一种用于细胞的自动化生产系统

技术领域

本发明涉及用于细胞的自动化生产系统技术领域，具体涉及一种用于细胞的自动化生产系统。

背景技术

本发明对于背景技术的描述属于与本发明相关的相关技术，仅仅是用于说明和便于理解本发明的发明内容，不应理解为申请人明确认为或推定申请人认为是本发明在首次提出申请的申请日的现有技术。

目前细胞治疗发展处于初期阶段，细胞制备相关的设备制造、试剂耗材生产、标准化制造等还未规范和标准。细胞培养过程还未实现自动化智能化工业化制造，整个生产过程比较依赖技术人员的操作水平，人为不可控因素较多，细胞质量无法保证批次稳定性。市面上所使用的半自动化制造设备，生产规模较小，设备操作复杂，难以实现细胞大规模生产。且设备升级灵活性较差，一旦要扩大产能或优化工艺，原有设备难以满足变化需求，而设备的结构性调整会导致生产成本线性增长，不利于实现细胞生产的可持续发展。

现有的细胞制造设备中将细胞培养的常规操作流程进行功能性集成和自动化控制，细胞收获后的分装包装降温冻存步骤还是需要人工操作，培养过程受人工操作影响，未实现智能化控制，细胞质量不稳定；培养规模小或规模限制无法扩展，不能达到数量级的细胞生产量；目前的自动化生产只实现细胞培养过程，未包含最终细胞降温冻存等环节，未实现工业化；没有给后面的技术升级改造、工艺工程优化等留有空间，未实现低成本可持续生产。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于细胞的自动化生产系统，以解决现有细胞生产设备操作复杂、生产效率低的问题。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

一种用于细胞的自动化生产系统，包括：原材料处理系统、培养系统、包装存储系统、以及控制系统，原材料处理系统、培养系统、以及包装存储系统分别与控制系统通信连接；

原材料处理系统包括气闸室、以及分别设置在气闸室内的传送件、消毒件、扫描件和废弃仓，消毒件和扫描件均位于传送件的上方，废弃仓位于传送件的下方，传送件、扫描件分别与控制系统通信连接；

培养系统包括进料室、与进料室连通的培养件、与培养件的顶部连通的进液件和气体交换件、以及与培养件的底部连通的细胞过滤收集件，进料室与气闸室的出口连通，细胞过滤收集件将培养后的细胞传送至包装存储系统进行分装和储存，培养件、进液件、气体交换件以及细胞过滤收集件分别与控制系统通信连接。

本发明的用于细胞的自动化生产系统，培养件可供多个一次性培养容器使用，细胞生产周期大多为一周左右，用于细胞的自动化生产系统可以持续运转，为循环滚动的培养腔提供支持，提高了细胞生产的运作效率，可有效扩大产线规模，有利于增效降本。

进一步地，培养件包括与进料室连通的培养腔、以及设置在培养腔内且与控制系统通信连接的温控部件、湿度控制部件和拍摄部件，培养腔通过进液管道与进液件连通，培养腔通过进气管道与气体交换件连通。

进一步地，培养腔内还设置有与控制系统通信连接的细胞记录仪、温度传感器、湿度传感器以及二氧化碳传感器。

进一步地，进液件包括消化仓、清洗仓以及培养仓，消化仓、清洗仓以及培养仓均通过管道与进液管道连通。

进一步地，细胞过滤收集件包括细胞过滤器、分别与细胞过滤器连通的废液收集器和细胞悬液容器，细胞悬液容器上设置有与控制系统通信连接的混匀振动部件。

进一步地，包装存储系统包括与细胞过滤收集件连通的分装管道、与分装管道对应的包装传送带、以及设置在包装传送带上方的降温仓，降温仓与控制系统通信连接。

进一步地，包装传送带的末端设有与控制系统通信连接的细胞储存系统。

进一步地，降温仓内设置有与控制系统通信连接的消毒件二。

进一步地，降温仓内设置有温控件二。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1、本发明的培养腔的培养规模可调整和设定，实现数量可控，且在培养过程减少了人工操作，全过程参数监控和控制，实现自动化、智能化、工业化，统一细胞生产的规范和标准，实现质量稳定。

2、本发明的用于细胞的自动化生产系统涵盖细胞接种、传代、降温处理到细胞降温冻存完成全过程，有产品追踪监控，可数据分析，可灵活升级，能实现可持续生产和效益最大化。

3、本发明的培养腔可循环连接，方便灵活升级，创新降本，可持续生产，实现细胞培养过程的自动化控制，集各项功能为一体，降低人工操作环节，符合GMP要求。

4、本发明的培养腔的数量可以根据细胞需求量进行设置，可适用于不同细胞量和不同传代次数要求，且贴壁细胞不需要使用胰蛋白酶进行细胞消化。

附图说明

图1为自动化生产系统的整体生产流程图；

图2为培养腔的结构示意图。

图中：1-气闸室、2-传送件、3-消毒件、4-扫描件、5-废弃仓、6-进料室、7-培养件、71-培养腔、72-温控部件、73-湿度控制部件、74-拍摄部件、75-进液管道、76-进气管道、77-细胞记录仪、8-进液件、81-消化仓、82-清洗仓、83-培养仓、9-气体交换件、10-细胞过滤收集件、101-细胞过滤器、102-废液收集器、103-细胞悬液容器、104-混匀振动部件、11-分装管道、12-包装传送带、13-降温仓、131-消毒件二、14-细胞储存系统。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1至图2所示，本发明提供一种用于细胞的自动化生产系统，包括：原材料处理系统、培养系统、包装存储系统、以及控制系统，原材料处理系统、培养系统、以及包装存储系统分别与控制系统通信连接；控制系统采用现有计算机、服务器、以及控制器，计算机用于信息集中输入、处理和指令统一输出的中控平台，控制器用于生产系统全流程的监控控制，服务器对所有信息数据进分析处理和存储。

对于数据的分析和处理：按照一定的细胞产品标准及流程控制标准，将细胞生产过程划分为多个阶段，并分析生成每个阶段对应的比例和标准；对每个阶段的生产流程操作步骤进行分析，生成标准集合；根据用于细胞的自动化生产系统的结构、流程、各阶段的比例、标准、各节点的连接关系及最终成品的标准，将集合中的每一个标准达成要素作为节点，构建贝叶斯网络的标准层；提取用于细胞的自动化生产系统中各阶段产生的数据信息，生成实时数据集合；将集合中的每一个实时数据要素作为节点，与标准层的节点一一对应，构建贝叶斯网络的数据层；各节点的数据层/标准层比例，可初步得到细胞生产过程中各阶段的标准达成情况和最终成品的标准达成情况；如果成品已达成既定标准，可持续稳定生产，或进一步升级标准，从而引导工艺设计的优化；如果成品未达到既定标准，可在网络节点中找到未达标准的某一具体操作步骤，从而有针对性的进行改进，直至达到标准。

如图1所示，原材料处理系统包括气闸室1、以及分别设置在气闸室1内的传送件2、消毒件3、扫描件4和废弃仓5，消毒件3和扫描件4均位于传送件2的上方，废弃仓5位于传送件2的下方，传送件2、扫描件4分别与控制系统通信连接；气闸室1为封闭的腔室结构，气闸室1具有入口门和出口门，入口门和出口门均为电动门且与控制系统中的控制器电连接；传送件2采用现有的传送带轮结构，用于传输原材料。消毒件3采用现有的自动喷淋装置或臭氧消毒装置，用于对原材料进行消毒；扫描件4采用现有扫描仪，用于对原材料的容器表面的条码进行扫描，从而获取细胞信息，具体地，细胞信息包括细胞来源、身份信息、组织部位、质量检测等。原材料容器内的细胞或者组织通过进料室6吸入至培养件7中后，原材料遗留的空容器被传送件2传送至废气仓5中。

培养系统包括进料室6、与进料室6连通的培养件7、与培养件7的顶部连通的进液件8和气体交换件9、以及与培养件7的底部连通的细胞过滤收集件10，进料室6与气闸室1的出口连通，细胞过滤收集件10将培养后的细胞传送至包装存储系统进行分装和储存，培养件7、进液件8、气体交换件9以及细胞过滤收集件10分别与控制系统通信连接；培养件7为细胞的培养提供生长空间，进液件8用于为培养件7内的细胞或组织提供培养环境，进液件8具有除菌功能，进液件8具有自动感应装置和阀门，控制进液体积；气体交换件9采用现有的配气系统，用于为培养件7中的细胞提供所需气体，气体交换件9通过进气管道76与培养件7中的培养腔71的连通，气体交换件9具有除菌功能，气体交换件9具有自动感应装置和阀门，控制气体浓度并监控气体浓度。细胞过滤收集件10用于将从培养腔71中的细胞和液体过滤分离搜集，并使细胞混匀，最终传输到包装存储系统中进行分装、包装、储存。

培养件7包括与进料室6连通的培养腔71、以及设置在培养腔71内且与控制系统通信连接的温控部件72、湿度控制部件73和拍摄部件74，培养腔71通过进液管道75与进液件8连通，培养腔71通过进气管道76与气体交换件9连通，培养腔71内还设置有与控制系统通信连接的细胞记录仪77、温度传感器、湿度传感器以及二氧化碳传感器。控制系统中的控制器根据温度传感器检测的温度控制温控部件72，温控部件72采用现有在细胞培养中常用的温度控制设备，其为细胞提供适宜的培养温度，自动控制和实现温度监控；控制器根据湿度传感器检测的湿度控制部件73，湿度控制部件73采用现有加湿器，实时对培养腔71内的培养皿容器加湿，提供细胞适宜的培养湿度，自动控制和实现湿度监控；拍摄部件74用于对细胞培养过程拍照记录，并将数据传输至服务器上进行处理，并通过服务器对细胞的生长状态定时记录，根据细胞生长融合度，绘制生产曲线，并将分析处理后的数据反馈到计算机中，操作人员通过计算机进行操作；进液管道75和进气管道76上均设有与控制器电连接的控制阀，可以对进液件8和气体交换件9进行智能化控制。培养件7处于A级环境，细胞记录仪77可动态监控培养腔71内的细胞形态，可监测PH值、微生物、悬浮粒子、层流A级，可对细胞生长状态进行记录，并将记录数据传输至服务器中进行处理，并绘制细胞生产曲线，最终将数量反馈至计算机中进行保存。

培养腔71为循环滚动的培养腔，其底部具有用于传输的培养腔传送带，培养腔71的数量可以根据细胞需求量进行设定，可以在培养腔传送带上放置多个培养腔，上一个培养腔接种完细胞，传输带转动，又接上下一个培养腔进行接种。培养腔传输控制带可以是直线型的，可以是环形的，可以是圆形的，属于一条生产线。其中，培养腔71为可降解塑料或其他可降解材料，并采用贴壁培养的方式对细胞进行培养，也可适用于悬浮细胞培养。

进液件8包括消化仓81、清洗仓82以及培养仓83，培养仓83盛装培养细胞用的培养基，清洗仓82用于盛装清洗液，消化仓81用于盛装消化液，消化仓81、清洗仓82以及培养仓83均通过管道与进液管道75连通。根据细胞数量或组织重量添加适当培养基、清洗液、消化液等。

细胞过滤收集件10包括细胞过滤器101、分别与细胞过滤器101连通的废液收集器102和细胞悬液容器103，细胞悬液容器103上设置有与控制系统通信连接的混匀振动部件104。混匀振动部件104为细胞悬液容器103的支撑结构，其根据控制器控制细胞悬液容器103倾斜和旋转，将细胞从容器表面分离，混匀，细胞和液体分离搜集。细胞过滤器101，可使细胞与培养基分离；多余培养基排出至废液收集器102；细胞悬液容器103可在细胞中加入保存液，通过混匀振动部件104重悬混匀；细胞悬液容器103与控制系统电连接，可监测细胞计数和活率，加液调整密度，从而绘制细胞生长曲线。

包装存储系统包括与细胞过滤收集件10连通的分装管道11、与分装管道11对应的包装传送带12、以及设置在包装传送带12上方的降温仓13，降温仓13与控制系统通信连接。包装传送带12的末端设有与控制系统通信连接的细胞储存系统14。降温仓13内设置有与控制系统通信连接的消毒件二131。降温仓13内设置有温控件二，温控件二采用现有在细胞培养中常用的温度控制设备，其为细胞提供适宜的培养温度，自动控制和实现温度监控。分装管道11对细胞过滤收集件10中细胞悬液容器103中的细胞进行分装，通过包装传送带12将分装的细胞进行封口、并贴标签与装量检查，通过降温仓13可实现条码扫描、传送、程序降温、温度监控，降温仓13将识别的条码扫描传输至计算机中储存；最终分装封口后的细胞储存在细胞储存系统14中，细胞储存系统14采用现有气相液氮储存系统，其与控制器电连接，可智能查找和出入库；生产线清洗消毒，自动程序化清洗，取样检测。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。