細胞微載體灌流培養系統中的自控裝置的製作方法

2023-12-09 04:20:21

專利名稱：細胞微載體灌流培養系統中的自控裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種細胞微載體灌流培養系統的自控裝置，屬生物工程技術。
已有的灌流培養技術如國外NBS公司的Celligen型產品由三部分組成，即1)加液灌流部分由一加液軟管道(3)一頭連接加液罐(4)出液口，經加液蠕動泵(1)上擠管輪卡座(2)，連接於培養罐(8)進液口；2)培養部分由一臺培養罐(8)以及罐蓋上垂直安裝一個排液柱(1)及其所附的濾網(11)，柱的下口(12)伸入培養罐內液體深層；3)排液部分自排液柱上口(13)連接一排液軟管道(16)經排液蠕動泵(14)上擠管輪卡座(15)連接於排液液罐(17)接口。
該設備在灌流培養時是通過加液蠕動泵和排液蠕動泵的同步運轉，不斷從加液罐(4)向培養罐(8)內灌注新鮮培養液，同時排液蠕動泵還不斷從培養罐內抽走含有代謝廢物的培養液，但是，也隨著廢液不斷帶出大量的細胞和微載體，堵塞在排液柱(10)內濾網(11)上，影響培養運轉。目前消除堵塞的方法有1)中空纖維濾器阻留法(Strand1984)；2)不鏽鋼或聚四氟乙烯網狀旋轉濾器阻留法(Argrinos1990)，3)Celligen型培養設備是利用一根上粗下細的園柱體插入培養罐中，柱頂部加一篩網和空氣濾器(Bullter1983)，試圖利用自然空氣壓力從濾網上將堆積的細胞衝刷下來，但是成功率很低。
本實用新型提出一個自動控制裝置的方法，其目的在於利用Celligen培養設備上排液蠕動泵(14)的擠管輪(15)具有正、反轉向的特點，以一臺電子數字定時交替控制器(19)來自動控制該擠管輪(15)的正反轉向，以造成密閉的培養系統內部產生相應的正壓和負壓力的不斷變換，驅使不斷變換流向的培養液間歇性地將堵塞濾網(11)的細胞和微載體如數壓回培養罐內，以此解決培養細胞的損失問題。
以下是為實現本實用新型的目的而選用的技術方案一、用一臺電子數字定時交替控制器(19)中的執行電路終端繼電器J(42)的6個引腳分別連接於培養設備上排液蠕動泵(14)驅動電路電源電壓零電位的各接線點，在培養運轉中，通過自動控制器的調控，使排液蠕動泵擠管輪正轉時，培養系統內部呈負壓狀態，廢液被抽入排液罐(47)，反之，擠管輪(15)被控制在反轉時，培養管道內部為壓力迅速轉換為正壓；迫使改向培養罐內倒灌的培養液將濾網(11)上的細胞和微載體全部驅回培養罐內(8)。如此控制正、負壓力交替變換所產生的衝刷作用來清除濾網(11)上的細胞堆積比較理想。
二、自控裝置上的電子數字定時交替控制器的電路組成包括1)時基電路，2)定時1電路和定時2電路，3)設定1電路和設定2電路，4)交替控制電路以及5)執行電路。現結合圖2)進一步敘述如下(一)時基電路包括一個秒發生器3272(20)，兩個分計數器CD4018(21)、(22)，一個用作震蕩分頻的石英電晶體(47)和三極體3DG6(36)、(37)、3DG14(38)以及與三極體(36)、(37)連接的發光二極體(48)。利用石英電晶體的震蕩頻率經秒發生器(20)的分頻，產生秒信號，該信號經三極體(36)、(37)放大，使發光二極體(48)閃光，同時將放大的信號輸入分計數器(21)、(22)計數，產生分信號，並分別提供給定時電路。
(二)定時電路包括定時1電路和定時2電路1、定時1電路含兩個集成電路分計數器CD4017(23)、(24)進行1－99分鐘的定時工作。
2、定時2電路含兩個集成電路分計數器CD4017(25)、(26)，其作用與定時1電路同。
(三)設定電路包括設定1電路和設定2電路。
1、設定1電路由兩個十進位數字撥盤開關(43)、(44)組成，該電路專門設置定時1電路的計時時間。
2、設定2電路由兩個十進位數字撥盤開關CD4017(45)、(46)組成，專門設置定時2電路的計時時間。
(4)交替控制電路由一個雙單穩態集成電路CD4528(27)、五個與非門1／4CD4011(28)、(29)、(30)、(31)、(32)，三個或門1／4CD4071(33)、(34)、(35)以及電晶體3DG14(39)組成，該電路接受來自設定1電路的數字撥盤開關(43)、(44)和設定2電路中(45)、(46)的信號，並產生相應信號，該電路的工作是1)使分計數器CD4018(21)、(22)復位；2)能制止剛開始工作剎那間的定時1電路的計時，並使其保持最後出現的數值，以維持其輸出電平信號；3)使設定2電路路中的(45)、(46)復位，同時啟動計時；4)輸出一個信號到控制終端的執行電路。
(五)執行電路由與非門CD4011(30)、電晶體3DG6(40)、3AX81(41)、續電器J(42)以及續流二極體(49)組成。當定時1電路計時，與非門CD4011(30)輸出「0」信號時，三極體3DG14(40)截止、繼電器J(42)啟開，其後繼設備(排液蠕動泵擠管輪(15)以及培養系統內部產生某種動作狀態。當定時2電路計時，與非門1／4CD4011(30)輸出「1」信號時，3DG14(40)、(41)導通，繼電器J(42)吸合其後續設備排液蠕動泵和排液柱時，又產生另一種動作狀態(即培養系統內部的正、負壓力和液體流向隨擠管輪轉向的變換而改變)。
三、根據本實用新型的技術方案給出的實施例如下電子數字定時交替控制器的構成包括時基電路、定時1和2電路、設定1和2電路、交替控制電路和執行電路。
(一)時基電路包括秒發生器3272(20)、分計數器CD4018(21)和(22)、震蕩分頻石英電晶體(47)、三極體3DG6(36)、(37)，3DG14(38)以及與3DG6(36)、(37)連接的發光二極體(48)。
其電路連接關係是電阻(50)的一極連接電源電壓正極，另一極與二極體(51)的陽極連接，同時接於秒發生器3272(20)的1腳和三極體(36)的發射極。二極體(52)的陽極與二極體(51)的陰極連接，其另一極與電源電壓零電位連接。石英電晶體(47)的兩個引端分別與秒發生器(20)的7、8腳連接，二極體(54)的陰極接到(20)的3腳，其陽極同時與三極體3DG6(36)的基極連接，(36)的集電極和3DG6(37)的基極連接，(37)的集電極經電阻(55)接至三極體3DG14(38)的基極，再和分計數器CD4018(21)的1、4腳連接，分計數器CD4018(21)的2、3、7、9、10、12腳均與電源電壓零位連接，(21)的1、6腳短接後再和分計數器CD4018(22)的1、4腳連接，(22)的2、3、7、9、10和12與電源電壓零電位連接(22)的1、13腳短接後與定時1電路的分計數器CD4017(23)的14腳以及交替控制電路的或門1／4CD4071(35)的1腳連接，分計數器CD4018(21)、(22)的15腳連接後與交替控制電路的或門1／4CD4071(33)的10腳連接。
(二)定時電路包括定時1電路和定時2電路1、定時1電路由集成電路計數器CD4071(23)、(24)組成，其電路連接關係是分計數器CD4017(23)的14腳與時基電路的分計數器CD4018(22)的1、13腳連接，(23)的12腳與(24)的14腳連接，(23)、(24)的1、2、3、4、5、6、7、9和10腳分別與設定1電路的數字撥盤開關(43)、(44)的0－9腳連接，分計數器CD4017(23)、(24)的15腳相短接後與交替控制電路中的與非門1／4CD4014(32)的4腳連接，分計數器CD4017(23)、(24)的13腳短接後與交替控制電路中的與非門1／4CD4011(29)的10腳連接。
2、定時2電路由集成電路分計數器CD4017(25)、(26)組成，其分計數器CD4017(25)的14腳和或門1／4CD4071(35)的3腳連接，或門1／4CD4071(35)的12腳接於計數器CD4017(26)的14腳，(25)、(26)的15腳並聯後接於(27)的6腳，(25)、(26)的13腳互接後與三極體3DG14(39)的集電極連接，(25)、(26)的1、2、3、4、5、6、7、9和10腳分別與設定2電路的數字撥盤開關0－9的引腳連接。
(三)設定電路包括設定1電路和設定2電路1、設定1電路由十進位數字撥盤開關(43)、(44)組成。其電路連接如(43)、(44)的0－9引腳分別與(23)、(24)的1、2、3、4、5、6、7、9和10腳連接。(43)的公共引腳與(28)的1腳連接。
2、設定2電路由十進位數字撥盤開關(45)、(46)的0－9腳分別與(25)、(26)的1、2、3、4、5、6、7、9和10腳連接。(45)的公共引腳和與非門CD4011(31)的6腳連接。(46)的公共引腳與(31)的5腳連接。
(四)交替控制電路由雙單穩態集成電路CD4528(27)和與非門(28)、(29)、(30)、(31)、或門(32)、(33)、(34)、(35)以及電晶體(39)組成。其電路連接是與非門1／4CD4011(28)的2腳與十進位數字撥盤開關(43)的公共引腳，與非門CD4011(31)的5腳接至(46)的公共引腳，(31)的6腳接到(45)的公共引腳，(28)的3腳和與非門CD4011(29)的8、9腳連接，執行電路中的與非門1／4CD4011(30)的12、13腳和該電路中(35)的2腳連接，(29)的10腳接至(27)的4腳和(23)、(24)的13腳。(31)的4腳經電阻(60)接至三極體(39)的基極，其集電極與(25)、(26)的13腳連接。
(五)執行電路由與非門(30)、電晶體3DG6(40)、3AX81(41)、繼電器J(42)、續流二極體(49)等組成。其電路連接是(30)的12、13腳與(28)的3腳和(29)的8、9腳連接，(30)的11腳經電阻(56)接至(40)的基極，(40)的集電極經(57)接至(41)的基極，(42)的兩端分別接至(41)的集電極和電源電壓零電位，(49)的陽極和(41)的集電極相連接，其陰級接至電源電壓零電位，繼電器J(42)的1、5、引腳短接後與其後續設備(排液蠕動泵(14)的驅動電壓的正極連接，其2、4腳短接後與(14)的負極連接，(42)的3腳接(14)的一端，其6腳接(14)的另一端。
四、用該自控裝置連接於NBA公司的Celligen1.5立升灌流培養罐和德國Brown公司BiostatMC 2立升培養罐上培養尿激酶工程細胞時，培養液灌流速度從0.5個逐漸增大到3個培養容量／天，細胞密度高達8.42×106個細胞／ml時，由於該自控裝置的自控作用，排液柱(10)濾網(11)上始終沒有細胞堵塞發生，培養物產量較不加自控裝置者高20倍。
五、說明書附圖

圖1有電子數字定時交替控制器的Celligen灌流培養設備圖2數字定時交替控制器電路
權利要求一種細胞微載體灌流培養系統的自控裝置，由一臺電子數字定時交替控制器和Celligen灌流培養設備上的排液部分連接組成，該裝置對灌流培養設備運轉中的自動控制作用是由電子數字定時交替控制器、培養設備的排液蠕動泵上具有正、反轉向的擠輪和排液柱及其矽膠軟管道來共同完成的，其特徵在於1、該自控裝置和電子數字定時交替控制器的連接是由控制器的執行電路終端繼電器J(42)的1.5引腳與排液蠕動泵上的驅動電壓的正極連接，2.4引腳與其負極連接以及其3.6引腳與馬達連接組成；
2.該自控裝置上控制器的電路組成包括1)時基電路；2)定時1電路和定時2電路；3)設定1電路和設定2電路；4)交替控制電路和5)執行電路，其中(1)時基電路包括一個集成電路秒發生器3273(20)，兩個分計數器CD4018(21)、(22)、一個起震蕩分頻作用的石英電晶體(47)，三個三級管3DG6(36)、(37)、3DG14(38)以及一個發光二極體，(2)定時1電路包括兩個分計數器CD4017(23)、(24)和時基電路中分計數器CD4018(21)，CD4017(23)相連接而成；定時2電路含有兩個分計數器CD4017(25)、(26)與雙單穩態集成電路計數器CD4528(27)以及三極體3DG14(39)相連接，(3)設定1電路包括兩個十進位數字撥盤開關(43)、(44)與分計數器CD4017(23)、(24)和與非門CD4011(28)相連接；設定2電路包括兩個十進位數字撥盤開關(45)、(46)和與非門CD4011(31)相連接，(4)交替控制電路包括雙單穩態集成電路計數器CD4528(27)和四個與非門1／4CD4011(28)、(29)、(30)、(31)，一個與非門1／4CD4014(32)，三個或門1／4CD4071(33)、(34)、(35)以及電晶體3DG14(39)與十進位數字撥盤開關1／4CD4017(45)、(46)相連接，(5)執行電路包括兩個和與非門1／4CD4011(28)、(29)相連接的與非門1／4CD4011(30)，一個電晶體3DG14(40)、一個3AX81(41)、一個和排液蠕動泵電源電壓零電位連接的繼電器J(42)以及一個續流二極體(49)。
專利摘要一種細胞微載體灌流培養系統的自控裝置，由一臺電子數字定時交替控制器及其後續設備灌流培養系統中的排液蠕動泵、排液柱和排液軟管道等的技術配套組成。該自控裝置在控制器的自動調控下能有效地排除灌流培養中因大量細胞和微載體堵塞濾網而影響培養效果的問題。其定時精度24小時誤差小於5秒鐘。
文檔編號H03K17/28GK2177017SQ9120889
公開日1994年9月14日 申請日期1991年5月30日 優先權日1991年5月30日
發明者肖成祖, 周鶴山, 黃子才 申請人:中國人民解放軍軍事醫學科學院生物工程研究所