專利名稱：高壓細胞培養箱、其溫度控制方法及壓強控制方法
技術領域：
本發明涉及細胞培養領域，尤其涉及一種高壓細胞培養箱、該高壓細胞培養箱的溫度控制方法及壓強控制方法。
背景技術：
從多細胞生物中分離所需要細胞和擴增獲得的細胞以及對細胞進行體外改造、觀察，必須首先解決細胞離體培養問題，同微生物細胞培養相比，比較困難的是來自多細胞生物的單細胞培養，特別是動物(包括人)細胞的培養。細胞培養箱的功能即是提供細胞生長環境。具體來說，細胞生長的一般條件包括1)溫度，2)PH值，3)營養物質，4)壓強。對于前三個條件，現有技術均有一些相關技術提出，以人的細胞為例，適宜的溫度環境例如為37攝氏度，可以通過加熱方式實現；細胞不斷吸入氧氣，呼出二氧化碳，該二氧化碳聚集起 來會造成培養基的PH值降低，不利于細胞的生長，因而，可以通過不斷調節細胞培養箱體內的氧氣濃度與二氧化碳濃度實現；關于營養物質，一般通過在培養箱體內通入氮氣實現。然而，對于第四個條件，現有的細胞培養箱一般用于提供常壓(0. IMpa左右)下細胞生長環境，對于細胞在高壓下(2. 5Mpa左右)的生長情況，有待研究。針對上述高壓環境下細胞培養的需求，現有的加熱方式及氣體檢測方式并不適用。例如現有的細胞培養箱大多采用電阻絲直接加熱，該電阻絲的高壓環境下有可能引起爆炸等安全隱患。基于此，本發明提出一種高壓細胞培養箱、其溫度控制方法及壓強控制方法，以提供細胞在高壓下的生長環境。
發明內容
本發明實現的目的是提出一種高壓細胞培養箱、其溫度控制方法及壓強控制方法，以提供細胞在高壓下的生長環境。為實現上述目的，本發明提供一種高壓細胞培養箱，包括箱體；提供所述箱體工作溫度的水套，所述水套包覆于所述箱體內表面。可選地，所述高壓細胞培養箱還包括設置在所述箱體與所述水套外部的加熱裝置；設置在所述加熱裝置與所述水套之間的管道，使得被加熱裝置加熱的水流入所述水套，在所述水套內循環一周釋放熱量后得以流回所述加熱裝置重新加熱后循環。可選地，所述高壓細胞培養箱還包括設置于所述管道上的水泵。可選地，被所述加熱裝置加熱的水流經過所述水泵后進入所述水套。可選地，所述水泵的工作與否與箱體內的溫度相關，所述高壓細胞培養箱還包括檢測箱體內溫度的傳感器；與所述傳感器、所述水泵相連的溫度控制裝置，所述溫度控制裝置根據所述傳感器測得的所述箱體內的溫度信號控制所述水泵的工作與否，以調節進入所述水套的水流。可選地，所述高壓細胞培養箱還包括對所述循環的水流進行補給的補液箱。
可選地，所述高壓細胞培養箱還包括用于過濾所述管道內水流的過濾器。可選地，流出所述水套的水流經過所述過濾器過濾后進入所述加熱裝置。可選地，所述高壓細胞培養箱還包括用于放出所述管道內水流的放凈口。可選地，所述高壓細胞培養箱還包括對所述箱體內的氣體進行采樣分析的裝置及對箱體內的氣體進行補充釋放的供排氣系統。可選地，所述氣體為氧氣與二氧化碳，所述采樣分析的裝置包括氣體分析儀；設置在所述氣體分析儀與所述箱體之間的第一閥門；設置在所述氣體分析儀與大氣之間的第二閥門。可選地，所述第一閥門為針型閥，第二閥門為針型閥，且經過所述第一閥門的箱體內的氣體與經過所述第二閥門的大氣依次經過氧氣減壓器、流量計進入所述氣體分析儀。本發明還提供了上述高壓細胞培養箱的溫度控制方法，包括傳感器以第一頻率檢測箱體內的溫度；若所述溫度低于所述高壓細胞培養所需的溫度，所述溫度控制裝置控制所述水泵進入工作模式，使得水流進入所述水套；若所述溫度不低于所述高壓細胞培養所需的溫度，所述溫度控制裝置控制所述水泵進入休息模式，截止加熱裝置出來的水流進入所述水套。除了上述溫度控制方法，本發明還提供了上述高壓細胞培養箱的壓強控制方法，包括若氣體分析儀測量所述箱體內的氧氣和/或二氧化碳濃度與所述高壓細胞培養所需的濃度不符，則啟動供排氣系統。可選地，啟動供排氣系統后，傳感器檢測到箱體內溫度變化，則所述溫度控制裝置控制水泵是否工作，以調節進入所述水套的水流。可選地，所述高壓細胞培養所需的氧氣和二氧化碳濃度的獲取方法為關閉所述第一閥門，打開所述第二閥門，使得大氣進入所述氣體分析儀，所述氣體分析儀得到的氧氣與二氧化碳濃度為高壓細胞培養所需的氧氣和二氧化碳濃度。與現有技術相比，本發明具有以下優點I)本發明采用水套包覆于箱體內表面，利用水套內的水循環流動，這樣通過對水套內的水流提供熱量就可保持箱體的溫度，避免了電阻絲加熱導致高壓環境下容易發生爆炸的情況，此外，在高壓環境下，為維持箱體內細胞培養所需的恒定壓強、氣體濃度，不可避免對箱體內溫度造成影響，在箱體內表面設置水套的方案，通過水套壁的快速傳熱，能靈敏地彌補這些溫度變化。2)可選方案中，采用加熱裝置實現對水套內的水流提供熱量，該加熱裝置設置在所述箱體與所述水套外部，并且在所述加熱裝置與所述水套之間設置管道，被加熱裝置加熱的水流沿著管道流入水套，在所述水套內循環一周釋放熱量后得以沿著該管道流回所述加熱裝置重新加熱后循環。3)可選方案中，為驅動水流流動，該管道上設置水泵。4)可選方案中，被所述加熱裝置加熱的水流經過所述水泵后進入所述水套，通過此種方式對熱水提壓。5)可選方案中，所述水泵的工作與否與箱體內溫度相關，且所述高壓細胞培養箱還包括檢測箱體內溫度的傳感器和與所述傳感器、所述水泵相連的溫度控制裝置；所述溫度控制裝置根據所述傳感器測得的所述箱體內的溫度信號控制所述水泵的工作狀態，若所述溫度低于所述高壓細胞培養所需的溫度，所述水泵進入工作模式，使得水流進入所述水套；若所述溫度不低于所述高壓細胞培養所需的溫度，所述水泵進入休息模式，截止加熱裝置出來的水流進入所述水套。6)可選方案中，為避免水在循環過程中由于泄露或蒸發等原因逐漸變少，本發明的高壓細胞培養箱還包括對所述循環的水流進行補給的補液箱，該補液箱例如與自來水管相連。
7)可選方案中，為避免管道中的水流污染水套，所述高壓細胞培養箱還包括用于過濾所述管道內水流的過濾器。8)可選方案中，為滿足在某些需求下，需將管道中的水流放空，所述高壓細胞培養箱還包括用于放出所述管道內水流的放凈口。9)可選方案中，由于細胞對二氧化碳及氧氣濃度較為敏感，因而，對高壓下的兩者的濃度的控制的精準程度比常壓下要求更高，因而，對兩者氣體濃度的檢測所需的裝置及方法與現有技術也不同，具體地，本發明的技術方案為所述高壓細胞培養箱還包括對所述箱體內的氣體進行采樣分析的裝置，所述裝置重點分析氣體中的氧氣與二氧化碳；所述采樣分析的裝置包括氣體分析儀、設置在所述氣體分析儀與所述箱體之間的第一閥門、及設置在所述氣體分析儀與外界大氣之間的第二閥門；使得在采樣時，首先關閉所述第一閥門，打開所述第二閥門，使得大氣進入所述氣體分析儀，所述氣體分析儀得到的氧氣與二氧化碳濃度并將其作為高壓細胞培養兩者氣體所需的濃度的標準值；接著關閉所述第二閥門，打開所述第一閥門，使得所述箱體內的氣體進入所述氣體分析儀，所述氣體分析儀測量所述箱體內的氧氣與二氧化碳濃度；若測得的箱體內的氧氣與二氧化碳濃度值與所述標準值不一致，則供排氣系統控制各氣體進入箱體的流量/比例來調節。此外，供排氣系統控制各氣體進入箱體的流量/比例時，由于供氣一般為高壓氣體(IOMp左右)，在進入相對較低的高壓(2. 5Mp)的箱體內時會膨脹吸熱，造成箱體內溫度下降，此時，溫度控制系統也需加大水套內水流速度。10)可選方案中，為避免采用普通閥門氣體流入過快而導致箱體內氣體壓力過大，所述第一閥門與第二閥門均采用針型閥，且經過所述第一閥門的箱體內的氣體與經過所述第二閥門的大氣依次經過氧氣減壓器、流量計進入所述氣體分析儀，以對采樣氣體的量進行控制。
圖I是本發明實施例提供的高壓細胞培養箱的工作原理示意圖；圖2是圖I中的高壓細胞培養箱的正視圖；圖3是圖I中的高壓細胞培養箱的右視圖；圖4是本發明實施例提供的高壓細胞培養箱的供排氣系統的示意圖；圖5是本發明實施例提供的高壓細胞培養箱的采樣分析裝置的示意圖6是本發明實施例提供的高壓細胞培養箱的溫度控制系統的示意圖；圖7是本發明實施例提供的高壓細胞培養箱的電氣控制系統的示意圖；圖8是本發明實施例提供的高壓細胞培養箱的整合結構的示意圖。
具體實施例方式正如背景技術所述，提供常壓下的細胞生長溫度環境的方式為采用電阻絲直接加熱，而這種方式在高壓環境下容易發生爆炸，為避免上述情況，本發明采用水套包覆于箱體內表面，利用水套內的水循環流動，這樣通過對水套內的水流提供熱量就可保持箱體的溫度。為使本發明的上述目的、特征和優點能夠更為明顯易懂，下面結合附圖對本發明的具體實施方式
做詳細的說明，由于重點在于說明本發明的原理，所以未按比例制圖。I)首先介紹高壓細胞培養箱的結構。圖I所示為本發明實施例提供的高壓細胞培養箱的工作原理示意圖，圖2所示為圖I中的高壓細胞培養箱的正視圖，圖3所示為圖I中的高壓細胞培養箱的右視圖。結合圖I至圖3所示，該高壓細胞培養箱包括箱體I ;提供所述箱體I工作溫度的水套2，所述水套2包覆于所述箱體I的內表面。參見圖2所示，具體地，該箱體I上留有多個接口，分別為一個安全閥口 11、一個排污口 12、三個進氣口 13(圖I只顯示出一個)、一個排氣口 14、兩個測壓口 15、四個采樣口16(圖I中顯示了一個)、兩個電纜口 17(圖I中未顯示)。上述各口用于與相應通艙管件相連，例如安全閥口 11與安全閥(例如為截止閥)相連，用于在艙內壓強大于一定值(例如2. 5Mpa時)打開；排污口 12與排污閥相連，例如為球閥，用于排放位于箱體I內部的底部的積水。需要說明的是，本實施例中，在箱體I上還預留了一個接口 19(圖I中未顯示)，以備其它用途。在其它實施例中，該接口 19也可以多預留幾個。水套2上留有多個接口，分別為一個熱水進口 21、一個熱水出口 22、一個排氣口 23與一個放凈口(未圖不)。上述熱水進口 21、熱水出口 22、排氣口 23、放凈口例如都可以為球閥。需要說明的是，由于水套2設置在箱體I的內壁，兩者共用箱體I的內壁，且本發明采用將水在箱體I及水套2外部加熱后引入水套2，因而，熱水進口 21、熱水出口 22、排氣口 23、放凈口都可設置在共用的箱體I的內壁上。從形狀上看，高壓細胞培養箱為臥式圓筒形，其右視圖如圖3所示。結合圖2所示，該高壓細胞培養箱具有單一艙門18，該艙門18例如具有三瓣卡箍式快開盲板181，該艙門18向外面開,整個艙門系統為常用結構，包括卡箍、卡箍筒體、盲板蓋、定位機構、快開機構、安全機構及“0”型密封圈等，這里不作詳細描述。水套2由內筒與外筒之間的間隙形成，該外筒由箱體I的外殼10充當，與相對設有艙門18的外筒的該面相對的面為橢圓封頭(未標不)。2)接著介紹高壓細胞培養箱的供排氣系統。參照圖4所示，供氣系統包括三個外接氣源(氮氣、氧氣、二氧化碳)及一個空氣源。上述四個氣源混合后進入進氣口 13，各個氣源與進氣口 13之間分別設置一個截止閥131與一個壓力表132，該截止閥131是單向閥，該單向閥根據自身閥座兩邊氣體壓強大小關系自動打開與關閉。需要說明的是，圖2中的其它進氣口 13用于細胞培養中的其它氣體進入。排氣系統包括排氣口 14與大氣相連的管道上設置的截止閥141，用于在箱體I內部壓強大于一定程度(例如為2.5MPa)時自動打開，其它情況自動關閉。3)接著介紹高壓細胞培養箱的采樣分析裝置。參照圖5所示，該采用分析裝置主要對與細胞生長密切相關的氧氣與二氧化碳的濃度進行測試，具體儀器例如為MSA氣體分析儀165。此外，采樣口 16與氣體分析儀165之
間設置第一閥門161，氣體分析儀165與大氣之間設置第二閥門162，以分別控制大氣或箱體I內氣體進入氣體分析儀165。為避免箱體內氣體由于壓力過大，采用普通閥門氣體流入過多，因而，所述第一閥門161與第二閥門162均采用針型閥，且經過所述第一閥門161的箱體I內的氣體與經過所述第二閥門162的大氣依次經過氧氣減壓器163、流量計164進入所述氣體分析儀165。采樣時，首先關閉所述第一閥門161，打開所述第二閥門162，使得大氣依次通過所述氧氣減壓器163、流量計164進入所述氣體分析儀165，所述氣體分析儀165得到的氧氣與二氧化碳濃度作為標準值(即以大氣中的氧氣與二氧化碳濃度作為高壓細胞培養氧氣與二氧化碳所需的濃度)；接著關閉所述第二閥門162，打開所述第一閥門161，使得所述箱體I內的氣體依次通過所述氧氣減壓器163、流量計164進入所述氣體分析儀165，所述氣體分析儀165測量所述箱體I內的氧氣與二氧化碳濃度。該箱體I內的氧氣與二氧化碳濃度與兩者的標準值比較后，判斷供氣系統是否需要供氣。可以理解的是，上述為了獲取箱體I內細胞培養所需氣體的濃度，例如氧氣與二氧化碳濃度，需實時采集氣體，造成箱體I內壓強微小變化，另外，細胞在生長過程中，也會消耗一些氣體，排出另一些氣體，這些都會造成箱體I內壓強發生變化，這對高壓細胞培養不利。為了維持恒定的高壓環境(例如2. 5Mp)，因而需要隨時啟動供排氣系統，在補氣過程中，由于外接氣源一般儲存在高壓氧瓶(IOMp)，由該高壓進入相對較低的高壓(2. 5Mp)時，該氣體會膨脹吸熱，導致箱體I內溫度變低。該箱體I內的溫度調節由以下的溫度控制系統實現。4)接著介紹高壓細胞培養箱的溫度控制系統。參照圖6所示，該溫度控制系統包括設置在所述箱體I與所述水套2外部的加熱裝置31 ；設置在所述加熱裝置31與所述水套2之間的管道32，使得被加熱裝置31加熱的水流沿著所述管道32流入所述水套2，在所述水套2內循環一周釋放熱量后得以沿著流回所述加熱裝置31重新加熱后循環；設置于所述管道32上的水泵33，被所述加熱裝置31加熱的水流經過所述水泵33后進入所述水套2 ；檢測箱體I內溫度的傳感器34 ；與所述傳感器34、所述水泵33相連的溫度控制裝置35，所述溫度控制裝置35根據所述傳感器34測得的所述箱體I內的溫度信號控制所述水泵33的工作與否，以調節進入所述水套2的水流。本實施例中，該加熱裝置31為電熱絲。此外，所述高壓細胞培養箱還包括對所述循環的水流進行補給的補液箱36與用于過濾所述管道32內水流，防止雜質進入水套2的過濾器37。優選地，流出所述水套2的水流經過所述過濾器37過濾后進入所述加熱裝置31。本發明還提供了上述高壓細胞培養箱的溫度控制方法，包括傳感器34以第一頻率檢測箱體I內的溫度；溫度控制裝置35從所述傳感器34內獲取溫度； 若所述溫度低于所述高壓細胞培養所需的溫度，溫度控制裝置35控制所述水泵33進入工作模式，使得水流進入所述套管2 ;若所述溫度不低于所述高壓細胞培養所需的溫度，溫度控制裝置35控制所述水泵33進入休息(待工)模式，截止加熱裝置31出來的水流進入所述套管2。除了上述溫度控制方法，本發明還提供了上述高壓細胞培養箱的壓強控制方法，包括若氣體分析儀165測量所述箱體I內的氧氣和/或二氧化碳濃度與所述高壓細胞培養所需的濃度不符，則啟動供排氣系統，啟動供排氣系統后，傳感器34檢測到箱體I內溫度變化，則溫度控制裝置35控制水泵33是否開始工作，以調節進入水套2的水流。5)然后介紹高壓細胞培養箱的電氣系統。參照圖7所示，本系統供電為AC220V 50HZ，經過斷路器，交流接觸器向各個用電器，例如溫度控制裝置35、加熱裝置31、水泵33、MSA氣體分析儀165供電。6)然后介紹高壓細胞培養箱的整合結構。為了便于集中控制，本實施例提出了將上述加熱系統、采樣分析裝置及供排氣系統的控制裝置整合在控制臺上。參照圖8所示，該控制臺5設置在高壓細胞培養箱的下方，兩者之間通過支撐裝置4連接。可以看出，該控制臺5上設置多個儀表，以下詳細介紹各儀表。①電源指示和鑰匙開關為確保用電安全及方便，高壓細胞培養箱控制臺上設有電源指示和鑰匙開關，打開鑰匙開關，接通電源，指示燈點亮。②溫度顯示儀控制臺上配設I臺數顯溫控儀(與傳感器34相連)，用以指示箱體I內的溫度。③氣體分析儀(O2XO2):控制臺上配設有I臺MSA型數顯氣體分析儀(O2XO2)，用于檢測箱體I內環境氣體的氧濃度和二氧化碳濃度，當被測介質氧濃度或二氧化碳濃度達到設定值時，則有聲光報警信號顯示。④流量計控制臺上配設有一個流量計，用于測試采樣分析管路經減壓之后氣體流量。⑤壓力表控制臺上配設有4個氣源壓力表，分別測量四個進氣口 13各自的輸入壓力。控制臺上還配設有2個精密壓力表，分別與兩個測壓口 15相連，用于同時測量箱體I內壓力。壓力表應布置在便于觀察的部位。⑥供排氣操作閥門控制臺上配設有4個DNlO氦氧截止閥和I個截止閥，其中4氦氧截止閥控制三個外接氣源(氮氣、氧氣、二氧化碳)及一個空氣源向箱體內供氣，一個截止閥控制箱體I內向箱體I外排氣。此外，控制臺5內部管路應按邏輯線路整齊布設，并考慮到便于拆裝及后續檢修。此外，本實施例中的電氣控制可以通過整個系統的總電源通過操作臺上的鑰匙開關控制，使得各個用電器通過旋鈕開關控制通電或者斷電。本發明雖然已以較佳實施例公開如上，但其并不是用來限定本發明，任何本領域技術人員在不脫離本發明的精神 和范圍內，都可以利用上述揭示的方法和技術內容對本發明技術方案做出可能的變動和修改，因此，凡是未脫離本發明技術方案的內容，依據本發明的技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化及修飾，均屬于本發明技術方案的保護范圍。
權利要求
1.一種高壓細胞培養箱，其特征在于，包括 箱體； 提供所述箱體工作溫度的水套，所述水套包覆于所述箱體內表面。
2.根據權利要求I所述的高壓細胞培養箱，其特征在于，還包括 設置在所述箱體與所述水套外部的加熱裝置； 設置在所述加熱裝置與所述水套之間的管道，使得被加熱裝置加熱的水流入所述水套，在所述水套內循環一周釋放熱量后得以流回所述加熱裝置重新加熱后循環。
3.根據權利要求2所述的高壓細胞培養箱，其特征在于，還包括設置于所述管道上的水泵。
4.根據權利要求3所述的高壓細胞培養箱，其特征在于，被所述加熱裝置加熱的水流經過所述水泵后進入所述水套。
5.根據權利要求4所述的高壓細胞培養箱，其特征在于，所述水泵的工作與否與箱體內的溫度相關，所述高壓細胞培養箱還包括 檢測箱體內溫度的傳感器； 與所述傳感器、所述水泵相連的溫度控制裝置，所述溫度控制裝置根據所述傳感器測得的所述箱體內的溫度控制所述水泵的工作與否，以調節進入所述水套的水流。
6.根據權利要求5所述的高壓細胞培養箱，其特征在于，還包括對所述循環的水流進行補給的補液箱。
7.根據權利要求2所述的高壓細胞培養箱，其特征在于，還包括用于過濾所述管道內水流的過濾器。
8.根據權利要求7所述的高壓細胞培養箱，其特征在于，流出所述水套的水流經過所述過濾器過濾后進入所述加熱裝置。
9.根據權利要求2所述的高壓細胞培養箱，其特征在于，還包括用于放出所述管道內水流的放凈口。
10.根據權利要求5所述的高壓細胞培養箱，其特征在于，還包括對所述箱體內的氣體進行采樣分析的裝置及對箱體內的氣體進行補充釋放的供排氣系統。
11.根據權利要求10所述的高壓細胞培養箱，其特征在于，所述氣體為氧氣與二氧化碳，所述采樣分析的裝置包括 氣體分析儀； 設置在所述氣體分析儀與所述箱體之間的第一閥門； 設置在所述氣體分析儀與大氣之間的第二閥門。
12.根據權利要求11所述的高壓細胞培養箱，其特征在于，所述第一閥門為針型閥，第二閥門為針型閥，且經過所述第一閥門的箱體內的氣體與經過所述第二閥門的大氣依次經過氧氣減壓器、流量計進入所述氣體分析儀。
13.一種根據權利要求5所述的高壓細胞培養箱的溫度控制方法，其特征在于，包括 傳感器以第一頻率檢測箱體內的溫度； 若所述溫度低于所述高壓細胞培養所需的溫度，所述溫度控制裝置控制所述水泵進入工作模式，使得水流進入所述水套；若所述溫度不低于所述高壓細胞培養所需的溫度，所述溫度控制裝置控制所述水泵進入休息模式，截止加熱裝置出來的水流進入所述水套。
14.一種根據權利要求10所述的高壓細胞培養箱的壓強控制方法，其特征在于，包括 若氣體分析儀測量所述箱體內的氧氣和/或二氧化碳濃度與所述高壓細胞培養所需的濃度不符，則啟動供排氣系統。
15.根據權利要求14所述的壓強控制方法，其特征在于，啟動供排氣系統后，傳感器檢測到箱體內溫度變化，則所述溫度控制裝置控制是否水泵工作，以調節進入所述水套的水流。
16.根據權利要求14所述的壓強控制方法，其特征在于，所述高壓細胞培養所需的氧氣和二氧化碳濃度的獲取方法為 關閉所述第一閥門，打開所述第二閥門，使得大氣進入所述氣體分析儀，所述氣體分析儀得到的氧氣與二氧化碳濃度為高壓細胞培養所需的氧氣和二氧化碳濃度。
全文摘要
一種高壓細胞培養箱，包括箱體；提供所述箱體工作溫度的水套，所述水套包覆于所述箱體內表面。本發明還提供了該高壓細胞培養箱的溫度控制方法及壓強控制方法。采用本發明的技術方案，可以提供細胞在高壓下的生長環境。
文檔編號C12M3/00GK102978112SQ20121050888
公開日2013年3月20日 申請日期2012年11月28日 優先權日2012年11月28日
發明者方以群, 陳杰, 包曉辰, 王芳芳, 姚健, 陳海庭, 張師, 陳亮 申請人:中國人民解放軍海軍醫學研究所