專利名稱：一種帶液路和電氣接口的小型二氧化碳細(xì)胞培養(yǎng)箱的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種細(xì)胞培養(yǎng)箱，具體涉及一種帶液路和電氣接口的小型二氧化碳細(xì)胞培養(yǎng)箱。
背景技術(shù)：
細(xì)胞是生命體組成的最基本的功能單位，對(duì)生命體各種復(fù)雜的生理、病理現(xiàn)象和機(jī)制的研究都離不開對(duì)細(xì)胞及分子水平學(xué)的研究，因此，細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)已成為當(dāng)今生命科學(xué)各研究領(lǐng)域最核心、最基礎(chǔ)的技術(shù)。在體外對(duì)細(xì)胞功能、代謝及分子學(xué)機(jī)制的研究離不開適合保持細(xì)胞存活狀態(tài)和維持細(xì)胞正常代謝水平的環(huán)境條件。常規(guī)的二氧化碳細(xì)胞培養(yǎng)箱就是這樣一種能夠使細(xì)胞保持正常代謝水平和生長(zhǎng)的科學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置。細(xì)胞培養(yǎng)箱能夠精確地提供細(xì)胞培養(yǎng)所需的溫度、濕度和氣體組成等環(huán)境參數(shù)，目前這類商品化細(xì)胞培養(yǎng)箱性能穩(wěn)定、響應(yīng)迅速、可靠性高，且能有效防范細(xì)胞培養(yǎng)的污染。隨著細(xì)胞生物學(xué)研究的深入，一些新興的細(xì)胞培養(yǎng)、分析技術(shù)得到長(zhǎng)足發(fā)展，典型的兩類技術(shù)是基于微流控芯片的細(xì)胞培養(yǎng)分析技術(shù)以及細(xì)胞傳感技術(shù)。微流控芯片是微流控技術(shù)實(shí)現(xiàn)的主要平臺(tái)，其裝置主要特征是其容納流體的有效結(jié)構(gòu)(通道、反應(yīng)室及其它某些功能部件)在微米級(jí)尺度，具有液體流動(dòng)可控，消耗試樣和試劑極少，分析速度提高等特點(diǎn)，微流控芯片在細(xì)胞學(xué)研究方面具有巨大優(yōu)勢(shì):1)微流控芯片通道尺寸與單個(gè)細(xì)胞大小相近，便于對(duì)細(xì)胞進(jìn)行操控；2)微流控芯片的多維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)形成相對(duì)封閉的環(huán)境，更接近細(xì)胞在體的生理狀態(tài)；3)微流控芯片能夠滿足高通量、高內(nèi)涵細(xì)胞分析的需要；4)在微流控芯片上同時(shí)實(shí)現(xiàn)細(xì)胞進(jìn)樣、培養(yǎng)、捕獲、裂解和分離檢測(cè)等步驟；由于微流控芯片為在單細(xì)胞和多細(xì)胞水平上的研究?jī)?yōu)勢(shì)，已成為國(guó)內(nèi)外細(xì)胞生物學(xué)基礎(chǔ)和應(yīng)用研究的熱點(diǎn)。細(xì)胞傳感器(cell-based sensor)是分析科學(xué)和生物科學(xué)交叉學(xué)科中的研究熱點(diǎn)，它利用活細(xì)胞作為探測(cè)單元，測(cè)量待分析物的功能性信息；利用細(xì)胞傳感器可以連續(xù)檢測(cè)和分析細(xì)胞在外界刺激下的生理功能，從生 物學(xué)角度來(lái)看，能夠探求細(xì)胞的狀態(tài)、功能和基本生命活動(dòng)信息；從被分析物的角度來(lái)看，能 夠研究和評(píng)價(jià)分析物的對(duì)細(xì)胞的功能效益。由于細(xì)胞傳感器具有敏感性高、選擇性好、響應(yīng)迅速，目前在生物醫(yī)學(xué)和環(huán)境監(jiān)測(cè)、藥物開發(fā)中有著廣泛應(yīng)用。微流控芯片技術(shù)和細(xì)胞傳感技術(shù)等新興細(xì)胞分析技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中常需要兩個(gè)條件:一是在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中能夠較長(zhǎng)時(shí)間維持細(xì)胞的存活狀態(tài)和正常的生理代謝功能，二是能夠和外部流體泵送設(shè)備或電氣檢測(cè)裝置的有效集成。目前常規(guī)的細(xì)胞培養(yǎng)箱雖然能夠?qū)崿F(xiàn)各項(xiàng)參數(shù)的精確控制且可靠性高，但設(shè)備尺寸和質(zhì)量均較大，更重要的是細(xì)胞培養(yǎng)腔內(nèi)結(jié)構(gòu)封閉，不適用與外部細(xì)胞操控、分析設(shè)備的集成，一定程度上限制了這些新興技術(shù)的實(shí)際操作和應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于解決上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種小型化二氧化碳細(xì)胞培養(yǎng)箱，該細(xì)胞培養(yǎng)箱帶有液路和電氣接口。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:—種小型二氧化碳細(xì)胞培養(yǎng)箱，包括以下組件:根據(jù)細(xì)胞培養(yǎng)功能的需求，由第一隔斷板和第二隔斷板分別依次將細(xì)胞箱體內(nèi)區(qū)域分為發(fā)熱區(qū)、細(xì)胞培養(yǎng)區(qū)和緩沖區(qū)3個(gè)區(qū)；發(fā)熱區(qū)內(nèi)安裝了發(fā)熱片(PTC加熱器)和風(fēng)扇，發(fā)熱片主要用來(lái)加熱培養(yǎng)箱內(nèi)溫度，風(fēng)扇使空氣產(chǎn)生對(duì)流，有利于培養(yǎng)箱內(nèi)溫度均勻分布，第一隔斷板上設(shè)置了通風(fēng)口，使加熱區(qū)與細(xì)胞培養(yǎng)區(qū)能夠進(jìn)行熱量傳導(dǎo)；培養(yǎng)區(qū)放置了由不銹鋼制成的細(xì)胞培養(yǎng)架以及溫度、濕度和二氧化碳濃度傳感器；細(xì)胞培養(yǎng)架由耐腐蝕且便于清洗不銹鋼制成，能夠放置細(xì)胞培養(yǎng)皿(培養(yǎng)瓶)、微流控芯片、細(xì)胞傳感器等裝置，傳感器用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)培養(yǎng)區(qū)內(nèi)的環(huán)境參數(shù)；緩沖區(qū)放置了氣體過(guò)濾裝置和超聲霧化器，分別用于過(guò)濾二氧化碳?xì)怏w和加濕細(xì)胞培養(yǎng)區(qū)的空氣，過(guò)濾后的二氧化碳?xì)怏w和水汽通過(guò)管路與細(xì)胞培養(yǎng)區(qū)相連；緩沖區(qū)還設(shè)計(jì)了外部液路和電氣接口，通過(guò)緩沖區(qū)與細(xì)胞培養(yǎng)區(qū)相連，使培養(yǎng)區(qū)與培養(yǎng)箱外環(huán)境進(jìn)行了緩沖隔離；培養(yǎng)箱通過(guò)培養(yǎng)箱蓋閉合形成密閉空間，通過(guò)硅膠圈進(jìn)行密封，通過(guò)鎖扣裝置將培養(yǎng)箱蓋閉合；培養(yǎng)箱蓋上有透光觀察區(qū)，便于實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的觀察；培養(yǎng)箱蓋與培養(yǎng)箱體通過(guò)連接軸連接；整個(gè)培養(yǎng)箱由熱塑性塑料ABS或聚碳酸酯PC加工而成；細(xì)胞培養(yǎng)箱通過(guò)電纜與電路控制系統(tǒng)及人機(jī)界面相連接。所述培養(yǎng)箱的電路控制系統(tǒng)主要用于控制培養(yǎng)區(qū)的環(huán)境參數(shù)，通過(guò)傳感器采集培養(yǎng)區(qū)內(nèi)的環(huán)境參數(shù)值，包括溫度、濕度和二氧化碳濃度，與預(yù)設(shè)定的參數(shù)值進(jìn)行比較，通過(guò)特定的技術(shù)算法計(jì)算出控制量控制執(zhí)行單元，使環(huán)境參數(shù)達(dá)到預(yù)設(shè)值。在實(shí)際應(yīng)用中，溫度控制算法可采用模糊邏輯PID調(diào)節(jié)算法，濕度、二氧化碳濃度的控制可采用位式調(diào)節(jié)方式。溫度傳感器可采用熱電偶、熱電阻或數(shù)字溫度傳感器，濕度傳感器可采用電阻式或電容式濕敏元件；二氧化碳傳感器可采用紅外吸收式、電化學(xué)式、半導(dǎo)體陶瓷式或固體電解式。二氧化碳濃度通過(guò)控制電磁閥執(zhí)行單元的通斷實(shí)現(xiàn)、溫度通過(guò)控制加熱器工作/停止實(shí)現(xiàn)、濕度通過(guò)控制超聲霧化器的開斷實(shí)現(xiàn)；培養(yǎng)箱電路控制系統(tǒng)采用微控制器作為控制核心，其電路控制原理如圖2。培養(yǎng)箱設(shè)置了緩沖區(qū)，用于將箱體外設(shè)備的液路和電路與培養(yǎng)箱內(nèi)培養(yǎng)區(qū)的細(xì)胞加載裝置相連接。在培養(yǎng)箱箱體上設(shè)計(jì)了易于拔插的外置液路接口和電氣接口，通過(guò)外置液路接口和外置電氣接口與外部設(shè)備相連接；在外置液路接口緩沖區(qū)端和外置電氣接口緩沖區(qū)端分別通過(guò)液體連接管路和連接電路與內(nèi)置液路接口緩沖區(qū)端和內(nèi)置電氣接口緩沖區(qū)端相連，內(nèi)置液路接口和內(nèi)置電氣接口的培養(yǎng)區(qū)端與細(xì)胞加載裝置的液路和電氣接口相連，從而實(shí)現(xiàn)培養(yǎng)箱培養(yǎng)區(qū)內(nèi)的細(xì)胞加載裝置與外部裝置的液路和電氣連通。細(xì)胞培養(yǎng)箱的液路接口和電氣接口如圖3和圖4所示。在一較佳實(shí)施方式中，液路接口和電氣接口直接設(shè)置于細(xì)胞培養(yǎng)區(qū)。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是:該培養(yǎng)箱能夠體積小，結(jié)構(gòu)緊湊，帶液路和電氣接口，適合于一些新興的細(xì)胞分析技術(shù)所需的操控和檢測(cè)設(shè)備相集成。


圖1為培養(yǎng)箱整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)框圖；圖2為培養(yǎng)箱電路控 制原理圖3為細(xì)胞培養(yǎng)箱液路接口 ；圖4為細(xì)胞培養(yǎng)箱電氣接口。
具體實(shí)施例方式圖1為本具體實(shí)施方式
的小型二氧化碳細(xì)胞培養(yǎng)箱，由以下部分構(gòu)成:硅膠圈1，發(fā)熱區(qū)2，第一隔斷3，細(xì)胞培養(yǎng)架4，氣體過(guò)濾瓶5，氣體管路6，單向閥7，電隔閥8，超聲霧化器9，連接軸10，培養(yǎng)箱蓋11，第一鎖扣12，觀察窗13，人機(jī)界面14，通訊線纜15，緩沖區(qū)16，電氣接口 17，液路接口 18，第二隔斷19，濕度、溫度和二氧化碳傳感器20，細(xì)胞培養(yǎng)區(qū)21，風(fēng)扇22，發(fā)熱片23，第二鎖扣24。由第一隔斷3和第二隔斷19分別將細(xì)胞箱體內(nèi)區(qū)域分為發(fā)熱區(qū)2、細(xì)胞培養(yǎng)區(qū)21和緩沖區(qū)16 ;發(fā)熱區(qū)2內(nèi)安裝了發(fā)熱片23優(yōu)選PTC加熱器和風(fēng)扇22，發(fā)熱片23主要用來(lái)加熱培養(yǎng)箱內(nèi)溫度，風(fēng)扇22使空氣產(chǎn)生對(duì)流,有利于培養(yǎng)箱內(nèi)溫度均勻分布,第一隔斷3上設(shè)置了通風(fēng)口，使發(fā)熱區(qū)2與細(xì)胞培養(yǎng)區(qū)21能夠進(jìn)行熱量傳導(dǎo)；培養(yǎng)區(qū)21放置了由不銹鋼制成的細(xì)胞培養(yǎng)架4以及溫 度、濕度和二氧化碳濃度傳感器20 ;細(xì)胞培養(yǎng)架4由耐腐蝕且便于清洗不銹鋼制成，能夠放置細(xì)胞培養(yǎng)皿(培養(yǎng)瓶)、微流控芯片、細(xì)胞傳感器等裝置，傳感器用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)培養(yǎng)區(qū)內(nèi)的環(huán)境參數(shù)；緩沖區(qū)16放置了氣體過(guò)濾裝置5-8和超聲霧化器9，分別用于過(guò)濾二氧化碳?xì)怏w和加濕細(xì)胞培養(yǎng)區(qū)的空氣，過(guò)濾后的二氧化碳?xì)怏w和水汽通過(guò)管路與細(xì)胞培養(yǎng)區(qū)相連；緩沖區(qū)還設(shè)計(jì)了外部液路接口 18和電氣接口 17，通過(guò)緩沖區(qū)與細(xì)胞培養(yǎng)區(qū)相連，使培養(yǎng)區(qū)與培養(yǎng)箱外環(huán)境進(jìn)行了緩沖隔離；培養(yǎng)箱通過(guò)培養(yǎng)箱蓋閉合形成密閉空間，通過(guò)硅膠圈進(jìn)行密封，通過(guò)鎖扣裝置將培養(yǎng)箱蓋閉合；培養(yǎng)箱蓋上有透光觀察區(qū)，便于實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的觀察；培養(yǎng)箱蓋與培養(yǎng)箱體通過(guò)連接軸連接；整個(gè)培養(yǎng)箱由熱塑性塑料ABS或聚碳酸酯PC加工而成；細(xì)胞培養(yǎng)箱通過(guò)電纜15與電路控制系統(tǒng)及人機(jī)界面14連接。圖2為本具體實(shí)施方式
的細(xì)胞培養(yǎng)箱電路控制原理圖。圖3為本具體實(shí)施方式
的細(xì)胞培養(yǎng)箱液路接口 18的局部放大圖，液路接口 18由培養(yǎng)箱箱壁25，第二隔斷19，外置液路接口 26，外置液路接口緩沖區(qū)端28，內(nèi)置液路接口緩沖區(qū)端27，液體連接管路29和內(nèi)置液路接口 30構(gòu)成。圖4為本具體實(shí)施方式
的細(xì)胞培養(yǎng)箱電氣接口 17的局部放大圖，電氣接口 17由培養(yǎng)箱箱壁25，第二隔斷19，外置電氣接口緩沖區(qū)端35，內(nèi)置電氣接口緩沖區(qū)端34，外置電氣接口 32，連接電路33和內(nèi)置電氣接口 31構(gòu)成。本具體實(shí)施方式
的細(xì)胞培養(yǎng)箱可通過(guò)以下方法進(jìn)行操作:I)、基于微流控的灌注式細(xì)胞培養(yǎng)芯片第一步:打開培養(yǎng)箱箱蓋，將細(xì)胞培養(yǎng)箱箱體在紫外燈照射30分消毒；第二步:將外部二氧化碳?xì)馄颗c培養(yǎng)箱二氧化碳管路相連，在超聲霧化器內(nèi)加入適量的高溫消毒后的蒸餾水；第三步:在超凈工作臺(tái)手動(dòng)將細(xì)胞懸液加載到微流控芯片上，然后將微流控灌注式細(xì)胞培養(yǎng)芯片放置在培養(yǎng)箱培養(yǎng)區(qū)的細(xì)胞培養(yǎng)架上，用液體管將微流控芯片與內(nèi)置液路接口培養(yǎng)區(qū)端接口聯(lián)通，關(guān)閉細(xì)胞培養(yǎng)箱蓋，通過(guò)鎖扣鎖住；第四步:打開培養(yǎng)箱電源，通過(guò)人機(jī)截面輸入培養(yǎng)區(qū)的環(huán)境參數(shù)，設(shè)置溫度為37°C，濕度為90%RH，二氧化碳濃度設(shè)置為5% ；第五步:用液體管將外置液路接口外部端與液體泵送設(shè)備(注射泵)聯(lián)通，啟動(dòng)液體泵送設(shè)備(注射泵)，將細(xì)胞培養(yǎng)液通過(guò)培養(yǎng)箱上的接口輸送到微流控芯片上，同時(shí)也可將液體從培養(yǎng)區(qū)內(nèi)通過(guò)液路接口輸送到培養(yǎng)箱外部，這樣實(shí)現(xiàn)了細(xì)胞培養(yǎng)設(shè)備與外部細(xì)胞操控設(shè)備的液體連接。2)、電化學(xué)細(xì)胞傳感器第一步:打開培養(yǎng)箱箱蓋，將細(xì)胞培養(yǎng)箱箱體在紫外燈照射30分消毒；第二步:將外部二氧化碳?xì)馄颗c培養(yǎng)箱二氧化碳管路相連，在超聲霧化器內(nèi)加入適量的高溫消毒后的蒸餾水；第三步:將制作好的電化學(xué)細(xì)胞傳感器放置在培養(yǎng)箱培養(yǎng)區(qū)的細(xì)胞培養(yǎng)架上，用電線將將電化學(xué)細(xì)胞傳感器電極與內(nèi)置電氣接口培養(yǎng)區(qū)端接口聯(lián)通，在傳感器反應(yīng)區(qū)滴加活細(xì)胞懸液，關(guān)閉細(xì)胞培養(yǎng)箱蓋，通過(guò)鎖扣關(guān)閉；第四步:打開培養(yǎng)箱電源，通過(guò)人機(jī)截面輸入培養(yǎng)區(qū)的環(huán)境參數(shù)，設(shè)置溫度為37°C，濕度為90%RH，二氧化碳濃度設(shè)置為5% ；第五步:用屏蔽線將外置電氣接口外部端與外部電化學(xué)工作站或電信號(hào)監(jiān)控設(shè)備，啟動(dòng)電化學(xué)工作站， 實(shí)現(xiàn)對(duì)培養(yǎng)過(guò)程中的細(xì)胞進(jìn)行。
權(quán)利要求
1.一種小型二氧化碳細(xì)胞培養(yǎng)箱，包括細(xì)胞箱體、傳感器、細(xì)胞培養(yǎng)架、電路控制系統(tǒng)和人機(jī)界面，其特征在于，細(xì)胞箱體通過(guò)第一隔斷板和第二隔斷板被分別依次分隔為發(fā)熱區(qū)、細(xì)胞培養(yǎng)區(qū)和緩沖區(qū)3個(gè)區(qū)域；發(fā)熱區(qū)內(nèi)安裝了發(fā)熱片和風(fēng)扇，第一隔斷板上設(shè)置了通風(fēng)口 ；細(xì)胞培養(yǎng)區(qū)為細(xì)胞培養(yǎng)和操控的區(qū)域；緩沖區(qū)放置了氣體過(guò)濾裝置和超聲霧化加濕器，過(guò)濾后的二氧化碳?xì)怏w和超聲霧化水汽分別通過(guò)管路與細(xì)胞培養(yǎng)區(qū)相連；緩沖區(qū)或細(xì)胞培養(yǎng)區(qū)設(shè)置有液路接口和電氣接口使細(xì)胞培養(yǎng)區(qū)與培養(yǎng)箱外部連通。
2.如權(quán)利要求1所述的細(xì)胞培養(yǎng)箱，其中，所述緩沖區(qū)的液路接口分別設(shè)置于緩沖區(qū)的培養(yǎng)箱箱壁和第二隔斷板上，所述電氣接口分別設(shè)置于緩沖區(qū)的培養(yǎng)箱箱壁和第二隔斷板上；并將箱體外設(shè)備的液路和電路與培養(yǎng)箱內(nèi)細(xì)胞培養(yǎng)區(qū)的細(xì)胞加載裝置相連接。
3.如權(quán)利要求2所述的細(xì)胞培養(yǎng)箱，其中，在緩沖區(qū)箱壁上設(shè)置了易于拔插的外置液路接口和外置電氣接口，通過(guò)外置液路接口和外置電氣接口分別與外部設(shè)備相連接；外置液路接口緩沖區(qū)端和外置電氣接口緩沖區(qū)端分別通過(guò)液體連接管路和連接電路與緩沖區(qū)第二隔斷板上的內(nèi)置液路接口緩沖區(qū)端和內(nèi)置電氣接口緩沖區(qū)端相連，內(nèi)置液路接口和內(nèi)置電氣接口的培養(yǎng)區(qū)端與細(xì)胞加載裝置的液路和電氣接口相連，從而實(shí)現(xiàn)培養(yǎng)箱培養(yǎng)區(qū)內(nèi)的細(xì)胞加載裝置與外部裝置的液路和電氣連通。
4.如權(quán)利要求1-3任一所述 的細(xì)胞培養(yǎng)箱，其中，培養(yǎng)箱蓋上有透光觀察區(qū)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種小型二氧化碳細(xì)胞培養(yǎng)箱，包括細(xì)胞箱體、傳感器、細(xì)胞培養(yǎng)架、電路控制系統(tǒng)、液路接口、電氣接口及人機(jī)界面，并且細(xì)胞箱體通過(guò)第一隔斷板和第二隔斷板分別依次分隔為發(fā)熱區(qū)、細(xì)胞培養(yǎng)區(qū)和緩沖區(qū)3個(gè)區(qū)；發(fā)熱區(qū)內(nèi)安裝了發(fā)熱片和風(fēng)扇，第一隔斷板上設(shè)置了通風(fēng)口；細(xì)胞培養(yǎng)區(qū)為細(xì)胞培養(yǎng)和操控的區(qū)域；緩沖區(qū)放置了氣體過(guò)濾裝置和超聲霧化加濕器，過(guò)濾后的二氧化碳?xì)怏w和超聲霧化水汽分別通過(guò)管路與細(xì)胞培養(yǎng)區(qū)相連；緩沖區(qū)設(shè)置有液路接口和電氣接口并通過(guò)緩沖區(qū)分別與細(xì)胞培養(yǎng)區(qū)和培養(yǎng)箱外部連通；本發(fā)明細(xì)胞培養(yǎng)箱體積小，結(jié)構(gòu)緊湊，帶液路和電氣接口，適合于一些新興的細(xì)胞分析技術(shù)所需的操控和檢測(cè)設(shè)備相集成。
文檔編號(hào)C12M3/00GK103146575SQ20131002134
公開日2013年6月12日 申請(qǐng)日期2013年1月21日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月21日
發(fā)明者李 遠(yuǎn), 劉北忠, 龔放 申請(qǐng)人:重慶醫(yī)科大學(xué)附屬永川醫(yī)院