化培养和运输组件。

背景技术：

随着干细胞和免疫细胞在医学治疗中的广泛使用，规范化的、个性化规模化细胞生产和运输成为医学领域发展和应用的关键瓶颈之一。美国国家细胞制造协会(nationalcellmanufacturingconsortium,ncmc)在其2016年初公布的有关规模化制造各种供临床治疗使用细胞生产的十年路线图中指出,目前在细胞工业化生产过程中,从细胞生产工艺，保存，配送，处理等各个步骤都存在技术、监控、数据管理等一系列有待改进和标准化的地方。而这一生产过程又因为治疗个性化的需求变得更加复杂。

目前市场上有多种商用自动化或半自动化细胞培养系统，其中多数仅适用于同时进行少数细胞产品的大量培养和扩增。因而并不适用于个性化治疗的需求，即量小而数多的情形。例如，在个性化细胞工业生产中心很可能同时进行数百或数千个患者细胞的扩大生产，而每一个细胞培养的需求量小于5升。这就给生产过程中的监控，调节，质检以及成本控制等方面带来一系列前所未有的问题。

此外，临床个性化细胞治疗受到限制的另一个重大因素就是细胞产品的运输问题。如果采用凍存细胞运输，其复活率很难超过50％-60％。而采用目前市场提供的活细胞运输的设备则仅仅可以保存24小时的细胞活力。这是因为目前保存活细胞的培养皿不可能保证在长达数天的运输过程中为细胞补充足够的营养成分和氧气。同时目前的细胞培养皿在运输过程中受到污染的风险也较大。为此，绝大部分细胞治疗是在医院或研究中心进行。这就限制了细胞治疗技术的推广和应用。同时由于每个医院或研究所工作人员的技术和操作水平不一，也使得细胞治疗的质量和效果很难得到统一和提高。

因此，有鉴于上述的缺陷，本设计人，积极加以研究创新，以期创设一种新型结构的个性化、模块化的细胞培养、管理和运输一体化的组件，使其更具有产业上的使用价值。

技术实现要素：

为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种自动化程度高、成本较低且细胞培养方便、运输便捷、安全、有效的模块式细胞培养和运输组件。

本发明的模块式细胞培养和运输组件，包括顶盖、位于所述顶盖下方的连接框、位于所述连接框下方的底盖，所述顶盖与连接框之间设置有透气膜，所述连接框与底盖之间设置有透水膜，所述顶盖与透气膜包围形成用于存储空气的空气室，所述透气膜、连接框和透水膜包围形成用于培养细胞的细胞培养室，所述透水膜与底盖包围形成用于存储培养液的培养基室，所述顶盖的侧壁上设有分别与所述空气室连通的空气进口和空气出口，所述连接框的侧壁上设置有与所述细胞培养室分别连通的细胞进口和细胞出口，所述底盖的侧壁上设置有与所述培养基室连通的培养基进口和培养基出口，所述培养基室内还设置有ph值传感器。

具体实施时，该模块式细胞培养和运输组件通过空气、细胞、和培养基的进口、出口与细胞培养中枢连接。每个模块式细胞培养和运输组件可以按照需求在任何时间点连接和脱离中枢系统。

借由上述方案，本发明至少具有以下优点：本发明的模块式细胞培养和运输组件，空气室和细胞培养室之间设有透气膜，通过透气膜的作用，使得空气室内的含有5％二氧化碳的空气能够不断地与细胞培养室进行气体交换，以供细胞呼吸使用。设置于细胞培养室和培养基室之间的透水膜能够将位于培养基室内的培养基不断地与细胞培养室进行培养基交换，以供细胞吸收。培养基室内设置的ph值传感器可将培养基的ph值数据传送至控制中心，从而使得控制中心能够对培养基室内的培养基更换速率进行控制，取代了操作人员的主观判断、人工换液的传统方式，实现了数控有效换液，而且避免了人工换液可能带来的浪费现象，降低了细胞规模化生产的成本，并解决了多次换液可能造成的细胞污染问题。

本发明的模块式细胞培养和运输组件不但解决了细胞规模化培养的问题，同时也解决了细胞的运输问题，使用本发明的模块式细胞培养和运输组件进行个性化细胞规模化培养后，模块式细胞培养和运输组件可以直接从培养系统上脱离，并进行整体运输，而无需将细胞重新进行灌装，减少了细胞污染的风险。同时透气膜和透液膜的设置，能够最大限度的保证在运输的过程中细胞对新鲜气体和培养基的后续需求，从而大大增加了新鲜细胞的存活率，保证了足够量细胞的临床使用，并从根本上排除了使用凍存细胞运输的方法。

此外，具体实施时模块式细胞培养和运输组件上可设置识别标识码，如二维码等，其保证了个性化细胞从临床采集，培养，运输到临床使用整个过程中的可追溯性。临床医师和患者不但可以通过细胞生产中心提供的加密系统观察和查寻细胞生产和运输过程，也可以通过识别标志码确定细胞产品的唯一性和正确性。

综上所述，本发明的模块式细胞培养和运输组件，自动化程度高、成本较低且细胞运输便捷、安全、有效。

进一步的，本发明的模块式细胞培养和运输组件，所述顶盖和连接框之间、连接框和底盖之间分别设置有密封圈。

密封圈能够有效防止空气或培养基的泄漏，除密封圈外，还可通过其他密封材料或使用特殊技术(如超声密封)对模块式细胞培养和运输组件进行有效密封。

进一步的，本发明的模块式细胞培养和运输组件，所述顶盖、连接框和底盖均为立方形。

此设计使得模块式细胞培养和运输组件易于堆叠设置，从而使得操作人员能够利用多个模块式细胞培养和运输组件组装为较大规模的培养系统，同时该设计也使得模块式细胞培养和运输组件便于运输。

进一步的，本发明的模块式细胞培养和运输组件，所述连接框的上表面和下表面上分别设有插槽，所述顶盖的下表面和底盖的上表面上分别设置有与所述插槽适配的定位板。

该设计的目的在于使得操作人员能够将顶盖、连接框和底盖精确地对准并连接。具体工作时，操作人员将定位板对准插槽并将定位板插入插槽内即可。连接后，顶盖、底盖和连接框的表面可保持高度齐平。

进一步的，本发明的模块式细胞培养和运输组件，所述底盖的左右两侧分别设置有连接板，所述连接板的底端铰接在底盖的外侧面上，连接板的顶端与所述顶盖可拆卸地连接。

连接板的设置，使得操作人员通过连接板将顶盖和底盖连接，从而使得模块式细胞培养和运输组件在运输过程中，顶盖、连接框和底盖之间不易脱落，而且操作人员可整体搬动模块式细胞培养和运输组件，增加了运输的效率。

进一步的，本发明的模块式细胞培养和运输组件，所述顶盖的外侧面上设置有定位槽，所述连接板上设置有与所述定位槽螺纹连接的锁紧螺栓。

本设计实现了连接板与顶盖的可拆卸连接，具体使用时，操作人员可将锁紧螺栓插入定位槽内并通过螺纹将其与顶盖连接。

进一步的，本发明的模块式细胞培养和运输组件，所述连接板的外侧面上铰接有第一把手。

第一把手的设置，使得操作人员可通过第一把手搬动模块式细胞培养和运输组件，操作非常方便。

进一步的，本发明的模块式细胞培养和运输组件，所述顶盖的上表面上铰接有第二把手。

第二把手的设置使得操作人员能够通过其拎模块式细胞培养和运输组件。

进一步的，本发明的模块式细胞培养和运输组件，还包括底座，所述底座的表面设有安装槽，所述底盖的底部位于所述安装槽内，所述安装槽的底面上设置于发热电阻丝，所述发热电阻丝的上方设置有石墨膜，所述底盖由导热材料制成。

该设计的目的在于，使得操作人员在温度较低时能够通过发热电阻丝对培养基进行加热，以使其符合预定的温度。具体工作时，发热电阻丝产生的热量通过石墨膜传导至底盖并对培养基室内的培养基进行加热。

进一步的，本发明的模块式细胞培养和运输组件，所述培养基室内还设置有温度传感器。

温度传感器的设置使得控制中心能够试试掌握培养基室内的温度。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，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，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。

附图说明

图1是本发明的模块式细胞培养和运输组件的结构示意图；

图2是实施例一的模块式细胞培养和运输组件的结构示意图；

图3是图2中a部的局部放大图；

图4是高密度细胞生产系统的结构框图；

图5是实施例二的模块式细胞培养和运输组件的结构示意图；

图6是图5中b部的局部放大图。

图中，1：顶盖；2：连接框；3：底盖；4：透气膜；5：透水膜；6：空气室；7：细胞培养室；8：培养基室；9：空气进口；10：空气出口；11：细胞进口；12：细胞出口；13：培养基进口；14：培养基出口；15：ph值传感器；16：密封圈；17：定位板；18：连接板；19：定位槽；20：锁紧螺栓；21：第一把手；22：第二把手；23：底座；24：安装槽；25：发热电阻丝；26：石墨膜；27：温度传感器。

具体实施方式

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。

实施例一：

参见图1至图4，本发明一较佳实施例的一种模块式细胞培养和运输组件，包括顶盖1、位于顶盖下方的连接框2、位于连接框下方的底盖3，顶盖为开口向下的盒状结构，连接框为矩形框体，底盖为开口向上的盒状结构，顶盖与连接框之间设置有透气膜4，透气膜的边缘固定设置在顶盖的内侧面上，连接框与底盖之间设置有透水膜5，透水膜的边缘固定设置在底盖的内侧面上，顶盖与透气膜包围形成用于存储空气的空气室6，透气膜、连接框和透水膜包围形成用于培养细胞的细胞培养室7，透水膜与底盖包围形成用于存储培养液的培养基室8，顶盖的侧壁上设有分别与空气室连通的空气进口9和空气出口10，连接框的侧壁上设置有与细胞培养室分别连通的细胞进口11和细胞出口12，底盖的侧壁上设置有与培养基室连通的培养基进口13和培养基出口14，培养基室内还设置有ph值传感器15。顶盖和连接框之间、连接框和底盖之间分别设置有密封圈16。顶盖、连接框和底盖均为立方形结构。

该实施例的模块式细胞培养和运输组件，培养基室通过透水膜与细胞培养室进行培养基交换。保证细胞培养室中培养基的新鲜度。培养基室中的培养基新鲜程度主要通过内置的ph值传感器进行监控。在其ph发生变化超过预定值后，系统通过排除旧培养基，补充新培养基来进行调整。

模块式细胞培养和运输组件可以通过叠加的方法，形成高密度细胞生产系统，高密度细胞生产系统由中央控制系统和分配系统进行调控。这种设置使得组成高密度细胞生产系统的每个单元可以生产不同个体的细胞。达到个体化产品的规模化生产。

其中，控制中心和分配系统主要有两个功能：1、控制进入系统气体的成分(如二氧化碳浓度)，以及分布到各个气体室(a)的气流流速。2、接受从各个培养基室送来的ph信息。据此决定向每个培养基室提供新鲜培养基的速率。并根据反馈，调节速率。

达到生细胞培养目标的单元可直接从细胞生产系统中取出。经过空气室充气和培养基室换液后直接包装快递。由于存在相当充足的空气和新鲜培养基。样品可以在运输过程中保持细胞的活力。从而解决了细胞产品从生产到运输困难的关键问题。

综上所述，透气膜的设置，使得空气室内的含有二氧化碳的空气能够源源不断地输送至细胞培养室，以供细胞呼吸使用。设置于细胞培养室和培养基室之间的透水膜能够将位于培养基室内的培养基源源不断地输送至细胞培养室内，以供细胞吸收。培养基室内设置的ph值传感器可将培养基的ph值数据传送至控制中心，从而使得控制中心能够对培养基输送速度进行控制，取代了操作人员的主观判断、人工换液的传统方式，实现了匀速换液，而且避免了人工换液带来的污染问题，降低了细胞规模化生产的成本。本发明的模块式细胞培养和运输组件不但解决了细胞规模化培养的问题，同时也解决了细胞的运输问题，细胞规模化培养后可以直接通过模块式细胞培养和运输组件进行运输，而无需将细胞进行灌装，减少了细胞污染的风险。同时透气膜的的设置，能够最大限度的保证在运输的过程中细胞对气体的需求，增加了细胞的存活率，降低了成本。

实施例二：

参见图5和图6，该实施例与实施例一的模块式细胞培养和运输组件结构基本相同，其连接框的上表面和下表面上分别设有插槽，顶盖的下表面和底盖的上表面上分别设置有与插槽适配的定位板17。底盖的左右两侧分别设置有连接板18，连接板的底端铰接在底盖的外侧面上，连接板的顶端与顶盖可拆卸地连接。顶盖的外侧面上设置有定位槽19，连接板上设置有与定位槽螺纹连接的锁紧螺栓20。连接板的外侧面上铰接有第一把手21。顶盖的上表面上铰接有第二把手22。还包括底座23，底座的表面设有安装槽24，底盖的底部位于安装槽内，安装槽的底面上设置于发热电阻丝25，发热电阻丝的上方设置有石墨膜26，底盖由导热材料制成。培养基室内还设置有温度传感器27。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，本领域技术人员能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的保护范围由所附权利要求而不是上述说明限定。

此外，以上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。同时，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。