无菌取样探杆及培养系统的制作方法

1.本技术属于生物取样技术领域，更具体地说，是涉及一种无菌取样探杆及培养系统。


背景技术：

2.目前微生物培养、细胞培养等，一般采用玻璃培养罐来培养，培养罐罐体大小从几升到几十升不等。培养罐使用前都要灭菌处理，且使用过程中对无菌环境有很高要求，特别是要保证培养罐内部无菌。特别是有些培养对象比如细胞培养，培养容积小成本昂贵。当需要从培养罐内取出培养基样品时，要经过一个复杂的无菌操作过程，且对每次取样量的控制也有较高要求。
3.当前培养基样品取样操作一般从培养罐顶盖的取样口取样，一般是在取样口引出取样管道，并通过几个夹止阀和空气滤芯配合，再用取样器连接取样管道进行取样。取样完成后，通过夹止阀的配合把取样管路内多余的样本倒回至罐内，以保证后续取样的准确性。取出的样品如需检测分析，要移至离心机上进行离心分离，取上层清液到分析设备上进行检测分析。
4.然而，这种取样过程，取样的通道，如取样管道，取样器的内径较大，通道内壁残留多，死腔大。导致取样不能精确控制，特别是培养基少且贵时，会因为预计的取样总量太大，而导致无法正常进行实时监测。


技术实现要素：

5.本技术实施例的目的在于提供一种无菌取样探杆及培养系统，以解决现有技术中存在的培养罐取样，因取样通道内径大，残留多，死腔大，导致取样难以精确控制的问题。
6.为实现上述目的，本技术实施例采用的技术方案是：提供一种无菌取样探杆，包括：
7.杆体，所述杆体中设有沿所述杆体轴向贯穿设有微流道，所述杆体包括主杆段和与所述主杆段相连的吸入段，所述吸入段远离所述主杆段的一端密封设置，所述吸入段沿所述吸入段的径向开设有连通所述微流道的开孔；
8.微孔套，套装于所述吸入段上，所述微孔套覆盖所述开孔，所述微孔套的相对两端与所述吸入段密封连接，所述微孔套上设有若干微孔，至少部分所述微孔与所述开孔连通，所述微孔的直径小于0.5微米，且所述微孔的直径大于0.1微米；
9.开关阀，安装于所述主杆段远离所述吸入段的一端；以及，
10.接头，用于连接管路，所述接头安装于所述开关阀远离所述杆体的一端。
11.在一个可选实施例中，所述吸入段的外表面上开设有至少一个开槽和至少一个环槽，所述开槽沿所述吸入段的轴向设置，所述环槽环绕所述吸入段设置，所述开孔位于所述环槽对应位置。
12.在一个可选实施例中，所述开槽为多个，多个所述开槽均匀分布于所述吸入段的
周侧，各所述开槽呈半圆槽。
13.在一个可选实施例中，所述吸入段对应于各所述环槽对应的位置均匀分布有多个所述开孔。
14.在一个可选实施例中，所述微孔套的内表面与所述吸入段外表面之间的距离范围为0.03mm-0.08mm。
15.在一个可选实施例中，所述微流道的粗糙度ra小于或等于0.4微米；
16.和/或，所述微流道的直径范围为0.8
±
0.02mm。
17.在一个可选实施例中，所述吸入段的外径小于所述主杆段的外径，所述主杆段靠近所述吸入段的端面形成止挡所述微孔套的台阶面。
18.在一个可选实施例中，所述无菌取样探杆还包括封堵所述微流道远离所述主杆段的一端的堵头，所述堵头止挡所述微孔套。
19.本技术实施例的另一目的在于提供一种培养系统，包括培养罐和如上任一实施例所述的无菌取样探杆，所述培养罐具有顶盖，所述顶盖上开设有取样口，所述主杆段靠近所述吸入段的一端经所述取样口伸入所述培养罐，所述主杆段与所述取样口密封连接。
20.在一个可选实施例中，所述培养系统还包括取样泵和具有不粘特性的连接管，所述连接管连接所述取样泵与所述接头。
21.本技术实施例提供的无菌取样探杆的有益效果在于：与现有技术相比，本技术实施例的无菌取样探杆，通过在杆体中设置微流道，并在杆体的吸入段设置连通微流道的开孔，既可以保证杆体的结构强度，而且可以使取样通道内径较小，在取样时，可以减少残留，良好保证取样精确控制；设置接头，以便连接管件，方便取样，设置开关阀，以便在取样后，关断微流道，防止外界细菌进入杆体，而在吸入段设置微孔套，并在微孔套上设置孔径小于0.5微米的微孔，可以有效防止细菌进入培养基，以更好的实现无菌取样。
22.本技术实施例提供的培养系统的有益效果在于：与现有技术相比，本技术实施例的培养系统，使用了上述实施例的无菌取样探杆，可以良好的实现无菌取样，并保证取样量精准控制，进而可以实现取样量实时监测。
附图说明
23.为了更清楚地说明本技术实施例中的技术方案，下面将对实施例或示范性技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
24.图1为本技术实施例提供的培养系统的结构示意图；
25.图2为本技术实施例提供的无菌取样探杆的主视结构示意图；
26.图3为本技术实施例提供的无菌取样探杆的剖视结构示意图；
27.图4为图3中无菌取样探杆的吸入段部分的放大结构示意图；
28.图5为图3中无菌取样探杆的开关阀部分的放大结构示意图；
29.图6为图3中杆体的结构示意图；
30.图7为沿图6中线a-a的剖面结构图；
31.图8为沿图6中线b-b的剖面结构图；
32.图9为图6中杆体的吸入段部分的立体结构示意图。
33.其中，图中各附图主要标记：
34.1000-培养系统；
35.100-无菌取样探杆；
36.10-杆体；101-微流道；1011-连接段；11-主杆段；111-挡环；112-台阶面；12-吸入段；121-开孔；122-环槽；123-开槽；13-插杆；
37.21-微孔套；211-密封件；212-密封圈；22-开关阀；221-第一卡箍结构；222-第二卡箍结构；23-接头；24-连接螺母；25-密封垫；26-堵头；261-插头；
38.30-培养罐；31-顶盖；311-取样口；32-搅拌器；41-取样泵；42-连接管；43-收集杯。
具体实施方式
39.为了使本技术所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本技术，并不用于限定本技术。
40.需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。
41.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本技术的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。“若干”的含义是一个或一个以上，除非另有明确具体的限定。
42.在本技术的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。
43.在本技术的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
44.在本技术说明书中描述的参考“一个实施例”、“一些实施例”或“实施例”意味着在本技术的一个或多个实施例中包括结合该实施例描述的特定特征、结构或特点。由此，在本说明书中的不同之处出现的语句“在一个实施例中”、“在一些实施例中”、“在其他一些实施例中”、“在另外一些实施例中”等不是必然都参考相同的实施例，而是意味着“一个或多个但不是所有的实施例”，除非是以其他方式另外特别强调。此外，在一个或多个实施例中，可以以任何合适的方式组合特定的特征、结构或特性。
45.请参阅图1至图3，现在对本技术提供的培养系统1000进行说明，所述培养系统1000包括培养罐30和无菌取样探杆100。培养罐30主要用来培养细胞、微生物等。培养罐30
具有顶盖31，顶盖31上开设有取样口311，无菌取样探杆100的一端从取样口311伸入培养罐30，并且无菌取样探杆100与取样口311密封连接，以防细菌从取样口311进入培养罐30。
46.所述无菌取样探杆100包括杆体10、微孔套21、开关阀22和接头23，其中：
47.杆体10中设有微流道101，微流道101沿杆体10轴向贯穿该杆体10，以使在取样时，培养罐30中的培养基等，可以从微流道101流出，以便取样。另外，设置微流道101，既可以保证杆体10的结构强度，而且可以将取样通道的内径制作较小，以减少残留和死腔，提高取样的精度。杆体10包括主杆段11和吸入段12，吸入段12与主杆段11相连，吸入段12开设有开孔121，开孔121沿吸入段12的径向设置，以方便加工制作。开孔121与微流道101连通，以便培养基等可以从开孔121进入微流道101。吸入段12远离主杆段11的一端密封设置，以避免取样时，培养基等直接进入微流道101。
48.微孔套21套装于吸入段12上，微孔套21覆盖开孔121，微孔套21的相对两端与吸入段12密封连接，微孔套21上设有若干微孔(图未示)，至少部分微孔与开孔121连通，微孔的直径小于0.5微米，且微孔的直径大于0.1微米，如微孔的直径为0.12μm、0.15μm、0.17μm、0.2μm、0.22μm、0.25μm、0.27μm、0.3μm、0.32μm、0.35μm、0.37μm、0.4μm、0.42μm、0.45μm、0.47μm、0.49μm等等，这样在取样时，培养基等可以经微孔套21上的微孔进入开孔121，再进入微流道101流出，以实现取样。由于绝大多数细菌的大小一般在0.5-5微米，从而将微孔的直径小于0.5微米，且微孔的直径大于0.1微米，从而能够有效的隔离细菌，保证培养罐30内培养物不染菌，以保证培养罐30中良好的无菌环境。
49.开关阀22安装于主杆段11远离吸入段12的一端，在取样时，可以打开开关阀22，以便取样，而不取样时，可以关闭开关阀22，以关断微流道101，以有效隔离细菌，避免细菌进入微流道101。
50.接头23安装于开关阀22远离杆体10的一端，接头23用于连接管路，以便在取样时，取样的样品可以从管路引出，以便取样使用。
51.无菌取样探杆100在使用时，可以将主杆段11靠近吸入段12的一端经取样口311伸入培养罐30，主杆段11与取样口311密封连接，吸入段12及微孔套21伸入到培养罐30的培养液中，以便精准取样。
52.本技术实施例提供的无菌取样探杆100，与现有技术相比，本技术实施例的无菌取样探杆100，通过在杆体10中设置微流道101，并在杆体10的吸入段12设置连通微流道101的开孔121，既可以保证杆体10的结构强度，而且可以使取样通道内径较小，在取样时，可以减少残留，良好保证取样精确控制；设置接头23，以便连接管件，方便取样，设置开关阀22，以便在取样后，关断微流道101，防止外界细菌进入杆体10，而在吸入段12设置微孔套21，并在微孔套21上设置孔径小于0.5微米的微孔，可以有效防止细菌进入培养基，以更好的实现无菌取样。
53.本技术实施例提供的培养系统1000，与现有技术相比，本技术实施例的培养系统1000，使用了上述实施例的无菌取样探杆100，可以良好的实现无菌取样，并保证取样量精准控制，进而可以实现取样量实时监测。
54.在一个实施例中，请参阅图1，培养系统1000还包括取样泵41和连接管42，连接管42具有不粘特性，也就是说，连接管42的粘黏性较差，取样的样品在连接管42中不会发生粘黏，或及少量粘黏在连接管42中，以保证取样的准确性，减少样品浪费。连接管42连接取样
泵41与接头23，这样在取样时，通过取样泵41产生负压，以在微流道101中产生负压，以吸取样品，再经连接管42流出，以实现自动无菌取样，且可通过控制取样泵41，来控制取样的样品流速和时间，实现对取样量进行精确控制。
55.在一个实施例中，连接管42可以使用特氟龙管，特氟龙管粘黏性小，即特氟龙管具有良好的不粘特性，可以极大程度的减小残留量。当然，连接管42也可以使用其他粘黏性小的管件。
56.在一个实施例中，培养罐30中安装有搅拌器32，以进行搅拌，便于对培养罐30中微生物、细胞等进行培养。
57.在一个实施例中，培养系统1000还包括收集杯43，收集杯43与取样泵41的出口的连接管42相连，以收集取出的样品，方便检测。
58.在一个实施例中，请参阅图1和图2，接头23可以采用规格1/4-28unf-2b的螺纹与连接管42做连接。可以理解地，也可以使用其他规格螺纹连接。当然，还可以使用其他方式连接，如接头23使用直管，以与具有翻边的连接管42插装连接等。
59.在一个实施例中，请参阅图2至图4，开关阀22可以使用手动阀，以手动开关。当然，开关阀22也可以其他阀件，如使用电磁阀，以实现自动开关等。
60.在一个实施例中，开关阀22的一端可以设置第一卡箍结构221，以将接头23插入第一卡箍结构221中，通过第一卡箍结构221与接头23卡接相连。可以理解地，接头23也可以与开关阀22通过螺纹连接、焊接连接、过盈配合连接等方式密封连接。第一卡箍结构221可以为不锈钢材质制作，以使其具有良好的抗高温耐腐蚀性能。可以理解地，第一卡箍结构221也可以使用其他的抗高温耐腐蚀的材质制作。
61.在一个实施例中，主杆段11上设有插杆13，插杆13的外径小于主杆段11的外径，插杆13位于主杆段11远离吸入段12的一端。设置插杆13以方便与开关阀22相连。开关阀22上设有第二卡箍结构222，以将插杆13插入第二卡箍结构222中，通过第二卡箍结构222与插杆13卡接相连。可以理解地，主杆段11也可以与开关阀22通过螺纹连接、焊接连接、过盈配合连接等方式密封连接。第二卡箍结构222可以为不锈钢材质制作，以使其具有良好的抗高温耐腐蚀性能。可以理解地，第二卡箍结构222也可以使用其他的抗高温耐腐蚀的材质制作。当然，也可以将主杆段11直接与开关阀22相连。
62.在一个实施例中，取样泵41可以使用蠕动泵，以便可以实现较低成本的精准化自动取样。可以理解地，取样泵41也可以采用其他流量可调节泵。
63.在一个实施例中，请参阅图1、图4和图6，主杆段11上设有挡环111，挡环111沿主杆段11的径向向外凸出设置，挡环111环绕主杆段11设置，主杆段11上套装有连接螺母24，挡环111用来卡挡连接螺母24，而连接螺母24用来与培养罐30的顶盖31相连。如连接螺母24具有外螺纹。而培养罐30的顶盖31上的取样口311具有内螺纹，使用时，挡环111伸入内螺纹，而连接螺母24与取样口311的内螺纹相连，以将主杆段11与顶盖31相连。可以理解地，连接螺母24可以具有内螺纹，而连接螺母24远离吸入段12的一端为缩口状，挡环111置于连接螺母24中，以止挡连接螺母24远离吸入段12的一端，培养罐30的顶盖31上设置螺纹管，在使用时，连接螺母24的另一端与螺纹管相连，以将主杆段11与顶盖31相连。
64.在一个实施例中，主杆段11上套装有密封垫25，密封垫25位于挡环111靠近吸入段12的一端，以便在连接螺母24安装在培养罐30的顶盖31上时，密封垫25可以抵持顶盖31，以
起到良好的密封作用。可以理解地，主杆段11与顶盖31之间也可以采用焊接、粘接、过盈配合等方式密封连接。
65.在一个实施例中，挡环111到吸入段12上远离主杆段11一端的长度范围为130mm-300mm。如本实施例中，挡环111到吸入段12上远离主杆段11一端的长度为150mm。可以理解地，挡环111到吸入段12上远离主杆段11一端的长度也可以为130mm、135mm、140mm、145mm、155mm、160mm、165mm、170mm、175mm、180mm、185mm、190mm、195mm、200mm、210mm、220mm、230mm、240mm、250mm、260mm、270mm、280mm、290mm、300mm等。只要在将主杆段11插入到培养罐30中，使吸入段12及微孔套21伸入到培养罐30的培养液中即可。
66.在一个实施例中，主杆段11与培养罐30连接的螺母，如连接螺母24可以采用德标螺纹pg13.5的螺纹结构连接，并且可以兼容培养罐30的标准ph电极和od电极安装位置进行安装。可以理解地，主杆段11与培养罐30连接也可以采用其他螺纹规格。
67.在一个实施例培养罐30可以采用玻璃制作，形成玻璃培养罐30。可以理解地，培养罐30也可以采用其他材质制作。
68.在一个实施例中，杆体10可以使用不锈钢材料制作，以便可以高温灭菌，以及具有良好的耐腐蚀性，并且可以方便制作粗糙度低(即高光洁度)的微流道101。如杆体10可以使用sus316l的不锈钢。当然，杆体10也可以使用其他抗高温耐腐蚀的材质制作。
69.在一个实施例中，请参阅图5至图9，吸入段12的外表面上开设有至少一个开槽123和至少一个环槽122，开槽123沿吸入段12的轴向设置，环槽122环绕吸入段12设置，开孔121位于环槽122对应位置，也就是说，环槽122经开孔121与微流道101连通，而各开槽123经环槽122与开孔121连接，在取样时，经过微孔套21的样品，可以方便经开槽123、环槽122进入开孔121，再进入微流道101，以便取样，减小取样阻力。
70.在一个实施例中，开槽123为多个，多个开槽123均匀分布于吸入段12的周侧，以进一步减小取样的阻力，方便取样。在本实施例中，开槽123为六个。其他实施例中，开槽123也可以设为两个、三个、四个、五个、七个、八个等等。当然，开槽123也可以设为一个。
71.在一个实施例中，各开槽123呈半圆槽，也就是说开槽123的横截面呈半圆形，以便加工制作，减少开槽123的壁挂残留。可以理解地，开槽123的横截面也可以设置呈其他形状。
72.在本实施例中，开槽123为六个，各开槽123呈半圆槽，以使吸入段12形成花槽结构。
73.在一个实施例中，各开槽123的直径范围为1.0
±
0.05mm，也就是说各开槽123的直径范围为0.95mm-1.05mm，如开槽123的直径也可以为0.95mm、0.96mm、0.97mm、0.98mm、0.99mm、1mm、1.01mm、1.02mm、1.03mm、1.04mm、1.05mm等，以便将开槽123的尺寸制作较小，减小取样流道容积，并且方便加工制作。
74.在一个实施例中，各开孔121的直径范围为0.8
±
0.02mm，也就是说，各开孔121的直径范围为0.78mm-0.82mm，如开孔121的直径也可以为0.78mm、0.79mm、0.8mm、0.81mm、0.82mm等，以便将开孔121的尺寸制作较小，减小取样流道容积，并且方便加工制作。
75.在一个实施例中，吸入段12对应于各环槽122对应的位置均匀分布有多个开孔121，也就是说，各环槽122通过多个开孔121与微流道101连通，以进一步减小取样阻力，便于取样。在本实施例中，各环槽122处对应的开孔121为四个，以形成十字孔结构。可以理解
地，各环槽122处对应的开孔121为三个、两个、五个、六个等数量。当然，各环槽122处对应的开孔121也可以设为一个。
76.在一个实施例中，环槽122设为两个，两个环槽122间隔设置。可以理解地，环槽122的数量也可以为一个、三个、四个、五个等数量。
77.在一个实施例中，开孔121的直径与微流道101的内径相等，以便引导样品进入微流道101。
78.在一个实施例中，请参阅图3、图5和图9，无菌取样探杆100还包括堵头26，堵头26伸入到微流道101远离主杆段11的一端，以封堵微流道101，并且堵头26止挡微孔套21，以防微孔套21掉落。
79.在一个实施例中，微流道101远离主杆段11的一端具有连接段1011，堵头26上凸设有插头261，以插入连接段1011，以将堵头26安装在吸入段12上，并将微流道101远离主杆段11的一端密封。
80.在一个实施例中，连接段1011为内螺纹孔，而插头261为螺杆，以使堵头26形成螺钉，螺钉安装在内螺纹段1011中，以封堵微流道101。
81.在一个实施例中，无菌取样探杆100还包括密封圈212，密封圈212设于微孔套21与堵头26之间，以将微孔套21靠近堵头26的一端密封。可以理解地，也可以通过固化胶、焊接等方式将微孔套21靠近堵头26的一端密封。
82.在一个实施例中，请参阅图3、图5和图9，吸入段12的外径小于主杆段11的外径，主杆段11靠近吸入段12的端面形成台阶面112，在微孔套21套于吸入段12时，台阶面112可以止挡微孔套21，以对微孔套21进行定位。
83.在一个实施例中，当吸入段12设有堵头26时，可以通过台阶面112与堵头26配合定位微孔套21。
84.在一个实施例中，吸入段12套装有密封件211，密封件211位于台阶面112与微孔套21之间，以将微孔套21靠近台阶面112的一端密封。可以理解地，也可以通过固化胶、焊接等方式将微孔套21靠近主杆段11的一端密封。
85.在一个实施例中，请参阅图3、图5和图9，微孔套21的内表面与吸入段12外表面之间的距离范围为0.03mm-0.08mm，如本实施例中，微孔套21的内表面与吸入段12外表面之间的距离为0.05mm。可以理解地，微孔套21的内表面与吸入段12外表面之间的距离也可以为0.03mm、0.035mm、0.04mm、0.045mm、0.055mm、0.06mm、0.065mm、0.07mm、0.075mm、0.08mm等等，这样从微孔套21上各微孔进入的样品，可以从微孔套21与吸入段12之间的间隙进入开孔121，以便取样。
86.在上述实施例中，当吸入段12设有开槽123和环槽122时，从微孔套21上各微孔进入的样品，可以从微孔套21与吸入段12之间的间隙进入邻近的开槽123，再引导进入邻近的环槽122，再经环槽122对应的开孔121进入微流道101，以便取样。
87.在一个实施例中，微孔套21可以采用陶瓷材料制作，以便可以高温灭菌，以及具有良好的耐腐蚀性。可以理解地，微孔套21也可以以采用其他抗高温耐腐蚀的材质制作。
88.在一个实施例中，微孔套21上可以加工制作出微孔。当然，也可以使用具有微孔的材料制作，形成微孔套21，这样使微孔套21上形成类滤孔结构的微孔，以减小取样的阻力。
89.在一个实施例中，请参阅图3、图5和图9，微流道101的直径范围为0.8
±
0.02mm，也
就是说，微流道101的直径范围为0.78mm-0.82mm，如微流道101的直径也可以为0.78mm、0.79mm、0.8mm、0.81mm、0.82mm等，以便将微流道101的尺寸制作较小，减小取样流道容积，并且方便加工制作。
90.在一个实施例中，请参阅图7、图8和图9，微流道101的粗糙度ra小于或等于0.4微米，以保证微流道101较高的光洁度，以减小微流道101的残留量，保证取样量精确控制。
91.在一个实施例中，开槽123的粗糙度ra小于或等于0.8微米，以保证开槽123较高的光洁度，以减小开槽123的残留量，保证取样量精确控制。
92.在一个实施例中，环槽122的粗糙度ra小于或等于0.8微米，以保证环槽122较高的光洁度，以减小环槽122的残留量，保证取样量精确控制。
93.在一个实施例中，开孔121的粗糙度ra小于或等于0.8微米，以保证开孔121较高的光洁度，以减小开孔121的残留量，保证取样量精确控制。
94.本技术实施例的无菌取样探杆100，可以在安装在于培养罐30上之前，单独进行高温灭菌。当然，也可以将无菌取样探杆100安装到培养罐30上后，将开关阀22关闭，再进行在线灭菌。
95.以上所述仅为本技术的可选实施例而已，并不用以限制本技术，凡在本技术的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。