CN103031247B - 一种细胞培养液颜色监测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种细胞培养液颜色监测装置，包括与细胞培养管道装置形成密封环境的透明测试容器，还包括设置在所述透明测试容器附近的传感器以及和所述传感器电性连接的处理模块,所述透明测试容器为透明铂固化硅胶管。所述传感器包括摄像镜头朝向所述透明测试容器的摄像模块,所述传感器还包括设置在所述透明测试容器附近的光源。所述光源和所述摄像模块相对设置在所述透明测试容器两侧。在所述光源靠近所述透明测试容器一侧还设置有扩散透镜。所述各个部件配合工作，能够在不打破液体所在的密封环境的前提下精确监测液体颜色的装置。

Description

一种细胞培养液颜色监测装置

技术领域

本发明涉及一种监测装置，特别是涉及一种细胞培养液颜色监测装置。

背景技术

T细胞是重要的白血细胞，协助对抗癌症和病毒感染的免疫反应。他们在胸腺中产生，有长期的免疫记忆，以备免疫反应中快速反应的需要。T细胞一旦被抗原激活，能够快速复制，产生迅速的抗原反应。从人的外周血中把活的T细胞同其他血细胞分开是可能的。这些T细胞可以在体外的中空纤维管中进行培养，在体外快速扩增。中空纤维管是自动化的细胞培养***的一部分。通过接触特异性抗原和正常的免疫细胞活化因子，这些T细胞可以在体外被激活，成为更有效的打击疾病的工具。这个过程被称为T细胞的扩增和激活。一旦T细胞在体外被扩增和激活，它们可以被输入回到原病人的体内。自动细胞培养***的关键特征之一，是一种能自动交换培养液的机制。培养液是培养细胞生长必不可少的一种营养“汤”。随着细胞的生长，培养液中的氧气和营养物质被消耗，而细胞代谢产生的废物和二氧化碳在培养液中增加。如果养料供给不足，细胞的生长将会受到影响，甚至停止生长，持续暴露在正常体温（37℃）和缺养料的培养液中，将导致细胞死亡。

通常情况下，细胞培养需要技术人员监测培养液中的葡萄糖浓度和液体颜色，以确定培养液的新鲜程度。当培养液中的养分降低到一定程度时，必须进行人工更换培养液。这些操作必须在无菌环境中进行，需要有高效空气过滤器的层流罩，阻隔性的防护衣和紫外照射光源。每次人工更换培养液，都有可能引入细菌，造成细胞损失的风险。常用的培养液中一般都加酚红染料作为溶液的pH指示剂。溶液液体颜色的分析测定使用传输分光光度计，读取酚红染料在红色和黄色波长的光吸收值。高清晰度石英比色皿常用来进行这种分析。这种方法要求打破细胞培养的密封环境进行取样，随之会带来把细菌引入到细胞培养环境中的风险。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种能够在不打破液体所在的密封环境的前提下精确监测细胞培养液颜色的装置。

为解决以上技术问题，本发明的技术方案是：一种细胞培养液颜色监测装置，包括与细胞培养管道装置形成密封环境的透明测试容器，其关键是：还包括设置在所述透明测试容器附近的传感器以及和所述传感器电性连接的处理模块,所述透明测试容器为透明铂固化硅胶管。

作为本发明的改进一，所述透明测试容器和所述传感器被安装在避光箱内。

作为本发明的改进二，所述传感器包括摄像镜头朝向所述透明测试容器的摄像模块。

作为本发明进一步的改进，所述传感器还包括设置在所述透明测试容器附近的光源。

作为本发明更进一步的改进，所述光源和所述摄像模块相对设置在所述透明测试容器的两侧。在所述光源靠近所述透明测试容器的一侧还设置有扩散透镜发明。所述摄像模块的镜头为高分辨率的CMOS摄像头。

作为本发明再进一步的改进，所述透明铂固化硅胶管的外径大于或等于3毫米，所述透明铂固化硅胶管管壁的厚度不超过所述透明铂固化硅胶管外径直径的25%。

通过实施本发明可取得以下有益效果：

一种细胞培养液颜色监测装置，包括与细胞培养管道装置形成密封环境的透明测试容器，还包括设置在所述透明测试容器附近的传感器以及和所述传感器电性连接的处理模块，所述透明测试容器为透明铂固化硅胶管。所述透明测试容器为透明铂固化硅胶管，通常细胞自动培养***中的培养管道会采用透明铂固化硅胶管，如果透明测试容器采用透明铂固化硅胶管，就可以直接将透明测试容器整合到细胞自动培养***中，和细胞自动培养***中的培养管道做成一体结构，直接用细胞自动培养***的培养管道来替代透明测试容器。这样在对细胞自动培养***中的培养液进行监测时就不用另外将透明测试容器接入到所述自动培养***中，直接对自动培养***的管道进行监测，让监测工序更加简单便于操作。所述传感器透过所述透明测试容器的管壁获取溶液的颜色并将该颜色信息传递给处理模块，处理模块通过比对向外输出判断信号。这种结构保证了在不打破液体所在的密封环境的前提下能够精确监测液体的颜色，这种监测装置应用在细胞自动培养***中，不但让监测液体颜色这一工序变得易于操作，而且还保证了细胞培养不会由于引入外界细菌而受到影响。所述传感器包括摄像镜头正对所述透明测试容器的摄像模块，所述传感器还包括设置在所述透明测试容器附近的光源，所述摄像模块和光源相对设置在所述透明测试容器的两侧。光源将所述透明测试容器照亮以克服环境光的干扰，从而保证透明测试容器中的溶液可以在所述摄像模块的镜头中精确成像，使得监测装置的监测精度更高。所述测试容器和所述传感器被安装在避光箱内，避光箱杜绝了外界光线对监测处理过程的影响。在所述光源靠近所述透明测试容器的一侧还设置有扩散透镜，扩散透镜让光源发出的光线更为均匀地照射在所述透明测试容器上，避免了由于光照不均匀而造成的成像失真问题。所述摄像模块的镜头为高分辨率的CMOS摄像头，采用CMOS摄像头大大降低了监测装置的制造成本，从而使得本装置可以得到广泛的应用。同时由于给摄像模块配置了相应的光源，在保证制造成本低廉的同时又保证了摄像模块的成像质量。所述透明铂固化硅胶管的外径大于或等于3毫米，所述透明铂固化硅胶管管壁的厚度不超过所述透明铂固化硅胶管外径直径的25%，这样可以避免因为折射和/或反射而造成成像失真，使得监测结果更为准确。

附图说明

下面结合说明书附图对本发明做进一步详细的说明：

图1是细胞培养管道装置结构示意图;

图2是细胞自动化培养***结构示意图;

图3是细胞培养液颜色监测装置结构示意图;

图4是培养管转运装置结构示意图之一;

图5是培养管转运装置结构示意图之二。

具体实施方式

如图1所示，一种可以将本发明应用在其上的细胞培养管道装置，包括通过导流管依次连接的主循环泵20、气体交换管21、培养管23和培养液主库19，在所述培养液主库19上设置有一个和大气相连通的微孔径排气孔191，从而能够实现所述培养液主库19与外界大气压保持平衡，确保培养液在细胞培养管道装置中的顺畅的流通循环。这种简单的结构组成了一个完整的细胞培养装置，主循环泵20驱动培养液在整个回路中流动。由于所述气体交换管21相当于人工肺，其上存在微小间隙孔，气体可以扩散进入到所述气体交换管21内，但水分等其他物质却无法通过，因此培养液可以在气体交换管21中和外界进行气体交换以保证细胞生长所需的气体，细胞在有着合适生长条件的培养管23中生长。该装置结构简单，可以高效地进行细胞培养。所述气体交换管21为硫化硅胶管，硫化硅胶管不但保证了培养液和外界气体能进行足够的交换，同时本身还有很好的弯曲性能，这样在气体交换管21长度很长的情况下可以弯曲布置气体交换管21，从而使得整个装置的体积较为紧凑。所述主循环泵20为手指蠕动泵，采用手指蠕动泵作为主循环泵20可以使得培养液不和循环泵直接接触，杜绝了引入外界杂质的风险；手指蠕动泵无阀门和密封件，维护方便。所述培养管23为中空纤维培养管，大束的纤维被装入圆柱形的外壳中形成中空纤维培养管，细胞被放在纤维外生长，而细胞培养液可以在纤维内不断地循环以提供细胞所需的营养和气体。可以通过选择纤维的孔径为特定的细胞提供最佳的生长环境。中空纤维培养管能允许在较小的空间内对细胞进行高密度的培养，这样使得细胞培养管道装置小巧实用。

所述导流管包括连接所述主循环泵20和所述气体交换管21的第一导流管11、连接所述气体交换管21和所述培养管23的第二导流管12、连接所述培养管23和所述培养液主库19的第三导流管13以及连接所述培养液主库19和所述主循环泵20的第四导流管14，在所述第一导流管11、第二导流管12、第三导流管13和/或第四导流管14上设置有透明测试容器22，在整个培养液回路中加装透明测试容器22可以直观地观察到培养液的酸碱度情况，在确认培养液酸度太大不适合细胞生长的情况下及时更换新的培养液以保证细胞持续稳定地生长。

如图2所示，一种可以将本发明应用在其上的细胞自动化培养***，包括设置在所述透明测试容器22附近的传感器30，还包括通过第五导流管15与所述第一导流管11连接的加液装置40以及通过第六导流管16与所述第三导流管13连接的废液回收装置50。这种结构可以通过传感器30实时对细胞培养管道装置中的培养液的酸碱度进行监测，在监测到培养液的酸度太大不适合细胞生长时可启动废液回收装置50回收培养液，在这之后启动加液装置40将新的培养液加入到细胞培养管道中，从而持续地给细胞生长提供所需的各种养分。所述加液装置40包括待加液存储库41、待加液重量测量仪器42以及加液泵43，在接到加液信号后加液泵43启动将培养液从待加液存储库41中泵入培养液主库19中，待加液重量测量仪器42会实时测量整个加液过程是否正常，在加液不正常时会报警以便工作人员可以立即进行检查并排除障碍，从而完成加液过程保证细胞正常生长。所述废液回收装置50包括回收液存储库51、回收液重量测量仪器52以及集液泵53，在排出废液前回收液重量测量仪器52会先称量回收液存储库51里废液的重量以确认是否有足够空间容纳待排出废液。如果有足够空间，废液被排出到回收液存储库51中，如果没有足够空间，***会报警，待人工腾出足够空间后再排出废液，这保证了整个***可以持续地自动运行，提高了细胞的培养效率。所述第六导流管16通过第七导流管17与所述培养管23的B端相连接，所述第五导流管15通过第八导流管18与所述培养管23的A端相连接，在所述第二导流管12靠近所述培养管23的一侧设置有开关阀门，在所述第三导流管13靠近所述培养管23的一侧也设置有开关阀门。这种结构可以在培养管23产生的不利化学物质较多时对培养管23进行自动清洗，清洗时第一开关阀门和第二开关阀门同时关闭，来自待加液存储库41中的培养液冲洗过培养管23后进入到回收液存储库51中，从而完成对培养管23的清洗。对培养管23进行适时的清洗可以保证细胞有较为适宜的生长环境，确保细胞正常生长。所述传感器30包括置于所述透明测试容器22两侧的摄像模块31和光源32，光源32和摄像模块31对置的结构避免了环境光线对摄像模块31取像时的不良影响，使得传感器30能更加真实地反应透明测试容器22内培养液的酸碱度变化，控制中心根据传感器30得到的信号来控制是否更换培养液，这种结构的传感器30可以充分利用培养液，在培养液无法为细胞提供养分时进行更换，不会浪费培养液。

在所述第二导流管12、第八导流管18、第七导流管17和第三导流管13上设置有取样管，取样管可以仅设置在四根导流管中的任何一根导流管之上，也可以设置在四根导流管中任何两根导流管之上、任何三根导流管之上以及全部四根导流管之上。取样管方便操作人员对导流管中的培养液进行实时的分析和监测，以确保细胞能够在最佳的生长环境中生长。所述主循环泵20、传感器30、加液装置40、废液回收装置50和开关阀门均与主控电脑电性连接。主控电脑通过控制软件对各个部件进行控制，以实现所述细胞自动化培养***的自动运行，减少了人力投入，提高了培养效率。

如图3所示，一种细胞培养液颜色监测装置，包括与细胞培养管道装置形成密封环境的透明测试容器22，还包括设置在所述透明测试容器22附近的传感器30以及和所述传感器30电性连接的处理模块。所述传感器30包括摄像镜头朝向所述透明测试容器22的摄像模块31，所述传感器30还包括设置在所述透明测试容器22附近的光源32，所述光源32和所述摄像模块31相对设置在所述透明测试容器22的两侧。在所述光源32靠近所述透明测试容器22的一侧还设置有扩散透镜321，所述摄像模块31的镜头为高分辨率的CMOS摄像头。所述透明测试容器22为透明铂固化硅胶管。所述透明铂固化硅胶管的外径大于或等于3毫米，所述透明铂固化硅胶管管壁的厚度不超过所述透明铂固化硅胶管外径直径的25%。所述透明测试容器22和所述传感器30被安装在避光箱33内。

如图4所示，一种和本分发明配合工作且能共同应用在细胞培养管道装置或者细胞自动化培养***上的一种培养管转运装置实施例1：包括包覆在培养管23上的转运机构本体61，还包括设置在所述转运机构本体上的温控模组62和阻断装置63，所述培养管23上设置有入口和出口，所述入口和第二导流管12连接，所述出口和第三导流管13连接。在转运该培养管23前温控模组62开始工作，将培养管23的温度降低到一定的温度范围内。培养管23中的细胞在这个温度范围内不会被冻结，同时这些细胞的新陈代谢活性大大降低。这样一来就可以保证在一定的时间范围内、在不给这些培养管23中的细胞提供营养和氧气的情况下可以把它们安全地转运到医疗机构。阻断装置63用以将培养管23和培养管路***迅速分离开，节省了分离培养管23和培养管路***时的耗时。

所述阻断装置63包括设置在所述第二导流管12和/或所述第三导流管13上的密封连接器70，所述密封连接器70包括扭锁活塞。带有扭锁活塞的密封连接器70在和培养管路***连接时可以保证整个培养管路***的密封性，使得管路***内部的培养液不会受到外界环境的影响，从而保证培养管23中的细胞能够正常的生长。在分离培养管23和培养管路***时又能够迅速地将两者分离开，并保证还处于培养管路***中的培养液和外界环境相隔离，这时可以将待培养的培养管23通过密封连接器和培养管路***连接起来，这样就能够再次利用培养管路***和培养管路***中的培养液进行细胞培养，杜绝培养器件和培养液的浪费。

所述温控模组62包括冷却器、加热器、温度传感器以及温度控制器。在设定好温度范围后，温控模组62中的各个器件就会配合工作以保证温度保持在设定的温度范围内，从而保证在转运过程中细胞有较低的代谢活性，使得细胞可以被安全转运到医疗机构。所述转运机构本体61包括可以卡合在一起的机构本体C部611和机构本体D部612，所述机构本体C部611和机构本体D部612的一侧通过铰链连接在一起。这种结构使得转运机构更加小巧，方便在对转运机构进行重复使用时的来回搬运。

如图5所示，一种和本分发明配合工作且能共同应用在细胞培养管道装置或者细胞自动化培养***上的一种培养管转运装置实施例2：在所述培养管23上设置有与导流管分别连接的入口和出口，在所述导流管的外侧设置有加热装置631。所述加热装置631包括设置在所述导流管外表面两侧的加热块632。所述加热块632可以朝向靠近所述导流管的轴线的方向移动。即当在第二导流管12外表面两侧设置加热块632时，所述加热块632可以朝向靠近第二导流管12轴线的方向移动；当在第三导流管13外表面两侧设置加热块632时，所述加热块632可以朝向靠近第三导流管13轴线的方向移动；当同时在第二导流管12外表面两侧和第三导流管13外表面两侧设置加热块632时，设置在第二导流管12外表面两侧的加热块632可以朝向靠近第二导流管12轴线的方向移动，设置在第三导流管13外表面两侧的加热块632可以朝向靠近第三导流管13轴线的方向移动。在转运培养管23中的细胞时，加热块632夹紧导流管，导流管因受热和夹紧力的作用而封闭，从而将培养管23和培养管路***中的培养液隔离开，从而为转运培养管23做准备。这种阻断装置63结构简单，成本低廉。进一步地，所述阻断装置63还可以包括设置在所述导流管外表面两侧的夹紧机构。这样就可以先用加紧机构将导管夹住，将培养管23和培养管路***中的培养液阻断，然后加热装置631将管路封闭。这样可以避免直接对管路加热密封造成培养液温度上升，杜绝了需要触发培养管23的温控模组62进行降温而造成的能源浪费。

必须指出，上述实施例只是对本发明做出的一些非限定性举例说明。但本领域的技术人员会理解，在没有偏离本发明的宗旨和范围下，可以对本发明做出修改、替换和变更，这些修改、替换和变更仍属本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种细胞培养液颜色监测装置，包括与细胞培养管道装置形成密封环境的透明测试容器（22），其特征是：还包括设置在所述透明测试容器（22）附近的传感器（30）以及和所述传感器（30）电性连接的处理模块,所述透明测试容器（22）为透明铂固化硅胶管。

2.根据权利要求1所述的一种细胞培养液颜色监测装置，其特征是：所述传感器（30）包括摄像镜头朝向所述透明测试容器（22）的摄像模块（31）。

3.根据权利要求2所述的一种细胞培养液颜色监测装置，其特征是：所述传感器（30）还包括设置在所述透明测试容器（22）附近的光源（32）。

4.根据权利要求3所述的一种细胞培养液颜色监测装置，其特征是：所述光源（32）和所述摄像模块（31）相对设置在所述透明测试容器（22）的两侧。

5.根据权利要求4所述的一种细胞培养液颜色监测装置，其特征是：在所述光源（32）靠近所述透明测试容器（22）的一侧还设置有扩散透镜（321）。

6.根据权利要求5所述的一种细胞培养液颜色监测装置，其特征是：所述摄像模块（31）的镜头为高分辨率的CMOS摄像头。

7.根据权利要求6所述的一种细胞培养液颜色监测装置，其特征是：所述透明铂固化硅胶管的外径大于或等于3毫米。

8.根据权利要求6所述的一种细胞培养液颜色监测装置，其特征是：所述透明铂固化硅胶管管壁的厚度不超过所述透明铂固化硅胶管外径直径的25%。

9.根据权利要求1至6中任何一项权利要求所述的一种细胞培养液颜色监测装置，其特征是：所述透明测试容器（22）和所述传感器（30）被安装在避光箱（33）内。