一种新型的全自动化三维细胞培养装置及其使用方法

技术领域

本发明涉及细胞培养技术领域，尤其涉及一种新型的全自动化三维细胞培养装置及其使用方法。

背景技术

细胞培养对于生物工程技术是一个必不可少的过程，是生物技术中最核心、也是最基础的技术。传统人工培养细胞的方式存在着效率低、受污染几率高、出错率高、难以进行标准质控等弊端，由于操作人员的经验、手法和习惯不同，往往会导致所培养的细胞状态不一致，使培养过程重现性、稳定性、均匀一性差，从而影响细胞的质量。目前最可靠的途径是使用自动化系统来替代人工培养，这已经成为当前行业的趋势，在细胞应用需求迎来爆发性增长的同时，对提高细胞生产制备效率，有效降低生产制备成本，统一生产制备质量标准等方面提出了更严苛的要求，以满足巨大的市场容量及精准医疗中多样性的需求。目前市场上有一些自动化的单体设备，只能完成细胞培养工艺中某一步或某一段操作，仍需要靠人员将整个生产工艺串联起来，而无法实现全流程自动化。同时，三维细胞培养相较传统的二维细胞培养，技术难度更高、操作步骤更繁琐，更加难以实现标准化、自动化、规模化，导致三维培养的成本居高不下，极大限制了三维细胞技术的进一步发展。

目前市场上有一些自动化的单体设备，只能完成细胞培养工艺中某一步或某一段操作，仍需要靠人员将整个生产工艺串联起来，而无法实现全流程自动化。同时，三维细胞培养相较传统的二维细胞培养，技术难度更高、操作步骤更繁琐，更加难以实现标准化、自动化、规模化，导致三维培养的成本居高不下，极大限制了三维细胞技术的进一步发展。

因此，亟需一种可以方便更换培养耗材的全自动化三维细胞培养装置，实现三维细胞培养全流程自动化。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中的不足，提供一种新型的全自动化三维细胞培养装置及其使用方法。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案是：

本发明的第一方面是提供一种新型的全自动化三维细胞培养装置，包括：总控设备以及与所述总控设备相匹配的一次性耗材；

所述总控设备包括：壳体、设于所述壳体上部的控制元件、设于所述壳体下部的置物台以及设于所述壳体顶端的二氧化碳接口；所述壳体内从左至右还依次设有处理元件、消化元件、混胶元件以及培养元件；所述处理元件、所述消化元件、所述混胶元件以及所述培养元件分别与所述控制元件电性连接；

所述一次性耗材置于所述置物台上，包括通过导管从左至右依次连接的处理仓、消化仓、混胶仓以及培养仓；所述导管内还设有单向气压阀门；所述导管与所述培养仓的连接处还设有定向喷头；所述处理仓、所述消化仓、所述混胶仓以及所述培养仓分别与所述处理元件、所述消化元件、所述混胶元件以及所述培养元件可拆卸密封连接；各仓室与各元件间均以弹性软塑材料连接，可保证连接的密封性，还可缓冲各元件可能(例如混胶元件)的振荡所带来的影响。

优选地，所述处理元件的顶部固定于所述壳体上部，中部可上下伸缩调整，底部伸入于所述处理仓内。

优选地，所述消化元件从左至右依次包括各自独立的第一负压部件以及第一释液部件；所述第一负压部件以及所述第一释液部件的顶部均固定于所述壳体上部，底部伸入于所述消化仓内；所述第一释液部件内储存有消化液。

优选地，所述混胶元件从左至右依次包括各自独立的第二负压部件以及第二释液部件；所述第二负压部件以及所述第二释液部件的顶部均固定于所述壳体上部，底部伸入于所述混胶仓内；所述第二释液部件内储存有基质胶，其上还设有振荡温控部件。

优选地，所述培养部件从左至右依次包括各自独立的第三负压部件、释气部件以及第三释液部件；所述第三负压部件、所述释气部件以及所述第三释液部件的顶部均固定于所述壳体上部，底部伸入于所述培养仓内；所述释气部件还与所述二氧化碳接口连接；所述第三释液部件内储存有培养基，其上还设有振荡温控部件。

优选地，所述置物台内还贯穿有废液管；所述废液管分别与所述混胶仓以及所述培养仓可拆卸密封连接。

优选地，所述置物台内还贯穿有收集管；所述收集管与所述培养仓可拆卸密封连接。

优选地，所述废液管以及所述收集管内还设有控制阀门；所述控制阀门与所述控制元件电性连接。

本发明的第二方面是提供一种如上所述全自动化三维细胞培养装置的使用方法，步骤包括：

S1、将所述二氧化碳接口外接于二氧化碳储罐；将生物组织放入所述处理仓内；将所述一次性耗材置于所述置物台上，并分别与各总控设备元件密封连接；

所述全自动化三维细胞培养装置运行时，通过所述控制元件即可实现全自动化培养三维细胞；

S2、由所述处理元件将所述生物组织破碎成微小的组织团块；

S3、由所述第一负压部件将所述微小的组织团块泵入所述消化仓内；由所述第一释液部件释放消化液，将所述微小的组织团块消化成细胞悬液；

S4、由所述第二负压部件将所述细胞悬液泵入所述混胶仓内；由所述第二释液部件释放基质胶，由所述振荡温控部件将所述细胞悬液与所述基质胶混合；

S5、由所述第三负压部件将混合后的细胞悬液泵入所述培养仓时，所述定向喷头将所述混合后的细胞悬液定向喷淋种植于所述培养仓的内壁上，待凝固后由第三释液部件释放培养基，并由释气部件释放二氧化碳，提供三维细胞生长所需的外界环境；

S6、培养完成后的三维细胞由所述收集管处收集获得；所述混胶仓以及所述培养仓内的废液由所述废液管处回收处理。

本发明采用以上技术方案，与现有技术相比，具有如下技术效果：

本发明基于流体控制的全自动化三维细胞培养方法，通过利用压力控制将细胞运转于细胞培养的各个环节中，可提高细胞培养效率的同时节约人力成本，实现标准化的全自动化三维细胞培养；通过使用一次性可更换的处理培养耗材，可简化装置清洁步骤及维护成本，同时避免了样本间交叉感染，具有简便、安全、高效等优点；本发明可通过增加模块的方式，同时对多个样本进行处理培养及统一管理，实现高通量三维细胞培养，为工业生产提供标准化规模化的解决办法。

附图说明

图1为本发明全自动化三维细胞培养装置的结构示意图；

图2为本发明全自动化三维细胞培养装置中一次性耗材的结构示意图；

其中，附图标记包括：壳体1；控制元件2；置物台3；二氧化碳接口4；处理元件51；消化元件52；混胶元件53；培养元件54；废液管6；收集管7；处理仓8；消化仓9；混胶仓10；培养仓11；单向气压阀门12；定向喷头13。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中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，本领域普通技术人员在没有作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。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。

如图1-2所示，本实施例提供一种新型的全自动化三维细胞培养装置，包括：总控设备以及与所述总控设备相匹配的一次性耗材；

所述总控设备包括：壳体1、设于所述壳体1上部的控制元件2、设于所述壳体1下部的置物台3以及设于所述壳体1顶端的二氧化碳接口4；所述壳体1内从左至右还依次设有处理元件51、消化元件52、混胶元件53以及培养元件54；所述处理元件51、所述消化元件52、所述混胶元件53以及所述培养元件54分别与所述控制元件2电性连接；所述置物台3内还贯穿有废液管6和收集管7；所述废液管6分别与所述混胶仓10以及所述培养仓11可拆卸密封连接；所述收集管7与所述培养仓11可拆卸密封连接；所述废液管6以及所述收集管7内还设有控制阀门；所述控制阀门与所述控制元件2电性连接；

所述一次性耗材置于所述置物台3上，包括通过导管从左至右依次连接的处理仓8、消化仓9、混胶仓10以及培养仓11；所述导管内还设有单向气压阀门12；所述导管与所述培养仓11的连接处还设有定向喷头13；所述处理仓8、所述消化仓9、所述混胶仓10以及所述培养仓11分别与所述处理元件51、所述消化元件52、所述混胶元件53以及所述培养元件54可拆卸密封连接；

其中，所述处理元件51的顶部固定于所述壳体1上部，中部可上下伸缩调整，底部伸入于所述处理仓8内；

所述消化元件52从左至右依次包括各自独立的第一负压部件以及第一释液部件；所述第一负压部件以及所述第一释液部件的顶部均固定于所述壳体1上部，底部伸入于所述消化仓9内；所述第一释液部件内储存有消化液；

所述混胶元件53从左至右依次包括各自独立的第二负压部件以及第二释液部件；所述第二负压部件以及所述第二释液部件的顶部均固定于所述壳体1上部，底部伸入于所述混胶仓10内；所述第二释液部件内储存有基质胶，其上还设有振荡温控部件；

所述培养部件54从左至右依次包括各自独立的第三负压部件、释气部件以及第三释液部件；所述第三负压部件、所述释气部件以及所述第三释液部件的顶部均固定于所述壳体1上部，底部伸入于所述培养仓11内；所述释气部件还与所述二氧化碳接口4连接；所述第三释液部件内储存有培养基，其上还设有振荡温控部件。

本实施例提供一种如实施例1所述全自动化三维细胞培养装置的使用方法，步骤包括：

S1、将所述二氧化碳接口4外接于二氧化碳储罐；将生物组织放入所述处理仓8内；将所述一次性耗材置于所述置物台3上，并分别与各总控设备元件密封连接；

所述全自动化三维细胞培养装置运行时，通过所述控制元件2即可实现全自动化培养三维细胞；

S2、由所述处理元件51将所述生物组织破碎成微小的组织团块；

S3、由所述第一负压部件将所述微小的组织团块泵入所述消化仓9内；由所述第一释液部件释放消化液，将所述微小的组织团块消化成细胞悬液；

S4、由所述第二负压部件将所述细胞悬液泵入所述混胶仓10内；由所述第二释液部件释放基质胶，由所述振荡温控部件将所述细胞悬液与所述基质胶混合；

S5、由所述第三负压部件将混合后的细胞悬液泵入所述培养仓11时，所述定向喷头13将所述混合后的细胞悬液定向喷淋种植于所述培养仓11的内壁上，待凝固后由第三释液部件释放培养基，并由释气部件释放二氧化碳，提供三维细胞生长所需的外界环境；

S6、培养完成后的三维细胞由所述收集管7处收集获得；所述混胶仓10以及所述培养仓11内的废液由所述废液管6处回收处理。

本发明基于流体控制的全自动化三维细胞培养方法，通过利用压力控制将细胞运转于细胞培养的各个环节中，可提高细胞培养效率的同时节约人力成本，实现标准化的全自动化三维细胞培养；通过使用一次性可更换的处理培养耗材，可简化装置清洁步骤及维护成本，同时避免了样本间交叉感染，具有简便、安全、高效等优点；本发明可通过增加模块的方式，同时对多个样本进行处理培养及统一管理，实现高通量三维细胞培养，为工业生产提供标准化规模化的解决办法。

以上所述仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。