專利名稱：一種細胞培養管道裝置與細胞自動化培養系統的制作方法
技術領域：
本發明涉一種細胞培養裝置和系統，特別是涉及一種細胞培養管道裝置和一種細胞自動化培養系統。
背景技術：
T細胞是重要的白血細胞，用以協助對抗癌癥和病毒感染的免疫反應。它們在胸腺中產生，有長期的免疫記憶，以備免疫反應中快速反應的需要。T細胞一旦被抗原激活,能夠快速復制，產生迅速的抗原反應。在一些慢性病毒感染和癌癥中，T細胞遭到滅活或者功能不足。在病毒感染的情況下，免疫反應無法激活T細胞，殺死感染細胞，會導致慢性感染。慢性感染可導致長期的致殘性疾病(如慢性活動性肝炎)，甚至死亡(如艾滋病)。慢性感染，以及許多其他因素，也可以導致受感染的細胞基因突變。如果不被T細胞清除，基因突變的細胞可能形成大量失去自我調節的細胞(如癌細胞)。為了使T細胞有效工作，它們必須有免疫記憶，能夠知道什么時候對遇到的抗原產生抗原反應，它們必須有足夠的數量，才可以組織有效的免疫反應。只有具備正確免疫記憶的T細胞才可以發起特定的免疫反應。這些免疫細胞在免疫反應過程中會逐漸消耗掉，一個無效的免疫反應可能會耗盡能產生免疫反應的T細胞，這會要求胸腺和周圍淋巴結產生更多的T細胞，加重其生理負荷。從人的外周血中把活的T細胞同其他血細胞分開是可能的。這些T細胞可以在體外進行培養，在體外快速擴增。通過接觸特異性抗原和正常的免疫細胞活化因子，這些T細胞可以在體外被激活，成為更有效的打擊疾病的工具。這個過程被稱為T細胞的擴增和激活。病人的T細胞被擴增和激活后，可以被重新注入回到原病人體內，這就是所謂的自體細胞輸入。和異體細胞相比，免疫激活的自體細胞在體內產生的免疫排斥較小，因為它們和體內的細胞有完全相同的主要組織相容性復合體結構。臨床試驗表明，使用這種方法治療包括轉移性黑色素瘤、肝膽管腫瘤、復發性或難治性B細胞白血病和慢性淋巴細胞白血病等各種形式的癌癥已經取得可喜的成果。現有的細胞培養方法主要有兩類第一種方法是使用細胞培養皿，高品位的層流罩和CO2培養箱進行培養。這種方法需要有經驗豐富、訓練有素的工作人員，這種勞動密集型培養方式效率不高。第二種方法是使用一次性的血袋或中空纖維培養管，這種培養方式存在培養操作過程復雜和培養效率不高的問題。
發明內容
本發明所要解決技術問題是，提供一種結構簡單、操作簡便且培養效率較高的細胞培養管道裝置，以及應用該細胞培養管道裝置的細胞自動化培養系統。為解決以上技術問題，本發明的技術方案是一種細胞培養管道裝置，其關鍵是包括通過導流管依次連接的主循環泵、氣體交換管、培養管和培養液主庫，在所述培養液主庫上設置有一個和大氣相連通的微孔徑排氣孔。作為本發明的改進一，所述氣體交換管為硫化硅膠管，所述主循環泵為手指蠕動栗O作為本發明的改進二，所述培養管為中空纖維培養管。作為本發明的改進三，所述導流管包括連接所述主循環泵和所述氣體交換管的第一導流管、連接所述氣體交換管和所述培養管的第二導流管、連接所述培養管和所述培養液主庫的第三導流管以及連接所述培養液主庫和所述主循環泵的第四導流管，在所述第一導流管、第二導流管、第三導流管和/或第四導流管上設置有透明測試容器。為解決另一技術問題，其技術方案為一種包含前述細胞培養管道裝置的細胞自動化培養系統，其關鍵是包括設置在所述透明測試容器附近的傳感器，還包括通過第五導流管與所述第一導流管連接的加液裝置以及通過第六導流管與所述第三導流管連接的廢液回收裝置。作為本發明的改進，包括設置在所述透明測試容器附近的傳感器，還包括通過第五導流管與所述第一導流管連接的加液裝置以及通過第六導流管與所述第三導流管連接的廢液回收裝置。作為本發明進一步的改進，所述加液裝置包括待加液存儲庫、待加液重量測量儀器以及加液泵，所述廢液回收裝置包括回收液存儲庫、回收液重量測量儀器以及集液泵。作為本發明更一步的改進，所述第六導流管通過第七導流管與所述培養管的B端相連接，所述第五導流管通過第八導流管與所述培養管的A端相連接；在所述第二導流管靠近所述培養管的一側設置有開關閥門，在所述第三導流管靠近所述培養管的一側也設置有開關閥門。作為本發明再一步的改進， 在所述第二導流管、第八導流管、第七導流管和第三導流管上設置有取樣管。所述主循環泵、傳感器、加液裝置、廢液回收裝置和開關閥門均與主控電腦電性連接。通過實施本發明可取得以下有益效果
一種細胞培養管道裝置，包括通過導流管依次連接的主循環泵、氣體交換管、培養管和培養液主庫，在所述培養液主庫上設置有一個和大氣相連通的微孔徑排氣孔，從而能夠實現所述培養液主庫與外界大氣壓保持平衡，確保培養液在細胞培養管道裝置中的順暢的流通循環。這種簡單的結構組成了一個完整的細胞培養裝置，主循環泵驅動培養液在整個回路中流動。由于所述氣體交換管相當于人工肺，其上存在微小間隙孔，氣體可以擴散進入到所述氣體交換管內，但水分等其他物質卻無法通過，因此培養液可以在氣體交換管中和外界進行氣體交換以保證細胞生長所需的氣體，細胞在有著合適生長條件的培養管中生長。該裝置結構簡單，可以高效地進行細胞培養。所述氣體交換管為硫化硅膠管，硫化硅膠管不但保證了培養液和外界氣體能進行足夠的交換，同時本身還有很好的彎曲性能，這樣在氣體交換管長度很長的情況下可以彎曲布置氣體交換管，從而使得整個裝置的體積較為緊湊。所述主循環泵為手指蠕動泵，采用手指蠕動泵作為主循環泵可以使得培養液不和循環泵直接接觸，杜絕了引入外界雜質的風險；手指蠕動泵無閥門和密封件，維護方便。所述培養管為中空纖維培養管，大束的纖維被裝入圓柱形的外殼中形成中空纖維培養管，細胞被放在纖維外生長，而細胞培養液可以在纖維內不斷地循環以提供細胞所需的營養和氣體。可以通過選擇纖維的孔徑為特定的細胞提供最佳的生長環境。中空纖維培養管能允許在較小的空間內對細胞進行高密度的培養，這樣使得細胞培養管道裝置小巧實用。
將上述的細胞培養管道裝置應用到細胞自動化培養系統上后，該細胞自動化培養系統還包括設置在所述透明測試容器附近的傳感器，還包括通過第五導流管與所述第一導流管連接的加液裝置以及通過第六導流管與所述第三導流管連接的廢液回收裝置。這種結構可以通過傳感器實時對細胞培養管道裝置中的培養液的酸堿度進行監測，在監測到培養液的酸度太大不適合細胞生長時可啟動廢液回收裝置回收培養液，在這之后啟動加液裝置將新的培養液加入到細胞培養管道中，從而持續地給細胞生長提供所需的各種養分。所述加液裝置包括待加液存儲庫、待加液重量測量儀器以及加液泵，在接到加液信號后加液泵啟動將培養液從待加液存儲庫中泵入培養液主庫中，待加液重量測量儀器會實時測量整個加液過程是否正常，在加液不正常時會報警以便工作人員可以立即進行檢查并排除障礙，從而完成加液過程保證細胞正常生長。所述廢液回收裝置包括回收液存儲庫、回收液重量測量儀器以及集液泵，在排出廢液前回收液重量測量儀器會先稱量回收液存儲庫里廢液的重量以確認是否有足夠空間容納待排出廢液。如果有足夠空間，廢液被排出到回收液存儲庫中，如果沒有足夠空間，系統會報警，待人工騰出足夠空間后再排出廢液，這保證了整個系統可以持續地自動運行，提高了細胞的培養效率。所述第五導流管通過第八導流管與所述培養管A端相連接，所述第六導流管通過第七導流管與所述培養管B端相連接，在所述第二導流管靠近所述培養管的一側設置有第一開關閥門，在所述在所述第三導流管靠近所述培養管的一側也設置有第二開關閥門。這種結構可以在培養管產生的不利化學物質較多時對培養管進行自動清洗，清洗時第一開關閥門和第二開關閥門同時關閉，來自待加液存儲庫中的培養液沖洗過培養管后進入到回收液存儲庫中，從而完成對培養管的清洗。對培養管進行適時的清洗可以保證細胞有較為適宜的生長環境，確保細胞正常生長。在所述第二導流管、第八導流管、第七導流管和第三導流管上設置有取樣管。取樣管方便操作人員對導流管中的培養液進行實時的分析和監測，以確保細胞能夠在最佳的生長環境中生長。所述主循環泵、傳感器、加液裝置、廢液回收裝置和開關閥門均與主控電腦電性連接。主控電腦通過控制軟件對各個部件進行控制，以實現所述細胞自動化培養系統的自動運行，減少了人力投入，提高了培養效率。
下面結合說明書附圖對本發明做進一步詳細的說明
圖1是細胞培養管道裝置結構示意圖2是細胞自動化培養系統結構示意圖3是液體顏色監測裝置結構示意圖4是培養管轉運裝置結構示意圖之一；
圖5是培養管轉運裝置結構示意圖之二。
具體實施例方式如圖1所示，一種細胞培養管道裝置，包括通過導流管依次連接的主循環泵20、氣體交換管21、培養管23和培養液主庫19，在所述培養液主庫19上設置有一個和大氣相連通的微孔徑排氣孔191。所述氣體交換管21為硫化硅膠管，所述主循環泵20為手指蠕動泵。所述培養管23為中空纖維培養管。所述導流管包括連接所述主循環泵20和所述氣體交換管21的第一導流管11、連接所述氣體交換管21和所述培養管23的第二導流管12、連接所述培養管23和所述培養液主庫19的第三導流管13以及連接所述培養液主庫19和所述主循環泵20的第四導流管14，在本實施例中透明測試容器22設置在第三導流管13上。當然，所述透明測試容器22也可以設置在在所述第一導流管11、第二導流管12和/或第四導流管14上，在整個培養液回路中加裝透明測試容器22可以直觀地觀察到培養液的酸堿度情況，在確認培養液酸度太大不適合細胞生長的情況下及時更換新的培養液以保證細胞持續穩定地生長。如圖2所示，一種應用上述細胞培養管道裝置的細胞自動化培養系統，包括設置在所述透明測試容器22附近的傳感器30，還包括通過第五導流管15與所述第一導流管11連接的加液裝置40以及通過第六導流管16與所述第三導流管13連接的廢液回收裝置50。所述加液裝置40包括待加液存儲庫41、待加液重量測量儀器42以及加液泵43，所述廢液回收裝置50包括回收液存儲庫51、回收液重量測量儀器52以及集液泵53。所述第六導流管16通過第七導流管17與所述培養管23的B端相連接，所述第五導流管15通過第八導流管18與所述培養管23的A端相連接，在所述第二導流管12靠近所述培養管23的一側設置有開關閥門，在所述第三導流管13靠近所述培養管23的一側也設置有開關閥門。在所述第二導流管12、第八導流管18、第七導流管17和第三導流管13上設置有取樣管，取樣管可以僅設置在四根導流管中的任何一根導流管之上，也可以設置在四根導流管中任何兩根導流管之上、任何三根導流管之上以及全部四根導流管之上。所述主循環泵20、傳感器30、加液裝置40、廢液回收裝置50和開關閥門均與主控電腦電性連接。所述傳感器30包括置于所述透明測試容器22兩側的攝像模塊31和光源32。光源32和攝像模塊31對置的結構避免了環境光線對攝像模塊31取像時的不良影響，使得傳感器30能更加真實地反應透明測試容器22內培養液的酸堿度變化，控制中心根據傳感器30得到的信號來控制是否更換培養液，這種結構的傳感器30可以充分利用培養液，在培養液無法為細胞提供養分時進行更換，不會浪費培養液。
如圖3所示，一種應用在細胞培養管道裝置或者細胞自動化培養系統上的液體顏色監測裝置，包括透明測試容器22，還包括設置在所述透明測試容器22附近的傳感器30以及和所述傳感器30電性連接的處理模塊。所述傳感器30透過所述透明測試容器22的管壁獲取溶液的顏色并將該顏色信息傳遞給處理模塊，處理模塊通過比對向外輸出判斷信號。這種結構保證了在不打破液體所在的密封環境的前提下能夠精確監測液體的顏色，這種監測裝置應用在細胞自動培養系統中，不但讓監測液體顏色這一工序變得易于操作，而且還保證了細胞培養不會由于引入外界細菌而受到影響。所述傳感器30包括攝像鏡頭朝向所述透明測試容器22的攝像模塊31，所述傳感器30還包括設置在所述透明測試容器22附近的光源32，所述光源32和所述攝像模塊31相對設置在所述透明測試容器22的兩側。光源32將所述透明測試容器22照亮以克服環境光的干擾，從而保證透明測試容器22中的溶液可以在所述攝像模塊31的鏡頭中精確成像，使得監測裝置的監測精度更高。在所述光源32靠近所述透明測試容器22的一側還設置有擴散透鏡321，擴散透鏡321讓光源32發出的光線更為均勻地照射在所述透明測試容器22上，避免了由于光照不均勻而造成的成像失真問題。所述攝像模塊31的鏡頭為高分辨率的CMOS攝像頭，采用CMOS攝像頭大大降低了監測裝置的制造成本，從而使得本裝置可以得到廣泛的應用。同時由于給攝像模塊31配置了相應的光源32，在保證制造成本低廉的同時又保證了攝像模塊31的成像質量。所述透明測試容器22為透明鉬固化硅膠管，通常細胞自動培養系統中的培養管道會采用透明鉬固化硅膠管，如果透明測試容器22采用透明鉬固化硅膠管，就可以直接將透明測試容器22整合到細胞自動培養系統中，和細胞自動培養系統中的培養管道做成一體結構，直接用細胞自動培養系統的培養管道來替代透明測試容器22。這樣在對細胞自動培養系統中的培養液進行監測時就不用另外將透明測試容器22接入到自動培養系統中，直接對自動培養系統的管道進行監測，讓監測工序更加簡單便于操作。所述透明鉬固化硅膠管的外徑大于或等于3毫米，所述透明鉬固化硅膠管管壁的厚度不超過所述透明鉬固化硅膠管外徑直徑的25%，這樣可以避免因為折射和/或反射而造成成像失真，使得監測結果更為準確。所述透明測試容器22和所述傳感器30被安裝在避光箱33內，避光箱33杜絕了外界光線對監測處理過程的影響。如圖4所示，一種用來轉運細胞培養管道裝置或者細胞自動化培養系統中的培養管的轉運裝置實施例1 :包括包覆在培養管23上的轉運機構本體61，還包括設置在所述轉運機構本體上的溫控模組62和阻斷裝置63，所述培養管23上設置有入口和出口，所述入口和第二導流管12連接，所述出口和第三導流管13連接。在轉運該培養管23前溫控模組62開始工作，將培養管23的溫度降低到一定的溫度范圍內。培養管23中的細胞在這個溫度范圍內不會被凍結，同時這些細胞的新陳代謝活性大大降低。這樣一來就可以保證在一定的時間范圍內、在不給這些培養管23中的細胞提供營養和氧氣的情況下可以把它們安全地轉運到醫療機構。阻斷裝置63用以將培養管23和培養管路系統迅速分離開，節省了分離培養管23和培養管路系統時的耗時。所述阻斷裝置63包括設置在所述第二導流管12和所述第三導流管13上的密封連接器70，所述密封連接器70包括扭鎖活塞。帶有扭鎖活塞的密封連接器70在和培養管路系統連接時可以保證整個培養管路系統的密封性，使得管路系統內部的培養液不會受到外界環境的影響，從而保證培養管23中的細胞能夠正常的生長。在分離培養管23和培養管路系統時又能夠迅速地將兩者分離開，并保證還處于培養管路系統中的培養液和外界環境相隔離，這時可以將待培養的培養管23通過密封連接器和培養管路系統連接起來，這樣就能夠再次利用培養管路系統和培養管路系統中的培養液進行細胞培養，杜絕培養器件和培養液的浪費。所述溫控模組62包括冷卻器、加熱器、溫度傳感器以及溫度控制器。在設定好溫度范圍后，溫控模組62中的各個器件就會配合工作以保證溫度保持在設定的溫度范圍內，從而保證在轉運過程中細胞有較低的代謝活性，使得細胞可以被安全轉運到醫療機構。所述轉運機構本體61包括可以卡合在一起的機構本體C部611和機構本體D部612，所述機構本體C部611和機構本體D部612的一側通過鉸鏈連接在一起。這種結構使得轉運機構更加小巧，方便在對轉運機構進行重復使用時的來回搬運。 如圖5所示，一種用來轉運細胞培養管道裝置或者細胞自動化培養系統中的培養管的轉運裝置實施例2 :在所述培養管23上設置有與導流管分別連接的入口和出口，在所述導流管的外側設置有加熱裝置631。所述加熱裝置631包括設置在所述導流管外表面兩側的加熱塊632。所述加熱塊632可以朝向靠近所述導流管的軸線的方向移動。即當在第二導流管12外表面兩側設置加熱塊632時，所述加熱塊632可以朝向靠近第二導流管12軸線的方向移動；當在第三導流管13外表面兩側設置加熱塊632時，所述加熱塊632可以朝向靠近第三導流管13軸線的方向移動；當同時在第二導流管12外表面兩側和第三導流管13外表面兩側設置加熱塊632時，設置在第二導流管12外表面兩側的加熱塊632可以朝向靠近第二導流管12軸線的方向移動，設置在第三導流管13外表面兩側的加熱塊632可以朝向靠近第三導流管13軸線的方向移動。在轉運培養管23中的細胞時，加熱塊632夾緊導流管，導流管因受熱和夾緊力的作用而封閉，從而將培養管23和培養管路系統中的培養液隔離開，從而為轉運培養管23做準備。這種阻斷裝置63結構簡單，成本低廉。進一步地，所述阻斷裝置63還可以包括設置在所述導流管外表面兩側的夾緊機構。這樣就可以先用加緊機構將導管夾住，將培養管23和培養管路系統中的培養液阻斷，然后加熱裝置631將管路封閉。這樣可以避免直接對管路加熱密封造成培養液溫度上升，杜絕了需要觸發培養管23的溫控模組62進行降溫而造成的能源浪費。必須指出，上述實施例只是對本發明做出的一些非限定性舉例說明。但本領域的技術人員會理解，在沒有偏離本發明的宗旨和范圍下，可以對本發明做出修改、替換和變更，這些修改、替 換和變更仍屬本發明的保護范圍。
權利要求
1.一種細胞培養管道裝置，其特征是包括通過導流管依次連接的主循環泵(20)、氣體交換管(21 )、培養管(23)和培養液主庫(19)，在所述培養液主庫(19)上設置有一個和大氣相連通的微孔徑排氣孔(191)。
2.根據權利要求1所述的一種細胞培養管道裝置，其特征是所述氣體交換管(21)為硫化硅膠管。
3.根據權利要求1所述的一種細胞培養管道裝置，其特征是所述主循環泵(20)為手指蠕動泵。
4.根據權利要求1所述的一種細胞培養管道裝置，其特征是所述培養管(23)為中空纖維培養管。
5.根據權利要求1至4中任何一項權利要求所述一種細胞培養管道裝置，其特征是所述導流管包括連接所述主循環泵(20)和所述氣體交換管(21)的第一導流管(U)、連接所述氣體交換管(21)和所述培養管(23 )的第二導流管(12 )、連接所述培養管(23 )和所述培養液主庫(19)的第三導流管(13)以及連接所述培養液主庫(19)和所述主循環泵(20)的第四導流管(14)，在所述第一導流管(11)、第二導流管(12)、第三導流管(13)和/或第四導流管(14 )上設置有透明測試容器(22 )。
6.一種包含權利要求5所述的細胞培養管道裝置的細胞自動化培養系統，其特征是包括設置在所述透明測試容器(22)附近的傳感器(30)，還包括通過第五導流管(15)與所述第一導流管(11)連接的加液裝置(40)以及通過第六導流管(16)與所述第三導流管(13)連接的廢液回收裝置(50)。
7.根據權利要求6所述的一種細胞自動化培養系統，其特征是所述加液裝置(40)包括待加液存儲庫(41)、待加液重量測量儀器(42)以及加液泵(43)，所述廢液回收裝置(50)包括回收液存儲庫(51)、回收液重量測量儀器(52 )以及集液泵(53 )。
8.根據權利要求7所述的一種細胞自動化培養系統，其特征是所述第六導流管(16)通過第七導流管(17)與所述培養管(23)的B端相連接，所述第五導流管(15)通過第八導流管(18)與所述培養管(23)的A端相連接；在所述第二導流管(12)靠近所述培養管(23)的一側設置有開關閥門，在所述第三導流管(13)靠近所述培養管(23)的一側也設置有開關閥門。
9.根據權利要求8所述的一種細胞自動化培養系統，其特征是在所述第二導流管(12)、第八導流管(18)、第七導流管(17)和第三導流管(13)上設置有取樣管。
10.根據權利要求8所述的一種細胞自動化培養系統，其特征是所述主循環泵(20)、傳感器(30)、加液裝置(40)、廢液回收裝置(50)和開關閥門均與主控電腦電性連接。
全文摘要
本發明公開了一種細胞培養管道裝置，包括通過導流管依次連接的主循環泵、氣體交換管、培養管和培養液主庫，在所述培養液主庫上設置有一個和大氣相連通的微孔徑排氣孔，所述氣體交換管為硫化硅膠管，所述主循環泵為手指蠕動泵。本發明還公開了一種細胞自動化培養系統，包括設置在透明測試容器附近的傳感器，還包括通過第五導流管與第一導流管連接的加液裝置以及通過第六導流管與第三導流管連接的廢液回收裝置。本發明提供一種結構簡單、操作簡便且培養效率較高的細胞培養管道裝置，以及應用該細胞培養管道裝置的細胞自動化培養系統。
文檔編號C12M1/36GK103031250SQ201210394190
公開日2013年4月10日 申請日期2012年10月17日 優先權日2012年10月17日
發明者荊杰 申請人:浙江賽尚醫藥科技有限公司