本實(shí)用新型屬于細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種細(xì)胞培養(yǎng)裝置。

背景技術(shù)：

在生物學(xué)領(lǐng)域，科研工作者需要使用細(xì)胞培養(yǎng)裝置來培養(yǎng)細(xì)胞從事相關(guān)研究，所使用的細(xì)胞培養(yǎng)裝置有細(xì)胞培養(yǎng)瓶、細(xì)胞培養(yǎng)板等。細(xì)胞培養(yǎng)瓶和細(xì)胞培養(yǎng)板使用的材質(zhì)分為玻璃和塑料，其底部形狀和體積有多種型號；另外，在培養(yǎng)貼壁細(xì)胞時(shí)，細(xì)胞培養(yǎng)瓶和細(xì)胞培養(yǎng)板的表面需要經(jīng)過特殊地改性處理。

細(xì)胞培養(yǎng)過程中，要嚴(yán)格控制細(xì)胞培養(yǎng)液的成分和培養(yǎng)環(huán)境。一般來說，細(xì)胞培養(yǎng)液的pH值在7.0～7.4之間為適宜。由于碳酸鹽pH緩沖系統(tǒng)是一種生理緩沖系統(tǒng)(它是人體血液重要的pH緩沖系統(tǒng))，所以大多數(shù)細(xì)胞培養(yǎng)液用它來保持pH值的穩(wěn)定。細(xì)胞培養(yǎng)液制作過程中，需要添加適量的碳酸氫鈉；除此之外，細(xì)胞在培養(yǎng)時(shí)需要將載有細(xì)胞的細(xì)胞培養(yǎng)裝置放置在CO₂培養(yǎng)箱中進(jìn)行培養(yǎng)，以保持細(xì)胞培養(yǎng)液中溶解一定的CO₂。

目前，細(xì)胞培養(yǎng)裝置是通過旋松瓶蓋或安裝有透氣膜(如細(xì)菌過濾膜)來進(jìn)行氣體交換，以便于CO₂進(jìn)入細(xì)胞培養(yǎng)裝置內(nèi)。但是這兩者常規(guī)手段存在一些不足之處：

1)對細(xì)胞培養(yǎng)瓶而言，旋松瓶蓋來透氣容易給細(xì)胞培養(yǎng)液帶來污染；

2)對細(xì)胞培養(yǎng)瓶和細(xì)胞培養(yǎng)板而言，培養(yǎng)瓶的瓶蓋處或培養(yǎng)板的面板上常安裝有細(xì)菌過濾膜，這種帶有細(xì)孔的過濾膜可以過濾空氣中細(xì)菌；但是，培養(yǎng)箱中的CO₂需要更高濃度和一定的壓力差，CO₂才會(huì)進(jìn)入細(xì)胞培養(yǎng)瓶和細(xì)胞培養(yǎng)板內(nèi)；

3)對細(xì)胞培養(yǎng)瓶而言，若細(xì)胞培養(yǎng)液體積較大時(shí)，培養(yǎng)箱中的CO₂可以溶解在細(xì)胞培養(yǎng)液中，但是卻局限于細(xì)胞培養(yǎng)液的表層，培養(yǎng)瓶底部的培養(yǎng)液卻不能充分溶解CO₂；同時(shí)添加的培養(yǎng)液體積受限，細(xì)胞培養(yǎng)周期中需要頻繁更換培養(yǎng)液，導(dǎo)致培養(yǎng)成本上升，污染風(fēng)險(xiǎn)加大，工作量上升；

4)對細(xì)胞培養(yǎng)瓶和細(xì)胞培養(yǎng)板而言，為促進(jìn)CO₂充分溶解在培養(yǎng)液中，需要使用設(shè)備對細(xì)胞培養(yǎng)瓶和細(xì)胞培養(yǎng)板進(jìn)行搖晃，導(dǎo)致成本增加。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型目的在于克服現(xiàn)細(xì)胞培養(yǎng)裝置存在的不足，而提供帶有非多孔氣體分離膜的細(xì)胞培養(yǎng)裝置，本實(shí)用新型的細(xì)胞培養(yǎng)裝置利用非多孔氣體分離膜對CO₂的高選擇性，使CO₂充分溶解在細(xì)胞培養(yǎng)容器內(nèi)的細(xì)胞培養(yǎng)液中。

本實(shí)用新型的技術(shù)方案為：一種細(xì)胞培養(yǎng)裝置，所述細(xì)胞培養(yǎng)裝置包括設(shè)有開口的細(xì)胞培養(yǎng)容器以及覆蓋所述開口的非多孔氣體分離膜，所述非多孔氣體分離膜允許二氧化碳和氧氣進(jìn)入所述細(xì)胞培養(yǎng)容器。

作為對上述技術(shù)方案地改進(jìn)，所述非多孔氣體分離膜為聚二甲基硅氧烷膜、聚三甲基硅氧丙炔膜、聚三甲基乙烯硅烷膜及它們的改性膜中的至少一種。優(yōu)選地，所述非多孔氣體分離膜為聚二甲基硅氧烷及其改性膜。聚二甲基硅氧烷(PDMS)、聚三甲基硅氧丙炔(PTMSP)和聚三甲基乙烯硅烷(PVTMS)制成的分離膜，對空氣有著很好的透氣性(如CO₂和O₂)，對CO₂具有高選擇性。這種分離膜膜不是傳統(tǒng)的微孔膜而是非多孔膜，其構(gòu)成的分子結(jié)構(gòu)很大，小分子可以直接從這些大分子間透過。分離膜的透氣機(jī)制是：溶解-擴(kuò)散-蒸發(fā)；首先氣體分子在膜的上游側(cè)表面吸附和溶解；之后溶解入膜的氣體分子在濃度差的推動(dòng)下擴(kuò)散透過膜；最后氣體分子從膜下游側(cè)面解吸出來。非多孔分離膜完全或者部分接觸培養(yǎng)液，二氧化碳和氧氣透過膜可以直接進(jìn)入到培養(yǎng)液中。這種分離膜對氣體的分離不發(fā)生相變，操作溫度是常溫，同時(shí)無需外加加壓等設(shè)備，是對傳統(tǒng)的膜分離技術(shù)的一個(gè)革新。

為了改善膜的結(jié)構(gòu)形態(tài)和性能，常常在上述分離膜溶液中加入添加劑，制作改性膜。添加劑的種類很多，大致可分為高分子添加劑：聚乙烯基毗咯烷酮(PVP)、聚乙二醇(PEG)、聚乙烯醇(PVA)，小分子添加劑：表面活性劑(Span、Tween)、二甘醇二甲醚(DGDE)、無機(jī)鹽(ZnCl₂、LiCl)、丙酸(PA)和醇類等。不同的添加劑對膜結(jié)構(gòu)和性能的影響不同。PDMS、PTMSP和PVTMS三種原料的改性可分為主鏈改性和側(cè)鏈改性。空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的形成對提高膜的強(qiáng)度、膜材料的玻璃化溫度Tg等具有明顯改變的作用。主鏈改性的方法是將三種原料分別與其它活性材料共聚，或形成互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)：如將PDMS與丙烯酸酯、硅烷偶聯(lián)劑共聚，或在聚合反應(yīng)后期加入甲醛形成互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)等實(shí)現(xiàn)PDMS主鏈的改性。側(cè)鏈改性的方法主要有兩種：一是用極性基團(tuán)取代三種原料側(cè)鏈上的甲基，如在PDMS側(cè)鏈引入OR、NR等強(qiáng)極性基團(tuán)；二是在側(cè)鏈引入能有效提高鏈段空間位阻的大體積基團(tuán)(如芳烴基)。極性基團(tuán)和大體積基團(tuán)的存在能有效提高有機(jī)硅薄膜材料的鏈段極性、空間位阻以及鏈段堆砌密度，增強(qiáng)分子間的作用力，使薄膜的強(qiáng)度得到根本的提高。

作為對上述技術(shù)方案地改進(jìn)，所述非多孔氣體分離膜對二氧化碳的透氣率比氧氣高。優(yōu)選地，所述非多孔氣體分離膜對二氧化碳的透氣率為氧氣的透氣率的4～50倍。

作為對上述技術(shù)方案地改進(jìn)，所述非多孔氣體分離膜的厚度為0.02mm～1.5mm。

作為對上述技術(shù)方案地改進(jìn)，所述細(xì)胞培養(yǎng)裝置上還設(shè)有進(jìn)樣口。

作為對上述技術(shù)方案地改進(jìn)，所述細(xì)胞培養(yǎng)容器為細(xì)胞培養(yǎng)瓶，細(xì)胞培養(yǎng)瓶的頂部設(shè)有進(jìn)樣口(如細(xì)胞培養(yǎng)瓶的瓶口)，所述開口設(shè)于細(xì)胞培養(yǎng)瓶的底端或側(cè)壁上，所述非多孔氣體分離膜鑲嵌在開口處并將開口密封。在細(xì)胞培養(yǎng)瓶中培養(yǎng)懸浮細(xì)胞時(shí)，一般可在細(xì)胞培養(yǎng)瓶瓶體的底部鑲嵌非多孔氣體分離膜；在細(xì)胞培養(yǎng)瓶中培養(yǎng)貼壁細(xì)胞時(shí)，一般可以在細(xì)胞培養(yǎng)瓶瓶體的側(cè)壁鑲嵌非多孔氣體分離膜。

優(yōu)選的，所述細(xì)胞培養(yǎng)瓶包括瓶蓋、瓶體和與瓶體連接的底座，所述瓶蓋上開有透氣孔和安裝有細(xì)菌過濾膜，所述瓶體底部設(shè)有與其一體成型的“環(huán)狀”固定座，所述固定座底部設(shè)有開口，固定座底部鑲嵌有一層密封固定座底部開口的非多孔氣體分離膜，所述底座內(nèi)部設(shè)有透氣孔。

作為對上述技術(shù)方案進(jìn)一步地改進(jìn)，所述非多孔氣體分離膜的外側(cè)設(shè)有支撐板，所述支撐板為允許氣體通過的鏤空結(jié)構(gòu)。優(yōu)選地，所述非多孔氣體分離膜與支撐板之間安裝有支撐網(wǎng)，支撐網(wǎng)能避免支撐板損傷非多孔氣體分離膜。

作為對上述技術(shù)方案進(jìn)一步地改進(jìn)，所述開口以多個(gè)孔洞的形式設(shè)于細(xì)胞培養(yǎng)瓶的側(cè)壁上。

作為對上述技術(shù)方案地改進(jìn)，所述細(xì)胞培養(yǎng)容器為細(xì)胞培養(yǎng)板，細(xì)胞培養(yǎng)板為一個(gè)內(nèi)含窄腔的密封結(jié)構(gòu)，細(xì)胞培養(yǎng)板的上下兩面均為透明面板，其中一個(gè)透明面板的上設(shè)有透氣孔和進(jìn)樣口。

作為對上述技術(shù)方案進(jìn)一步地改進(jìn)，所述透氣孔和進(jìn)樣口設(shè)于透明面板的頂部，所述開口設(shè)于透明面板的底部，所述開口以多個(gè)孔洞的形式存在。

作為對上述技術(shù)方案進(jìn)一步地改進(jìn)，所述透氣口上安裝有細(xì)菌過濾膜。

作為對上述技術(shù)方案進(jìn)一步地改進(jìn)，所述非多孔氣體分離膜的外側(cè)設(shè)有支撐板，所述支撐板為允許氣體通過的鏤空結(jié)構(gòu)。

優(yōu)選地，透氣口上安裝有細(xì)菌過濾膜，進(jìn)樣口上安裝有密封塞，以及非多孔氣體分離膜的外側(cè)設(shè)有鏤空結(jié)構(gòu)的支撐板。在用細(xì)胞培養(yǎng)板培養(yǎng)細(xì)胞過程中，通過進(jìn)樣孔注入細(xì)胞培養(yǎng)液和細(xì)胞，腔內(nèi)的氣體從透氣孔泄漏出去。注入完成之后，先把細(xì)胞培養(yǎng)板的透明面板(設(shè)有進(jìn)樣口、透氣孔和開口的一面)向上平放這靜止放置一段時(shí)間之后，等待加入的細(xì)胞大部分完成貼壁之后；翻轉(zhuǎn)細(xì)胞培養(yǎng)板將下透明面板朝上，45^。傾斜放置，進(jìn)行細(xì)胞培養(yǎng)。期間，可以通過顯微鏡觀察細(xì)胞狀態(tài)。收獲細(xì)胞時(shí)，首先在進(jìn)樣口吸出培養(yǎng)基，再在進(jìn)樣口加入消化酶使細(xì)胞脫落下來，之后可以從進(jìn)樣口吸出含細(xì)胞的液體。

廠家可以根據(jù)實(shí)際需求，實(shí)現(xiàn)支撐板、底座與細(xì)胞培養(yǎng)瓶底部、側(cè)壁或細(xì)胞培養(yǎng)板的透明面板可拆卸連接，便于定期對非多孔氣體分離膜進(jìn)行更換和維修。

本實(shí)用新型的有益效果在于：本實(shí)用新型提供一種細(xì)胞培養(yǎng)裝置，通過向細(xì)胞培養(yǎng)裝置的開口處鑲嵌有非多孔氣體分離膜，并用支撐板或支撐網(wǎng)進(jìn)行支撐、固定。由于非多孔氣體分離膜對CO₂具有高選擇透過率，使CO₂可以充分溶解在細(xì)胞培養(yǎng)液中，會(huì)產(chǎn)生以下有益效果：

1)非多孔氣體分離膜有效且高選擇性的使二氧化碳和氧氣補(bǔ)充到培養(yǎng)液中，降低細(xì)胞培養(yǎng)對外界的環(huán)境要求，未來有些細(xì)胞培養(yǎng)不再需要使用二氧化碳培養(yǎng)箱；

2)二氧化碳高選擇性地補(bǔ)充到培養(yǎng)液，改善了培養(yǎng)液pH值；同時(shí)氣體分子的不斷持續(xù)透過分離膜進(jìn)入培養(yǎng)液中，也導(dǎo)致培養(yǎng)液內(nèi)部微流動(dòng)，使細(xì)胞的周圍生長環(huán)境持續(xù)得到改善，可以極大提高細(xì)胞生長效率，提前收獲足量細(xì)胞，縮短培養(yǎng)周期；

3)二氧化碳和氧氣直接從培養(yǎng)液底部或中部而非液面處補(bǔ)充，規(guī)避了培養(yǎng)液體積和液面高度的限制，可一次性加足培養(yǎng)液以減少培養(yǎng)液的更換頻率，可以降低頻繁更換培養(yǎng)液帶來的污染風(fēng)險(xiǎn)，為更大規(guī)模的自動(dòng)化培養(yǎng)細(xì)胞帶來可能；

4)細(xì)胞生長效率提高，收獲周期縮短，培養(yǎng)細(xì)胞的成本進(jìn)一步降低；同時(shí)為大密度培養(yǎng)細(xì)胞帶來了可能。

附圖說明

圖1為實(shí)施例1中的瓶體底部鑲嵌有非多孔氣體分離膜的細(xì)胞培養(yǎng)瓶的剖視結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為實(shí)施例2中的瓶體底部鑲嵌有非多孔氣體分離膜的細(xì)胞培養(yǎng)瓶的正視結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為實(shí)施例3中的瓶體側(cè)壁部鑲嵌有非多孔氣體分離膜的細(xì)胞培養(yǎng)瓶的側(cè)視結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為實(shí)施例4中的透明面板鑲嵌有非多孔氣體分離膜的細(xì)胞培養(yǎng)板的俯視結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為實(shí)施例2中的瓶蓋俯視結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

為更好地說明本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)，下面將結(jié)合具體實(shí)施例和附圖對本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明。

實(shí)施例1

本實(shí)用新型的一種瓶體底部鑲嵌有非多孔氣體分離膜的細(xì)胞培養(yǎng)瓶的實(shí)施例，如圖1所示：細(xì)胞培養(yǎng)瓶包括瓶蓋1和瓶體11，瓶蓋1與瓶體11頂部設(shè)置的進(jìn)樣口配合連接，瓶蓋1上開有透氣孔12，透氣孔12下方安裝有細(xì)菌過濾膜13，瓶體11底部設(shè)有開口，瓶體11底部的開口處鑲嵌有一層密封開口的非多孔氣體分離膜14，非多孔氣體分離膜14為聚二甲基硅氧烷膜，非多孔氣體分離膜14下方設(shè)有一“鏤空”的支撐板15，且支撐板15固定連接在瓶體11上。

實(shí)施例2

本實(shí)用新型另一種瓶體底部鑲嵌有非多孔氣體分離膜的細(xì)胞培養(yǎng)瓶的實(shí)施例，如圖2和圖5所示：細(xì)胞培養(yǎng)瓶包括瓶蓋2、瓶體21和底座23，瓶蓋2上設(shè)有的螺紋51與瓶體21頂部設(shè)置的進(jìn)樣口配合連接，瓶蓋2上開有透氣孔52，透氣孔52上安裝有細(xì)菌過濾膜53，瓶體21底部設(shè)有與其一體成型的“環(huán)狀”固定座22，固定座22底部設(shè)有開口以及固定座22底部開口處鑲嵌有一層密封開口的非多孔氣體分離膜24，所述非多孔氣體分離膜24為聚三甲基硅氧丙炔膜，非多孔氣體分離膜24下方有一支撐網(wǎng)25安裝在底座23內(nèi)，底座23的底部開有透氣孔，底座23外側(cè)設(shè)有的固定插槽27與固定座22外側(cè)設(shè)有的固定卡塊26進(jìn)行連接。

實(shí)施例3

本實(shí)用新型一種瓶體側(cè)壁部鑲嵌有非多孔氣體分離膜的細(xì)胞培養(yǎng)瓶的實(shí)施例，如圖3所示：細(xì)胞培養(yǎng)瓶包括瓶蓋3和瓶體31，瓶蓋3上開有透氣孔和安裝有細(xì)菌過濾膜，瓶體31側(cè)壁上設(shè)有“多個(gè)孔洞形式”的開口，瓶體側(cè)壁開口處鑲嵌有一層密封開口的非多孔氣體分離膜32，所述非多孔氣體分離膜32為聚三甲基乙烯硅烷膜，非多孔氣體分離膜32外側(cè)設(shè)有一“鏤空”的支撐板33，且支撐板33固定連接在瓶體31外壁上。

實(shí)施例4

本實(shí)用新型一種上透明面板鑲嵌有非多孔氣體分離膜的細(xì)胞培養(yǎng)板的實(shí)施例，如圖4所示：細(xì)胞培養(yǎng)板為一個(gè)內(nèi)含窄腔的密封結(jié)構(gòu)，細(xì)胞培養(yǎng)板上下兩面均為透明面板，透明面板4的一端設(shè)有透氣孔和進(jìn)樣口，透明面板4的透氣口上安裝有細(xì)菌過濾膜42，進(jìn)樣口上安裝有密封塞41，透明面板4的另一端設(shè)有“多孔洞形式”的開口，透明面板4開口處鑲嵌有一層密封開口的非多孔氣體分離膜43，所述非多孔氣體分離膜43為聚三甲基乙烯硅烷改性膜，非多孔氣體分離膜43外側(cè)設(shè)有一“鏤空”的支撐板44，且支撐板44固定連接在該透明面板上。

結(jié)合實(shí)施例1～4，我們對現(xiàn)有的細(xì)胞培養(yǎng)瓶和細(xì)胞培養(yǎng)板進(jìn)行改進(jìn)，在細(xì)胞培養(yǎng)瓶的底部或者側(cè)壁以及細(xì)胞培養(yǎng)板的透明面板者上設(shè)有開口，在該開口處鑲嵌一層非多孔氣體分離膜，這種有選擇性的分離膜使二氧化碳分子和氧氣主動(dòng)透入培養(yǎng)液內(nèi)。這樣可以大大增加二氧化碳在培養(yǎng)液中的溶解和擴(kuò)散，使培養(yǎng)基內(nèi)部產(chǎn)生微流動(dòng)，實(shí)時(shí)改善細(xì)胞的培養(yǎng)環(huán)境。這樣，細(xì)胞培養(yǎng)瓶可一次性加入更多的培養(yǎng)液，消除了培養(yǎng)液高度的約束，可以大大減少培養(yǎng)液更換的頻率，減少了污染的風(fēng)險(xiǎn)和工作量；可以讓細(xì)胞生長的更快，相比傳統(tǒng)的手段可以大大縮短細(xì)胞培養(yǎng)周期。

最后所應(yīng)當(dāng)說明的是，以上實(shí)施例用以說明本實(shí)用新型的技術(shù)方案而非對本實(shí)用新型保護(hù)范圍的限制，盡管參照較佳實(shí)施例對本實(shí)用新型作了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對本實(shí)用新型的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者同等替換，而不脫離本實(shí)用新型技術(shù)方案的實(shí)質(zhì)和范圍。