一種提高細胞接種分散性的細胞擴增系統的製作方法

2023-11-06 15:27:57 2

本發明涉及細胞培養技術領域，尤其涉及一種提高細胞接種分散性的細胞擴增系統。

背景技術：

細胞培養泛指所有體外培養，其含義是指從動物或人體體內取出組織，通過機械的方法或酶消化的方法將組織分離成單細胞，讓其在模擬體內生理環境等特定的體外條件下進行孵育培養，使之生存並生長。為了使細胞能夠順利生長，常需要檢測細胞培養過程中細胞的生長環境。

現有的細胞培養供給營養液的方式一般為：將細胞通過管路接種於反應器內，再通過輸送管道為細胞或組織提供營養液供其生長。這種培養方式相比將細胞接種在培養皿中的方式，營養液的輸入源源不斷，更利於細胞的生長。因此，在大批量的細胞培養中，逐漸開始運用。

但是，現有技術的將細胞接種於反應器內的方案，由於通過管路輸送接種細胞，細胞接種於細胞反應器內時往往聚集在一起，這樣，在後續的細胞培養過程中，細胞之間相互接觸常會出現接觸抑制現象。接觸抑制，是指將多細胞生物的細胞進行體外培養時，分散貼壁生長的細胞一旦相互匯合接觸，進而停止移動和生長的現象。一旦出現細胞接觸抑制現象，將大大影響細胞培養的產量和效果。

技術實現要素：

本發明的實施例提供一種提高細胞接種分散性的細胞擴增系統，可使細胞均勻分布，且防止細胞發生接觸抑制現象。

為達到上述目的，本發明的實施例採用如下技術方案：

一種提高細胞接種分散性的細胞擴增系統，包括營養液供給裝置和培養箱，所述培養箱內設有細胞反應器和驅動電機，所述營養液供給裝置與所述細胞反應器連通，以將營養液輸送至所述細胞反應器內，所述驅動電機與所述培養箱固定連接，所述細胞反應器與所述驅動電機傳動連接，所述驅動電機可驅動所述細胞反應器轉動。

進一步地，所述細胞反應器通過固定結構與所述驅動電機的輸出軸連接，所述驅動電機可驅動所述固定結構轉動，以帶動所述細胞反應器轉動。

進一步地，所述細胞反應器為圓筒狀結構，所述細胞反應器的一端與所述驅動電機的輸出軸連接，另一端與所述培養箱可旋轉連接，所述驅動電機可驅動所述細胞反應器繞其中心軸線轉動。

進一步地，所述固定結構包括第一夾板和第二夾板，所述第一夾板和所述第二夾板扣合可將所述細胞反應器夾持固定，所述第一夾板上設有與所述驅動電機的輸出軸連接的連接軸。

進一步地，，所述細胞反應器為圓筒狀結構，所述固定結構將所述細胞反應器的中部固定。

優選地，所述驅動電機可驅動所述細胞反應器轉動的角度為0～180度。

優選地，所述驅動電機為步進電機。

進一步地，所述細胞反應器內通過濾膜分割為營養液腔和細胞生長腔，所述營養液腔開設有營養液輸入口和營養液輸出口，所述營養液腔的營養液輸入口和所述營養液腔的營養液輸出口均與所述營養液供給裝置連通，使所述營養液供給裝置與所述營養液腔形成營養液循環通道，所述營養液循環通道內設置有營養液循環泵。

進一步地，所述濾膜為中空纖維管，所述營養液腔為所述中空纖維管的內部空間，所述細胞生長腔為所述中空纖維管的外部空間。

進一步地，所述細胞生長腔連通有細胞收集器，所述細胞生長腔和所述細胞收集器之間的管路連接有細胞輸送泵。

本發明實施例提供的提高細胞接種分散性的細胞擴增系統，包括營養液供給裝置和培養箱，用來保證細胞生長所需要的環境溫度，培養箱內設有細胞反應器和驅動電機，將細胞接種於細胞反應器內，通過營養液供給裝置與細胞反應器連通，可將營養液輸送至細胞反應器內，供細胞進行生長。驅動電機與培養箱固定連接，細胞反應器與所述驅動電機傳動連接，驅動電機可驅動細胞反應器轉動，這樣，在細胞接種時，通過驅動電機驅動細胞反應器轉動，可以使接種細胞均勻分布在細胞反應器內，且在細胞培養過程中，通過細胞反應器的轉動，可以擾動細胞反應器內的營養液和細胞，使細胞在細胞反應器內均勻分布，以防止細胞發生接觸抑制現象。同時，細胞反應器的轉動可促進細胞與營養液充分接觸，更加有利於細胞的生長。

附圖說明

為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹。顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發明實施例的提高細胞接種分散性的細胞擴增系統的結構示意圖；

圖2為本發明實施例的提高細胞接種分散性的細胞擴增系統的細胞反應器繞固定結構轉動的結構示意圖；

圖3為本發明實施例的提高細胞接種分散性的細胞擴增系統的細胞反應器繞其中心軸線轉動的結構示意圖；

圖4為本發明實施例的提高細胞接種分散性的細胞擴增系統的固定結構的結構示意圖；

圖5為本發明實施例的提高細胞接種分散性的細胞擴增系統的細胞反應器繞其一端轉動的結構示意圖；

圖6為本發明實施例的提高細胞接種分散性的細胞擴增系統的細胞反應器的結構示意圖。

具體實施方式

下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。

在本發明的描述中，需要理解的是，術語「中心」、「上」、「下」、「前」、「後」、「左」、「右」、「豎直」、「水平」、「頂」、「底」、「內」、「外」等指示的方位或位置關係為基於附圖所示的方位或位置關係，僅是為了便於描述本發明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本發明的限制。

在本發明的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規定和限定，術語「安裝」、「相連」、「連接」應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；對於本領域的普通技術人員而言，可以具體情況理解上述術語在本發明中的具體含義。

本發明的實施例提供一種提高細胞接種分散性的細胞擴增系統，如圖1、圖2和圖3所示，包括營養液供給裝置1和培養箱2，培養箱2內設有細胞反應器3和驅動電機4(圖1和圖2中未示出)，營養液供給裝置1與細胞反應器3連通，以將營養液輸送至細胞反應器3內，驅動電機4與培養箱2固定連接，細胞反應器3與驅動電機4傳動連接，驅動電機4可驅動細胞反應器3轉動。

本發明實施例提供的提高細胞接種分散性的細胞擴增系統，包括營養液供給裝置1和培養箱2，用來保證細胞生長所需要的環境溫度，培養箱2內設有細胞反應器3和驅動電機4，將細胞接種於細胞反應器3內，通過營養液供給裝置1與細胞反應器3連通，可將營養液輸送至細胞反應器3內，供細胞進行生長。驅動電機4與培養箱2固定連接，細胞反應器3與驅動電機4傳動連接，驅動電機4可驅動細胞反應器3轉動，這樣，在細胞接種時，通過驅動電機4驅動細胞反應器3轉動，可以使接種細胞均勻分布在細胞反應器3內，且在細胞培養過程中，通過細胞反應器3的轉動，可以擾動細胞反應器3內的營養液和細胞，使細胞在細胞反應器3內均勻分布，以防止細胞發生接觸抑制現象。同時，細胞反應器3的轉動可促進細胞與營養液充分接觸，更加有利於細胞的生長。

需要說明的是，營養液供給裝置1隻需要保證營養液的正常供給即可，例如如圖1所示的為營養液儲存袋11，營養液儲存袋11與細胞反應器3連通，以供給營養液。當然，為了緩衝營養液的溫度，也可以增加緩衝瓶，為了提前將氣體與營養液混合，以調整營養液的酸鹼度和溶氧量，也可以增加氣體溶解器等，此處不作擴展。

實施例一

如圖2所示，細胞反應器3通過固定結構6與驅動電機4(圖中未示出)的輸出軸連接，驅動電機4可驅動固定結構6轉動，以帶動細胞反應器3轉動。細胞在細胞反應器3內生長的過程中，通過驅動電機4可驅動固定結構6轉動，以帶動細胞反應器3轉動，可擾動細胞反應器3內的營養液和細胞，使細胞在反應器內均勻分布，以防止細胞發生接觸抑制現象。同時，細胞反應器3的轉動可促進細胞與營養液充分接觸，更加有利於細胞的生長。

需要說明的是，圖2中未示出驅動電機4，驅動電機4可安裝於固定結構6與培養箱2壁面之間，也可以安裝在培養箱2背面。

固定結構6隻需要將細胞反應器3固定，再通過固定結構6與驅動電機4連接，即可實現驅動電機4驅動細胞反應器3轉動。如圖4所示，固定結構6包括第一夾板61和第二夾板62，第一夾板61和第二夾板62扣合可將細胞反應器3夾持固定，第一夾板61上設有與驅動電機4的輸出軸連接的連接軸63。

為適應細胞的生長，以及細胞反應器3的轉動，細胞反應器3可為圓筒狀結構。驅動電機4驅動固定結構6帶著細胞反應器3轉動，即固定結構6固定細胞反應器3的位置決定了細胞反應器3的轉動軌跡。由於細胞反應器3為圓筒狀結構，細胞反應器3的轉動可以是如圖2所示的繞其中部轉動，也可以是如圖5所示的繞其一端的位置轉動。相比較來說，細胞反應器3繞其中部轉動的方案中，細胞反應器3內上下兩部分旋轉的角度和速度基本對稱，即，對細胞反應器3內的細胞和營養液的擾動比較均衡。另外，固定結構6作為固定細胞反應器3的支撐點，細胞反應器3轉動時其上下兩部分對固定結構6的離心力保持平衡，使固定結構6固定在細胞反應器3中部時的可靠性更好。因此，參照圖2，細胞反應器3為圓筒狀結構，固定結構6將細胞反應器3的中部固定，這樣，驅動電機4可驅動細胞反應器3繞其中部轉動。

由於細胞反應器3需要連通營養液供給裝置1，以輸送營養液，通常，營養液的輸送需要使用連接軟管，這樣，連接有軟管的細胞反應器3受軟管的限制，只能旋轉一定的角度。通過實際驗證，驅動電機4可驅動細胞反應器3繞固定結構6轉動的角度為0～180度，在不影響細胞反應器3上連接軟管的機械特性前提下，可以保證對細胞反應器3內細胞和營養液的擾動，防止出現細胞接觸抑制現象。

由於細胞反應器3可旋轉的角度優選為0～180度，因此，優選驅動電機為步進電機。步進電機可以很好的滿足細胞反應器3旋轉0～180度，且運行穩定，可編程，可調速。

一般的，在細胞培養的過程中，營養液通入細胞培養器內，經過一段時間後，將廢液排出，並加入新鮮的營養液。但是，這種方式造成了營養液的浪費，且不利於保持細胞生存環境的穩定。因此，如圖6所示，細胞反應器3內通過濾膜31分割為營養液腔32和細胞生長腔33，營養液腔32開設有營養液輸入口321和營養液輸出口322，營養液腔32的營養液輸入口321和營養液腔32的營養液輸出口322均與營養液供給裝置1連通，使營養液供給裝置1與營養液腔32形成營養液循環通道，營養液循環通道內設置有營養液循環泵5。這樣，在營養液循環泵5的作用下，營養液在營養液循環通道內循環流動。濾膜31可以讓營養液腔32內的營養液通過，且阻止細胞生長腔33內的細胞通過，進而營養液腔32內的較為新鮮的營養液可與細胞生長腔33內的營養液進行營養交換，為細胞提供新鮮營養。營養液腔32內的營養液與細胞生長腔33內的營養液進行部分交換後，繼續在營養液循環通道內循環流動，帶出細胞生長產生的廢氣，溶入新鮮氧氣，進而循環利用營養液，節省資源，可保持細胞生存環境的穩定。

需要說明的是，營養液腔32內的營養液可與細胞生長腔33內的營養液進行交換，是基於營養液腔32和細胞生長腔33內的壓力差來進行的，即，當細胞生長腔33內的營養液不足時，營養液腔32內的壓力大於細胞生長腔33內的壓力，此時，營養液腔32內的營養液通過濾膜31進入細胞生長腔33內，供細胞生長；當細胞生長腔33內的細胞數量增多，且新陳代謝物聚集時，營養液腔32內的壓力小於細胞生長腔33內的壓力，此時，細胞生長腔33內的細胞新城代謝物和陳舊的營養液通過濾膜31進入營養液腔32內，然後通過營養液循環通道排出或回收利用。因此，在細胞生長的過程中，驅動電機4驅動細胞反應器3的轉動不僅可以防止細胞接觸抑制的現象，還可以調整營養液腔32和細胞生長腔33的壓力差，進而加快營養液腔32和細胞生長腔33的營養液交換，更加促進細胞的生長。

參照圖6，濾膜31可為中空纖維管，由於營養液循環通道內營養液不斷的流動，必然對濾膜31產生較大的衝擊，而中空纖維管具有自支撐的特性，在能保證營養液與細胞進行營養交換的前提下，對營養液由於流動產生的衝擊具有較好的適應能力。因此，濾膜31採用中空纖維管。在採用了中空纖維管後，營養液腔32和細胞生長腔33可以根據需要靈活設置，例如，營養液腔32為中空纖維管的內部空間，細胞生長腔33為中空纖維管的外部空間。或者，營養液腔32為中空纖維管的外部空間，細胞生長腔33為中空纖維管的內部空間。

需要說明的是，中空纖維管可以是一根中空纖維管，也可以是多根中空纖維管。其中，多根中空纖維管的內外空間相比單根中空纖維管的內外空間，表面積更大，也即營養液的接觸面的面積更大，進而營養液腔32內的營養液與細胞生長腔33內的細胞可以充分接觸，營養的交換更加高效，因此，優選的設置多根中空纖維管。

在細胞培養結束後，需要將細胞收集，一般的，需要將細胞培養器拆除，然後將細胞收集到指定的容器中。但是這種人工操作的方案不夠便利，且易對細胞產生汙染。因此，如圖1所示，細胞生長腔33連通有細胞收集器7，細胞生長腔33和細胞收集器7之間的管路連接有細胞輸送泵8。這樣，當需要收集細胞時，通過打開細胞輸送泵8可以很方便的將細胞輸送至細胞收集器7內，避免了人工操作可能帶來的汙染，且操作方便、收集效率高。同時，細胞輸送泵8通過正反轉的控制，可以實現一個方向為收集細胞，另一個方向為接種細胞。

需要說明的是，由於細胞在生長的過程中易聚集在細胞生長腔33的內壁(當營養液腔32為中空纖維管的內部空間，細胞生長腔33為中空纖維管的外部空間，細胞易聚集在中空纖維管的外壁；當營養液腔32為中空纖維管的外部空間，細胞生長腔33為中空纖維管的內部空間，細胞易聚集在中空纖維管的內壁)，可能使細胞收集不夠完全，在細胞反應器3內產生一定的殘留。因此，在細胞收集前和收集時，需要使細胞與細胞生長腔33的內壁脫離，可通過驅動電機4驅動細胞反應器3轉動，使聚集在細胞生長腔33內壁的細胞均勻分布，進而細胞與細胞生長腔33的內壁脫離，便於細胞收集，減少細胞殘留。當然，對於懸浮細胞可以直接轉動脫離，而貼壁細胞需要先加酶反應再轉動脫離。

實施例二

如圖3所示，本實施例與實施例一的區別是：細胞反應器3為圓筒狀結構，細胞反應器3的一端與驅動電機4的輸出軸連接，另一端與培養箱2可旋轉連接，驅動電機4可驅動細胞反應器3繞其中心軸線轉動。細胞在細胞反應器3內生長的過程中，通過驅動電機4驅動細胞反應器3繞其中心軸線轉動，可擾動細胞反應器3內的營養液和細胞，使細胞在反應器內均勻分布，以防止細胞發生接觸抑制現象。另外，在細胞接種時，驅動電機4驅動細胞反應器3繞其中心軸線轉動，可以使接種細胞均勻分散在細胞反應器3內，促進細胞與營養液充分接觸，便於細胞的生長。

同樣的，細胞反應器3可旋轉的角度優選為0～180度，驅動電機4優選為步進電機；細胞反應器3內通過濾膜31分割為營養液腔32和細胞生長腔33，營養液供給裝置1與營養液腔32形成營養液循環通道，營養液循環通道內設置有營養液循環泵5，驅動電機4驅動細胞反應器3繞其中心軸線轉動，可調整營養液腔32和細胞生長腔33的壓力差，進而加快營養液腔32和細胞生長腔33的營養液交換，更加促進細胞的生長。

需要說明的是，細胞反應器3繞其中心軸線轉動，為提高調整營養液腔32和細胞生長腔33的壓力差的效果，濾膜31沿細胞反應器3中心軸線平行的方向設置，這樣，細胞反應器3轉動帶來的離心力與濾膜31垂直，更加有利於營養液腔32和細胞生長腔33內的營養液通過濾膜31所發生的交換。

以上僅為本發明的具體實施方式，但本發明的保護範圍並不局限於此，任何本技術領域的技術人員在本發明揭露的技術範圍內，可輕易想到的變化或替換，都應涵蓋在本發明的保護範圍之內。因此，本發明的保護範圍應以權利要求的保護範圍為準。