細胞發(fā)酵罐中細胞生長狀態(tài)原位實時顯微監(jiān)測裝置及方法
【專利摘要】細胞發(fā)酵罐中細胞生長狀態(tài)原位實時顯微監(jiān)測裝置及方法屬于生物醫(yī)學工程技術(shù)領(lǐng)域?，F(xiàn)有技術(shù)觀察結(jié)果存在時間偏差，還會造成培養(yǎng)液污染。本發(fā)明之裝置為，光源通過照明俯仰轉(zhuǎn)軸安裝在左升降機構(gòu)上，顯微鏡CCD通過攝像俯仰轉(zhuǎn)軸安裝在右升降機構(gòu)上；光源與顯微鏡CCD同軸相向排列；照明俯仰轉(zhuǎn)軸軸線與攝像俯仰轉(zhuǎn)軸軸線平行且分別與光源光軸、顯微鏡CCD光軸相交并垂直；顯微鏡CCD與計算機連接。本發(fā)明之方法為，調(diào)整光源高度使其通過照明窗口照明培養(yǎng)液；調(diào)整顯微鏡CCD高度使其通過觀察窗口攝錄培養(yǎng)液內(nèi)部影像；調(diào)整光源俯仰角和顯微鏡CCD俯仰角，使光源光軸與顯微鏡CCD光軸重合；顯微鏡CCD全程、實時攝錄培養(yǎng)液影像并傳送至計算機進行圖像處理，再顯示在顯示屏上。
【專利說明】
細胞發(fā)酵罐中細胞生長狀態(tài)原位實時顯微監(jiān)測裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種細胞發(fā)酵罐中細胞生長狀態(tài)原位實時顯微監(jiān)測裝置及方法，屬于生物醫(yī)學工程技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]細胞發(fā)酵罐是醫(yī)藥企業(yè)生產(chǎn)疫苗、重組蛋白藥物、單抗等最常用也是必備的生物反應器，每家藥廠均有大量細胞發(fā)酵罐用于培養(yǎng)細胞。細胞發(fā)酵罐罐壁上布設(shè)照明窗口、觀察窗口及取樣口，容積有30升、50升等不同規(guī)格，應容積規(guī)格的不同，照明窗口、觀察窗口及取樣口在罐壁上的高度也不同。近些年，據(jù)報道發(fā)生的疫苗致死事件時有發(fā)生，單克隆抗體、酶、疫苗等生物藥物的質(zhì)量問題受到各界的廣泛關(guān)注。為了確保生物藥物質(zhì)量，需要對細胞培養(yǎng)過程進行全程實時觀察，從而掌握細胞生長狀態(tài)。除了自觀察窗口借助照明窗口的照明粗略觀察外，現(xiàn)有觀測方法還要自取樣口從細胞發(fā)酵罐中取出培養(yǎng)液樣液，滴在載玻片上，用倒置顯微鏡目測細胞形態(tài)和數(shù)量，據(jù)此判斷細胞生長狀態(tài)是否正常。然而，該方法是在取出樣品后再觀察，并不是實時觀察，由于細胞生長狀態(tài)處在動態(tài)中，因此，觀察結(jié)果與觀察時細胞發(fā)酵罐內(nèi)培養(yǎng)液中細胞生長狀態(tài)有所不同；另外，該方法也不是原位觀察，因此，在取出樣品的過程中容易對細胞發(fā)酵罐中的培養(yǎng)液造成污染;再有，該方法頻繁取樣，成本較高，操作不便，設(shè)置取樣口也使得細胞發(fā)酵罐結(jié)構(gòu)復雜。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為了實現(xiàn)細胞發(fā)酵罐內(nèi)培養(yǎng)液中細胞生長狀態(tài)的原位、實時檢測，保證生物藥物的質(zhì)量，簡化觀察操作，簡化細胞發(fā)酵罐結(jié)構(gòu)，降低生產(chǎn)成本，我們發(fā)明了一種細胞發(fā)酵罐中細胞生長狀態(tài)原位實時顯微監(jiān)測裝置及方法。
[0004]本發(fā)明之細胞發(fā)酵罐中細胞生長狀態(tài)原位實時顯微監(jiān)測裝置其特征在于，光源通過照明俯仰轉(zhuǎn)軸安裝在左升降機構(gòu)上，顯微鏡CCD通過攝像俯仰轉(zhuǎn)軸安裝在右升降機構(gòu)上；光源光軸與顯微鏡CCD光軸重合，光源與顯微鏡CCD相向排列；照明俯仰轉(zhuǎn)軸軸線與攝像俯仰轉(zhuǎn)軸軸線平行且分別與光源光軸、顯微鏡CCD光軸相交并垂直;顯微鏡CCD與計算機連接。
[0005]本發(fā)明之細胞發(fā)酵罐中細胞生長狀態(tài)原位實時顯微監(jiān)測方法其特征在于，調(diào)整光源在左升降機構(gòu)上的高度位置，使光源能夠通過照明窗口照明培養(yǎng)液;調(diào)整顯微鏡CCD在右升降機構(gòu)的高度位置，使顯微鏡CCD能夠通過觀察窗口攝錄培養(yǎng)液內(nèi)部影像;調(diào)整光源俯仰角和顯微鏡CCD俯仰角，使光源光軸與顯微鏡CCD光軸重合;培養(yǎng)液液面低于照明窗口、高于觀察窗口 ；顯微鏡CCD全程、實時攝錄觀察點培養(yǎng)液影像并傳送至計算機，由計算機對所述影像進行圖像處理并在計算機顯示屏上顯示。
[0006]可見，本發(fā)明實時監(jiān)測培養(yǎng)液細胞生長狀態(tài)，不存在時間差，在顯示屏上看到的細胞生長狀態(tài)就是此時此刻的狀態(tài)，監(jiān)測與細胞生長同步，據(jù)此，能夠使操作人員第一時間掌握細胞生長狀態(tài)，及時采取操控措施。本發(fā)明優(yōu)點還在于原位非接觸監(jiān)測，無需取樣，因此，不存在因監(jiān)測導致污染培養(yǎng)液的可能性。再有，本發(fā)明以自動的方式由攝錄設(shè)備獲取培養(yǎng)液細胞生長狀態(tài)影響，并由計算機進行圖像處理，在顯示屏上顯示，因此，省去了人工頻繁取樣，借助顯微鏡觀測等操作，細胞發(fā)酵罐取樣口也隨之取消，罐體結(jié)構(gòu)變得簡單。在顯示屏上顯示的圖像相比于觀察點影像實際上得到兩次放大，一次是由顯微鏡CCD放大，再一次是顯示屏放大，總放大倍數(shù)能夠達到200倍，足以滿足監(jiān)測要求。本發(fā)明實際上使得采用細胞發(fā)酵罐的制藥工藝滿足現(xiàn)行GMP對于醫(yī)藥企業(yè)生產(chǎn)設(shè)備自動化和全程質(zhì)量監(jiān)控的要求。
【附圖說明】
[0007]圖1是本發(fā)明之細胞發(fā)酵罐中細胞生長狀態(tài)原位實時顯微監(jiān)測裝置結(jié)構(gòu)示意圖，同時也是本發(fā)明之細胞發(fā)酵罐中細胞生長狀態(tài)原位實時顯微監(jiān)測方法示意圖，該圖兼作為摘要附圖。圖2是顯微鏡CCD中的顯微光學系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。
【具體實施方式】
[0008]在本發(fā)明之細胞發(fā)酵罐中細胞生長狀態(tài)原位實時顯微監(jiān)測裝置中，如圖1所示，光源I通過照明俯仰轉(zhuǎn)軸安裝在左升降機構(gòu)3上，顯微鏡CCD 2通過攝像俯仰轉(zhuǎn)軸安裝在右升降機構(gòu)4上。光源I光軸與顯微鏡(XD 2光軸重合，光源I與顯微鏡(XD 2相向排列。
[0009]光源I采用冷光源，如氙燈、白光LEDο光源I前置準直鏡，確保有足夠的光強，以滿足監(jiān)測對照明的要求。顯微鏡CCD 2中的顯微光學系統(tǒng)由李斯特型顯微物鏡組合及卡塞格林反射系統(tǒng)組成，如圖2所示。所述李斯特型顯微物鏡組合具有類似雙高斯結(jié)構(gòu)，此結(jié)構(gòu)有利于校正像散與場曲。由于顯微系統(tǒng)是小像差系統(tǒng)，且傳統(tǒng)卡塞格林反射系統(tǒng)為反射成像，無色差，所以在校正像差時只需校正球差、慧差和位置色差。由于密閉的細胞發(fā)酵罐5中的培養(yǎng)液6中含有大量懸浮細胞，所以，基于分辨率的要求，顯微光學系統(tǒng)數(shù)值孔徑NA = 0.35，物方分辨率為0.95μπι，物方線視場2y = 1.2mm，放大倍率為5倍?；诒O(jiān)測深度的需要，顯微光學系統(tǒng)的工作距離設(shè)為25mm。
[0010]所述左升降機構(gòu)3、右升降機構(gòu)4均為絲杠滑塊機構(gòu)，照明俯仰轉(zhuǎn)軸、攝像俯仰轉(zhuǎn)軸分別安裝在左升降機構(gòu)3、右升降機構(gòu)4中的滑塊上，絲杠轉(zhuǎn)動，滑塊在上下方向上移動，帶動光源1、顯微鏡CXD 2上下移動，以適應不同規(guī)格如30L或者50L細胞發(fā)酵罐5照明窗口 7、觀察窗口 8的高度。另外，照明窗□ 7、觀察窗口 8的厚度均為12mm。
[0011 ]照明俯仰轉(zhuǎn)軸軸線與攝像俯仰轉(zhuǎn)軸軸線平行且分別與光源I光軸、顯微鏡CCD 2光軸相交并垂直;顯微鏡C⑶2與計算機9連接。
[0012]采用本發(fā)明之細胞發(fā)酵罐中細胞生長狀態(tài)原位實時顯微監(jiān)測方法的監(jiān)測過程為，如圖1所示，調(diào)整光源I在左升降機構(gòu)3上的高度位置，使光源I能夠通過照明窗口 7照明培養(yǎng)液6;調(diào)整顯微鏡CCD 2在右升降機構(gòu)4的高度位置，使顯微鏡CXD 2能夠通過觀察窗口8攝錄培養(yǎng)液6內(nèi)部影像;調(diào)整光源I俯仰角和顯微鏡CCD 2俯仰角，使光源I光軸與顯微鏡CCD 2光軸重合;培養(yǎng)液6液面低于照明窗口 7、高于觀察窗口 8;顯微鏡CCD 2全程、實時攝錄觀察點培養(yǎng)液6影像并傳送至計算機9，由計算機9對所述影像進行圖像處理并在計算機顯示屏上顯示。由顯微鏡CXD 2攝錄的影像由CXD自帶軟件進行預處理，再通過Matlab編程，由計算機9進行圖像增強、去噪處理，進一步濾去圖像中的培養(yǎng)液雜質(zhì)成像部分及培養(yǎng)液細胞圖像的邊緣模糊部分，獲得細節(jié)清晰、質(zhì)量較好的圖像。
【主權(quán)項】
1.一種細胞發(fā)酵罐中細胞生長狀態(tài)原位實時顯微監(jiān)測裝置，其特征在于，光源通過照明俯仰轉(zhuǎn)軸安裝在左升降機構(gòu)上，顯微鏡CCD通過攝像俯仰轉(zhuǎn)軸安裝在右升降機構(gòu)上;光源光軸與顯微鏡CCD光軸重合，光源與顯微鏡CCD相向排列；照明俯仰轉(zhuǎn)軸軸線與攝像俯仰轉(zhuǎn)軸軸線平行且分別與光源光軸、顯微鏡CCD光軸相交并垂直;顯微鏡CCD與計算機連接。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的細胞發(fā)酵罐中細胞生長狀態(tài)原位實時顯微監(jiān)測裝置，其特征在于，光源(I)采用冷光源;光源(I)前置準直鏡。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的細胞發(fā)酵罐中細胞生長狀態(tài)原位實時顯微監(jiān)測裝置，其特征在于，顯微鏡CCD(2)中的顯微光學系統(tǒng)由李斯特型顯微物鏡組合及卡塞格林反射系統(tǒng)組成，所述李斯特型顯微物鏡組合具有類似雙高斯結(jié)構(gòu)，所述顯微光學系統(tǒng)數(shù)值孔徑NA =0.35，物方分辨率為0.95ym，物方線視場2y = 1.2mm，放大倍率為5倍，工作距離設(shè)為25mm。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的細胞發(fā)酵罐中細胞生長狀態(tài)原位實時顯微監(jiān)測裝置，其特征在于，所述左升降機構(gòu)(3)、右升降機構(gòu)(4)均為絲杠滑塊機構(gòu)，照明俯仰轉(zhuǎn)軸、攝像俯仰轉(zhuǎn)軸分別安裝在左升降機構(gòu)(3)、右升降機構(gòu)(4)中的滑塊上。5.一種細胞發(fā)酵罐中細胞生長狀態(tài)原位實時顯微監(jiān)測方法，其特征在于，調(diào)整光源在左升降機構(gòu)上的高度位置，使光源能夠通過照明窗口照明培養(yǎng)液;調(diào)整顯微鏡CCD在右升降機構(gòu)的高度位置，使顯微鏡CCD能夠通過觀察窗口攝錄培養(yǎng)液內(nèi)部影像;調(diào)整光源俯仰角和顯微鏡CCD俯仰角，使光源光軸與顯微鏡CCD光軸重合;培養(yǎng)液液面低于照明窗口、高于觀察窗口；顯微鏡CCD全程、實時攝錄觀察點培養(yǎng)液影像并傳送至計算機，由計算機對所述影像進行圖像處理并在計算機顯示屏上顯示。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的細胞發(fā)酵罐中細胞生長狀態(tài)原位實時顯微監(jiān)測方法，其特征在于，由顯微鏡CCD(2)攝錄的影像由CCD自帶軟件進行預處理，再通過Matlab編程，由計算機(9)進行圖像增強、去噪處理，進一步濾去圖像中的培養(yǎng)液雜質(zhì)成像部分及培養(yǎng)液細胞圖像的邊緣模糊部分。
【文檔編號】C12M1/34GK106010953SQ201610504782
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年6月30日
【發(fā)明人】李琦, 于源華, 向陽, 董萌
【申請人】長春理工大學