精密控制培養(yǎng)液溶解氧濃度的細(xì)胞培養(yǎng)系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及細(xì)胞體外培養(yǎng)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及精密控制培養(yǎng)液溶解氧濃度的細(xì)胞培養(yǎng)系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]體外細(xì)胞培養(yǎng)是從生物體內(nèi)取出活的組織(多指組織塊)或活細(xì)胞(尤其是分散的細(xì)胞)，接種于特定培養(yǎng)容器內(nèi)的液態(tài)培養(yǎng)基中，其中含有組織或細(xì)胞生長繁殖所必需的多種營養(yǎng)成分，并將其放置在模擬特定生物體體內(nèi)生存環(huán)境(恒定的溫度、濕度和氣體環(huán)境)的培養(yǎng)箱內(nèi)，使之生長、增殖。
[0003]在科學(xué)研宄中，經(jīng)常需要研宄氣體環(huán)境尤其是缺氧環(huán)境對細(xì)胞生長、分裂、增殖等過程的影響。缺氧細(xì)胞培養(yǎng)的常規(guī)方法是控制低氧細(xì)胞培養(yǎng)箱(三氣細(xì)胞培養(yǎng)箱)內(nèi)氣體環(huán)境中氧氣的濃度處于缺氧水平(低于21%)，則箱內(nèi)細(xì)胞培養(yǎng)液溶解氧濃度也將處于缺氧水平，從而實(shí)現(xiàn)模擬缺氧細(xì)胞培養(yǎng)。由于細(xì)胞是浸沒在液態(tài)培養(yǎng)基中進(jìn)行培養(yǎng)的，實(shí)時監(jiān)測并調(diào)控培養(yǎng)液溶解氧濃度恒定是建立穩(wěn)定的缺氧細(xì)胞培養(yǎng)的關(guān)鍵。傳統(tǒng)的低氧細(xì)胞培養(yǎng)箱的氧氣濃度傳感器監(jiān)測的是培養(yǎng)箱內(nèi)部氣體環(huán)境的氧氣濃度，而非培養(yǎng)液溶解氧濃度。但是，在細(xì)胞培養(yǎng)過程中，由于細(xì)胞在培養(yǎng)液中大量增殖，當(dāng)細(xì)胞的耗氧速率超過了培養(yǎng)液的溶氧速率時，則培養(yǎng)液溶解氧濃度降低，此時雖然培養(yǎng)箱內(nèi)的氧氣濃度是恒定的，但是培養(yǎng)液溶解氧濃度已經(jīng)低于最初細(xì)胞培養(yǎng)時的氧濃度，這將導(dǎo)致細(xì)胞培養(yǎng)過程中細(xì)胞缺氧的程度不恒定，最終將影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性，尤其在極度缺氧(氧氣濃度低于10%，培養(yǎng)液溶氧速率明顯降低)時影響更為顯著。
[0004]此外，影響液體溶解氧濃度的主要因素還包括含鹽量、大氣壓等。常見的基礎(chǔ)細(xì)胞培養(yǎng)液如MEM、DMEM、RPM1-1640、199細(xì)胞培養(yǎng)液等，它們的成分存在差異，尤其是鹽分含量不同，造成相同氧氣濃度條件下培養(yǎng)液溶解氧的濃度不同，此時如果使用不同的培養(yǎng)液進(jìn)行細(xì)胞培養(yǎng)，雖然設(shè)定相同的培養(yǎng)箱氧氣濃度，但是培養(yǎng)液溶解氧濃度不同，則細(xì)胞缺氧的程度也不同。在開展細(xì)胞實(shí)驗(yàn)時常常需要往培養(yǎng)液中給藥，尤其是大劑量給藥人為造成培養(yǎng)液鹽分濃度的改變，也可造成相同氧氣濃度條件下培養(yǎng)液溶解氧的濃度不同，此時未給藥組與給藥組細(xì)胞的缺氧程度是不同的。而在不同培養(yǎng)階段細(xì)胞新陳代謝產(chǎn)物造成的培養(yǎng)液酸堿度的變化，也可造成培養(yǎng)液溶氧量的差別。另外，實(shí)驗(yàn)室所處的海拔高度不同則大氣壓強(qiáng)亦不同，此時相同的培養(yǎng)液溶解氧濃度也存在差異，因此，不同海拔的實(shí)驗(yàn)室雖然設(shè)定相同的培養(yǎng)箱氧氣濃度，但是由于培養(yǎng)液溶解氧濃度不同，細(xì)胞缺氧的程度也不同。由以上因素造成的細(xì)胞缺氧程度不同，最終造成實(shí)驗(yàn)結(jié)果的不一致。
[0005]開展缺氧細(xì)胞培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)需要恒定的培養(yǎng)液溶解氧濃度條件，而傳統(tǒng)的低氧細(xì)胞培養(yǎng)箱顯然不能完全保證此條件，只有通過監(jiān)測并調(diào)控培養(yǎng)液中的溶解氧濃度才能保證細(xì)胞培養(yǎng)缺氧程度的一致性。因此，有必要研發(fā)一種能夠精密控制培養(yǎng)液溶解氧濃度的細(xì)胞培養(yǎng)系統(tǒng)?！緦?shí)用新型內(nèi)容】
[0006]本實(shí)用新型的目的就是針對上述現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，提供了精密控制培養(yǎng)液溶解氧濃度的細(xì)胞培養(yǎng)系統(tǒng)。
[0007]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型提供的技術(shù)方案為:精密控制培養(yǎng)液溶解氧濃度的細(xì)胞培養(yǎng)系統(tǒng)，所述細(xì)胞培養(yǎng)系統(tǒng)由二氧化碳細(xì)胞培養(yǎng)箱1、溶解氧濃度傳感器3、二氧化碳傳感器4、氧氣濃度傳感器5、專用細(xì)胞培養(yǎng)瓶6、氧氣濃度控制系統(tǒng)7、二氧化碳?xì)馄?和氮?dú)鈿馄?組成；所述二氧化碳細(xì)胞培養(yǎng)箱I內(nèi)設(shè)置有隔板2 ;所述隔板2上設(shè)置有專用細(xì)胞培養(yǎng)瓶6，所述專用細(xì)胞培養(yǎng)瓶6上設(shè)置有傳感器電極插孔10 ;所述溶解氧濃度傳感器3的一端插入至傳感器電極插孔10內(nèi)，另一端連接在氧氣濃度控制系統(tǒng)7上并由氧氣濃度控制系統(tǒng)7控制；所述二氧化碳細(xì)胞培養(yǎng)箱I的上部設(shè)置有二氧化碳傳感器4和氧氣濃度傳感器5 ;所述二氧化碳傳感器4和氧氣濃度傳感器5連接在氧氣濃度控制系統(tǒng)7上并由氧氣濃度控制系統(tǒng)7控制；所述氧氣濃度控制系統(tǒng)7分別通過管路11與二氧化碳細(xì)胞培養(yǎng)箱I內(nèi)部、二氧化碳?xì)馄?和氮?dú)鈿馄?連通并控制各氣體流量。
[0008]進(jìn)一步的，上述的精密控制培養(yǎng)液溶解氧濃度的細(xì)胞培養(yǎng)系統(tǒng)，所述溶解氧濃度傳感器3遠(yuǎn)離專用細(xì)胞培養(yǎng)瓶6的一端通過電纜12與氧氣濃度控制系統(tǒng)7連接。
[0009]進(jìn)一步的，上述的精密控制培養(yǎng)液溶解氧濃度的細(xì)胞培養(yǎng)系統(tǒng)，所述二氧化碳傳感器4和氧氣傳感器5分別通過電纜12與氧氣濃度控制系統(tǒng)7連接。
[0010]本實(shí)用新型的二氧化碳細(xì)胞培養(yǎng)箱為市面常見細(xì)胞培養(yǎng)箱，具體功能包括:采用水套式或氣套式保溫，內(nèi)膽設(shè)有風(fēng)道，裝有風(fēng)機(jī)形成強(qiáng)制對流，提高了箱內(nèi)溫度均勻性及二氧化碳、氧氣等氣體濃度的均衡性；培養(yǎng)箱內(nèi)溫度采用溫度控制系統(tǒng)保持恒定；培養(yǎng)箱外配置二氧化碳鋼瓶，并通過管路輸入到培養(yǎng)箱內(nèi)，采用二氧化碳濃度控制系統(tǒng)使培養(yǎng)箱內(nèi)的二氧化碳濃度可在O?20%范圍內(nèi)任意設(shè)定。
[0011]本實(shí)用新型的溶解氧濃度傳感器為商品化的專門用于檢測液體溶解氧濃度的傳感器電極，檢測范圍為0.00?20.00mg/L，分辨率為0.01mg/L，精度為±0.15mg/L。傳感器由電極和電纜組成，工作時電極插入到培養(yǎng)箱內(nèi)的專用細(xì)胞培養(yǎng)瓶電極插座上，且電極浸入到培養(yǎng)液中，并通過電纜與位于培養(yǎng)箱外的氧氣濃度控制系統(tǒng)相連接。
[0012]本實(shí)用新型所使用的專用細(xì)胞培養(yǎng)瓶，采用的是公開號CN203530332U的專利所公開的《一種可監(jiān)測細(xì)胞培養(yǎng)液體環(huán)境的細(xì)胞培養(yǎng)裝置》。該細(xì)胞培養(yǎng)瓶的形狀、大小和制作材料均與傳統(tǒng)的細(xì)胞培養(yǎng)瓶相似，在遠(yuǎn)離瓶口的一端有一個內(nèi)陷式、內(nèi)壁圓柱形的電極插座，插座內(nèi)壁向下延伸至距瓶底Icm處，插座入口有橡膠密封圈，并可用高密度聚乙烯材質(zhì)的塞子蓋緊，保證密封不透氣。工作時，應(yīng)保證細(xì)胞培養(yǎng)瓶內(nèi)培養(yǎng)液液面高度至少為8mm，溶解氧濃度傳感器電極插入到電極插座內(nèi)之后可充分浸入到培養(yǎng)液中。
[0013]本實(shí)用新型的氧氣濃度控制系統(tǒng)中主要部件為溶解氧濃度檢測器、AT89S51單片機(jī)和空氣氮?dú)饣旌掀?。溶解氧濃度傳感器首先將溶解氧濃度信號傳送至溶解氧濃度檢測器，轉(zhuǎn)變成電流信號，經(jīng)調(diào)理放大、A/D轉(zhuǎn)換后傳送至單片機(jī)。單片機(jī)可進(jìn)行獨(dú)立的兩種工作模式:工作模式一，設(shè)置培養(yǎng)箱氧氣濃度百分?jǐn)?shù)，據(jù)此控制混合氣體比例；工作模式二，設(shè)置培養(yǎng)液溶解氧濃度，據(jù)此控制混合氣體比例。單片機(jī)通過LED顯示培養(yǎng)箱內(nèi)實(shí)時的氧氣濃度百分?jǐn)?shù)和實(shí)時的培養(yǎng)液溶解氧濃度。根據(jù)已設(shè)置的氧氣濃度百分?jǐn)?shù)和溶解氧參數(shù)，單片機(jī)控制空氣氮?dú)饣旌掀髦械牟竭M(jìn)電機(jī)及氣體閥門，實(shí)現(xiàn)對空氣和氮?dú)獾葔簹怏w流量的控制。溶解氧平衡程序及自動調(diào)控程序:為了盡快穩(wěn)定至已設(shè)定的培養(yǎng)液溶解氧濃度，實(shí)際工作中單片機(jī)先采用工作模式一，根據(jù)理論計算或經(jīng)驗(yàn)得到的氧氣濃度百分?jǐn)?shù)對空氣和氮?dú)獾葔簹怏w流量進(jìn)行控制，平衡6?24小時后，再開啟工作模式二實(shí)時監(jiān)測培養(yǎng)液溶解氧濃度反饋調(diào)節(jié)功能，如高于設(shè)定值，則增加輸入到培養(yǎng)箱內(nèi)的混合氣體中空氣的比例以增加氧氣濃度的百分比，反之則降低。由于氧氣溶入到培養(yǎng)液并達(dá)到穩(wěn)定平衡需要一定的時間，因此，自動反饋調(diào)節(jié)的策略是:控制氧氣濃度百分比的增加或降低幅度為0.5%、時間為I小時，如仍未達(dá)到預(yù)定溶解氧濃度，則繼續(xù)自動反饋調(diào)節(jié)，直至達(dá)到預(yù)定的溶解氧濃度，此過程大約需要6?12小時，之后才能開展