專利名稱：添加和去除細胞懸浮液中低溫保護劑的通用細胞處理機的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種醫療儀器，它是利用灌注法添加需要低溫保存的細胞懸浮液中 低溫保護劑，或清除低溫保存后的細胞懸浮液中存在的低溫保護劑的通用細胞處理機。 同時這種通用細胞處理機也可以在生物反應器中用來濃縮細胞懸浮液。
背景技術：
在細胞的低溫保存過程中，為了減少低溫損傷，經常需要在被保存的細胞懸浮液中 加入特定種類和特定濃度的低溫保護劑。例如，人類造血祖細胞常用的低溫保護劑是二 甲基亞砜(DMS0)，而人類紅細胞常用的是甘油。在治療過程中，如果不被預先清除細 胞懸浮液中加入的低溫保護劑DMSO、甘油等，而直接輸入人體，將會造成細胞的滲透壓 損傷，從而導致移植失敗。另外，這些低溫保護劑在室溫下對人體有毒副作用。因此， 復溫后從細胞懸浮液中去除低溫保護劑十分必要。目前常用的添加和去除低溫保護劑的方法為人工法或離心法(分步稀釋加離心)。 在離心法中，由于高速旋轉而產生的機械力和滲透壓變化常會導致細胞聚集成團、機械 損傷和滲透壓損傷；此外，由于人工法和離心法離心分離過程在開放的環境中進行，這 種操作上的非封閉性也會導致生命材料受到細菌的污染。此外，人工法或離心法耗時長， 效率低下，通常需要3-4小時。發明內容本實用新型的目的在于為了克服現有的添加和洗滌保護劑方法在致使細胞損傷、 可能導致細胞污染以及效率低下等方面的不足，提供一種添加細胞懸浮液中低溫保護劑 或去除冷凍復溫后細胞懸浮液中低溫保護劑的通用細胞處理機。由于添加和清除保護劑的過程互為逆反過程，因此結構完全一樣。在下面的技術方 案中，僅以清除保護劑的過程作說明。具體的結構設計方案如下-添加和去除用于低溫保存的細胞懸浮液中低溫保護劑的通用細胞處理機采用逆流
灌注添加或清除，包括蠕動泵，電磁閥，控制電路，支架， 一次性管路以及與管路相連 接的裝細胞懸浮液的容器，透析器，高滲鹽水或亞高滲低溫保護液容器，生理鹽水容器， 廢液容器。其特點是包括細胞懸浮液回路和透析液回路兩個回路，利用透析的方法添 加或去除低溫保護劑，同時在細胞懸浮液進口及透析液進出口處分別設置蠕動泵，實現 超濾控制。添加和去除細胞懸浮液中低溫保護劑的通用細胞處理機包括透析器1，透析器1為 圓柱筒形，透析器l內沿軸向均布裝有多孔中空纖維半透膜管2， 一端有細胞懸浮液進口 3,另一端有細胞懸浮液出口 4，兩端側面分別設有透析液進口 5和透析液出口 6。等 滲鹽水容器7和細胞懸浮液容器8通過三通管及輸液管連通著透析器1的細胞懸浮液進 口 3端，等滲鹽水容器7和細胞懸浮液容器8的出液口分別安裝有電磁閥VI和電磁閥 V2，其輸液管上安裝有蠕動泵P1;等滲鹽水容器9和高滲鹽水或亞高滲保護劑溶液容器 10通過三通管及輸液管連通著透析器1的透析液進口 5端，等滲鹽水容器9和高滲鹽水 或亞高滲保護劑溶液容器10的出液口分別安裝有電磁闊V5和電磁閥V6,其輸液管上安 裝有蠕動泵P2;廢液容器11通過輸液管連通著透析器1的透析液出口6，其輸液管上 安裝有蠕動泵P3;透析器1的細胞懸浮液出口 4通過三通管分別連通著電磁閥V3和電 磁閥V4，電磁閥V4的出口通過輸液管連通著廢液容器U，電磁闊V3的出口通過輸液 管連通著細胞懸浮液容器8。所述電磁閥V1、電磁閥V2、電磁閥V3、電磁閥V4、電磁閥V5、電磁閥V6分別為 夾管閥。所述輸液管均為一次性輸液管。所述蠕動泵轉速可調，其流速范圍為0—900ml/min，有外控接口。 用滯留小樣品的方法來清洗樣品中的低溫保護劑。所述添加和去除細胞懸浮液中低溫保護劑的通用細胞處理機也可以用來在生物反 應器中濃縮細胞懸浮液(單位體積的細胞濃度，細胞數，最終體積)。該技術方案所依據的科學原理是(l)血液透析的原理含有低溫保護劑的復溫后 的細胞懸浮液沿一個方向流經透析器內沿軸向均勻分布的多孔中空纖維半透膜管，同 時，不含低溫保護劑的透析液沿第二個方向(與第一個方向相反，逆流)流經多孔中空 纖維半透膜管外的區域。這樣在多孔中空纖維半透膜管的內表面和外表面會產生低溫保 護劑的濃度梯度，多孔中空纖維半透膜管內的低溫保護劑會在此濃度梯度的驅動下擴散 到纖維管外，擴散到管外的低溫保護劑同時會不斷被流動的透析液帶走，達到清除保護 劑的目的。擴散的阻力取決于溶質分子量的大小，分子量越大，其擴散阻力也越大；所 以，透析僅對甘油、DMSO等小分子溶質的清除效果較好。(2)血液濾過、超濾原理血 液過濾清除溶質的原理與血液透析擴散的原理不同，它利用通透性很高的透析膜，通過 由透析膜兩側的壓力差(可以通過增大血液側壓力，或者減少透析液側壓力來實現)產 生的大量液體運動，將水分子及可穿透物質，從血液中通過透析膜形成濾液排除，這些 濾液包括水，離子，小分子和中大分子溶質，特別是在清洗冷凍后的紅細胞懸浮液中的 低溫保護劑(例如甘油)時，由于發生溶血，紅細胞內的血紅蛋白釋放出來，成為游離 血紅蛋白，如果使用的透析器只是普通的中空纖維透析器，中空纖維膜的孔徑只允許甘 油等小分子通過，由于血紅蛋白的分子量較大，不能透過中空纖維膜，從而導致最終清 除甘油后的細胞懸液中游離血紅蛋白的濃度高于lg/L的國家標準。在本專利中，通過 應用既有透析功能又有過濾功能的透析器的超濾來解決這一問題。通過超濾使得細胞懸 液的體積大大減少，最后再通過重懸生理鹽水來達到要求的紅細胞壓積。該通用細胞處理機中設置高滲鹽水或亞高滲低溫保護劑容器，其目的是在初始時減 緩細胞懸浮液的滲透壓劇烈變化。當用來清洗的細胞溶液體積較小，例如清洗臍血干細胞等時體積可能小于20ml，這 一體積遠小于將透析器血液側及血液管路裝填滿所需要的溶液體積。在此聲明一種新穎 的方法來解決這一問題將含有保護劑的細胞懸浮液用注射器或蠕動泵吸到透析器的中 空纖維膜內，并保持不動；透析液按照某一流速流經中空纖維膜外的區域，達到清除小 樣品細胞溶液中的低溫保護劑的目的。電磁閥為一種夾管閥，管路穿過閥體，通過電磁閥的收縮控制管路中軟管是暢通的 還是擠壓在一起，從而達到開關的目的，同時閥本身不與管路中的介質(細胞懸浮液等 生命材料)直接接觸。本實用新型的有益效果是，可以在去除低溫保護劑的同時，減少細菌污染的機會， 減少滲透壓的損傷，避免離心過程中機械外力的損傷，實現超濾的效果；同時本通用細 胞處理機具有體積小，結構簡單，操作步驟簡單，清除時間短的優點。
圖l為本實用新型結構示意圖。 圖2為透析器橫截面結構圖。
圖3為處理少量細胞時的裝置示意圖。
具體實施方式
以下結合附圖，通過實施例對本實用新型作進一步地說明。 實施例l:去除冷凍復溫后細胞懸浮液中低溫保護劑的通用細胞處理機包括透析器1，透析器 1為圓柱筒形，透析器1內沿軸向均布裝有多孔中空纖維半透膜管2， 一端有細胞懸浮 液進口 3，另一端有細胞懸浮液出口 4，兩端側面分別設有透析液進口 5和透析液出口 6;等滲鹽水容器7和細胞懸浮液容器8通過三通管及輸液管連通著透析器1的細胞懸 浮液進口 3端，等滲鹽水容器7和細胞懸浮液容器8的出液口分別安裝有電磁閥VI和 電磁閥V2，其輸液管上安裝有蠕動泵P1;等滲鹽水容器9和高滲鹽水或亞高滲保護劑溶液容器10通過三通管及輸液管連通 著透析器1的透析液進口 5端，等滲鹽水容器9和高滲鹽水或亞高滲保護劑溶液容器10 的出液口分別安裝有電磁閥V5和電磁閥V6，其輸液管上安裝有蠕動泵P2;廢液容器ll 通過輸液管連通著透析器1的透析液出口 6，其輸液管上安裝有蠕動泵P3;透析器1的細胞懸浮液出口 4通過三通管分別連通著電磁閥V3和電磁閥V4，電磁 閥V4的出口通過輸液管連通著廢液容器11，電磁閥V3的出口通過輸液管連通著細胞懸 浮液容器8，見圖l和圖2。電磁閥V1和電磁閥V2的作用是選擇哪種溶液(等滲鹽溶液還是細胞懸浮液)流入透 析液的血液側進口；電磁閥V3和電磁閥V4的作用是確定從透析器血液側出口流出來的溶 液是流回細胞懸浮液容器還是廢液容器；電磁閥V5和電磁閥V6的作用是選擇哪種溶液 (高滲鹽水或亞高滲的低溫保護劑溶液還是等滲鹽水)流入透析器透析液惻進口 5。蠕動泵P1的作用是將溶液按所要求的流速泵入透析器血液側，蟠動泵P2的作用是將 溶液按所要求的流速泵入透析器透析液側，蠕動泵P3的作用是控制透析液側的出口流 速，與蠕動泵P2聯合工作就可以實現超濾控制。其具體運行過程如下第一步，預填充，電磁閾V1、電磁閥V4打開，蠕動泵P1、蠕動泵P2打開，用等滲鹽 水溶液沖洗整個系統，持續一段時間確保透析器及整個管路充滿等滲溶液。第二步，預清洗，將電磁閥V1關閉，電磁閥V2打開，讓細胞懸浮液的前沿到達透析 液血液出口處，此時電磁閥V4關閉，電磁閥V3打開，形成一個細胞懸浮液通過透析器再
返回細胞懸浮液容器的循環。第三步，清洗，在這一步中，蠕動泵P1繼續打開，不斷的將等滲鹽溶液(或高滲鹽 溶液)泵入透析器中與細胞懸浮液在中空纖維膜兩側逆向流動，細胞懸浮液中的低溫保 護劑不斷被清除，直至達到清除要求。第四步，超濾濃縮，蠕動泵P3打開，調整其流速大于蠕動泵P2的流速，這樣會在中 空纖維膜的內外形成一壓差，使溶液從血液側流向透析液側，實現超濾控制。第五步，后處理，將電磁閥V2關閉，電磁閥V1打開，用等滲鹽溶液將留在細胞懸浮 液管路及透析器中空纖維膜內的細胞懸浮液推出，將所有的細胞回收到細胞懸浮液容器 中。實施例2:當用來淸洗的細胞溶液體積較小，可釆用如圖3所示結構裝置，具體操作分五步如下第一步，預填充，打開閥門V7，閥門V9和閥門V11，注射器12 (或蠕動泵)將等滲 溶液15吸入透析器1內，關閉閥門Vll，打開閥門V12，將這些等滲溶液用注射器13 (或 蠕動泵)推出至廢液容器16，這一步的目的是潤濕多孔中空纖維半透膜管通路。完畢后 關閉閥門V11和閥門V12。第二步，打開閥門VIO，將細胞懸液14吸入透析器1內，將透析器血液側的進口和出 口上的閥門V9，閥門V10關閉。第三步，清洗，將透析液側的蠕動泵P4打開，按照一定的流速流經纖維管外的區域， 直到保護劑的去除，達到要求停止(透析液循環與圖l相同)。第四步，超率控制，打開閥門V9，閥門V7和閥門V8中的一個，通過壓縮或抽拉注射 器調整細胞懸浮液的最終體積。第五步，將洗脫保護劑后的溶液推出，將透析器血液側進出口閥門打開，用注射器 將洗脫后的溶液推出。 一般來說，需要兩個注射器才能將細胞完全推出。實施例3:如圖l所示去除冷凍復溫后細胞懸浮液中低溫保護劑的通用細胞處理機也可以實現 小體積細胞懸浮液的清洗，只是比實施例2稍微復雜。具體步驟如下第一步，預填充等滲溶液，電磁閥V1、電磁閥V4打開，蠕動泵P1、蠕動泵P2打開， 用等滲鹽水溶液沖洗整個系統，持續一段時間確保透析器及整個管路充滿等滲溶液。第二步，填充細胞懸浮液，將電磁閥V1和電磁閥V4關閉，電磁閥V2和電磁閥V3打開， 讓小體積細胞懸浮液完全進入透析器后關閉蠕動泵P1 ，電磁閥V2和電磁閥V3。第三步，清洗，在這一步中，運行透析液循環，細胞懸浮液中的低溫保護劑不斷被清除，直至達到清除要求。第四步，超濾濃縮，蠕動泵P3打開，調整其流速大于蠕動泵P2的流速，這樣會在中空纖維膜的內外形成一壓差，使溶液從血液側流向透析液側，實現超濾控制。第五步，后處理，將電磁閥V2關閉，電磁閥V1和電磁閥V3打開，用等滲鹽溶液將留在細胞懸浮液管路及透析器中空纖維膜內的細胞懸浮液推出，將所有的細胞回收到細胞懸浮液容器中。另外，本實用新型除了能用作細胞懸浮液中低溫保護劑的通用洗滌機，也能高效快 捷無損地實現細胞懸浮液中低溫保護劑的添加。其具體操作方法基本上與清除低溫保護 劑一樣，僅需要變通的是將透析液側的等滲溶液換成高濃度的低溫保護劑溶液即可，此 時，容器8或14中是要添加低溫保護劑的細胞懸浮液。本實用新型實現了細胞懸浮液中 低溫保護劑的添加和去除一體化。
權利要求1、添加和去除細胞懸浮液中低溫保護劑的通用細胞處理機，包括透析器(1)，透析器(1)為圓柱筒形，透析器(1)內沿軸向均布裝有多孔中空纖維半透膜管(2)，一端有細胞懸浮液進口(3)，另一端有細胞懸浮液出口(4)，兩端側面分別設有透析液進口(5)和透析液出口(6)，其特征在于等滲鹽水容器(7)和細胞懸浮液容器(8)通過三通管及輸液管連通著透析器(1)的細胞懸浮液進口(3)端，等滲鹽水容器(7)和細胞懸浮液容器(8)的出液口分別安裝有電磁閥(V1)和電磁閥(V2)，其輸液管上安裝有蠕動泵(P1)；等滲鹽水容器(9)和高滲鹽水或亞高滲保護劑溶液容器(10)通過三通管及輸液管連通著透析器(1)的透析液進口(5)端，等滲鹽水容器(9)和高滲鹽水或亞高滲保護劑溶液容器(10)的出液口分別安裝有電磁閥(V5)和電磁閥(V6)，其輸液管上安裝有蠕動泵(P2)；廢液容器(11)通過輸液管連通著透析器(1)的透析液出口(6)，其輸液管上安裝有蠕動泵(P3)；透析器(1)的細胞懸浮液出口(4)通過三通管分別連通著電磁閥(V3)和電磁閥(V4)，電磁閥(V4)的出口通過輸液管連通著廢液容器(11)，電磁閥(V3)的出口通過輸液管連通著細胞懸浮液容器8。
2、 根據權利要求1所述的添加和去除細胞懸浮液中低溫保護劑的通用細胞處理機， 其特征在于所述電磁閥(Vl)、電磁閥(V2)、電磁閥(V3)、電磁閥(V4)、電磁閥(V5)和電磁閥(V6)分別為夾管閥。
3、 根據權利要求1所述的添加和去除細胞懸浮液中低溫保護劑的通用細胞處理機， 其特征在于所述輸液管均為一次性輸液管。
4、 根據權利要求1所述的添加和去除細胞懸浮液中低溫保護劑的通用細胞處理機， 其特征在于所述蠕動泵轉速可調，其流速范圍為0—900ml/min,有外控接口。
專利摘要本實用新型涉及添加和去除細胞懸浮液中低溫保護劑的通用細胞處理機。解決了現有設備操作中耗時長，效率低下的問題。結構特點是等滲鹽水容器7和細胞懸浮液容器8通過三通管及輸液管連通著透析器的細胞懸浮液進口端，等滲鹽水容器9和高滲鹽水或亞高滲保護劑溶液容器10通過三通管及輸液管連通著透析器1的透析液進口5端，廢液容器11通過輸液管連通著透析器1的透析液出口，透析器1的細胞懸浮液出口通過三通管分別連通著廢液容器11和細胞懸浮液容器8。其中設置高滲鹽水或亞高滲低溫保護劑容器，目的是在初始時減緩細胞懸浮液的滲透壓劇烈變化。該機具有操作步驟簡單，清除時間短的優點。
文檔編號C12M1/12GK201046965SQ20072003753
公開日2008年4月16日 申請日期2007年5月14日 優先權日2007年5月14日
發明者高大勇 申請人:高大勇