專利名稱：環(huán)境自控型細胞學實驗平臺的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及一種應用于生命科學和細胞生物學等研究領域的細胞實 驗平臺，特別是一種具有細胞培養(yǎng)環(huán)境自主調(diào)控能力的細胞微重力效應模擬平臺。
背景技術(shù)：
受航天醫(yī)學細胞學空間實時實驗機會少、投入大和風險高等因素的限 制，地基模擬研究就成為了開展天基研究的前提與重要補充，這對細胞學微重力效應地基 模擬研究實施平臺提出了更為迫切的需求。目前，地基模擬平臺研制已成為國內(nèi)外研究熱 點，特別是在細胞分子水平開展的航天醫(yī)學細胞學研究地基模擬研究平臺已成為本領域關(guān) 注的焦點。國外微重力效應地基模擬平臺的研制以NASA研制的系列回轉(zhuǎn)器(RotateWall Vessels,RffVs)為代表。本領域現(xiàn)已研制出不同系列各種型號的地基模擬設備服務于不同 醫(yī)學研究目標。正是由于上述設備的廣泛使用，其局限性也逐步顯露出來。首先，現(xiàn)有設備 不能自主調(diào)控細胞培養(yǎng)環(huán)境，不能滿足中長期航天醫(yī)學細胞學研究需要。現(xiàn)有設備均采用 全密封細胞培養(yǎng)模式，細胞生長環(huán)境的穩(wěn)定通過細胞培養(yǎng)液的人工更換實現(xiàn)，這將影響后 續(xù)更長時間細胞學實驗的順利實施。第二，現(xiàn)有設備不能獨立自主工作，要求與附屬設備配套使用，不能集成到亞磁設 備和人工輻射設備中，滿足不了亟待開展的航天醫(yī)學細胞學空間復合效應研究的需要。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是建立一種環(huán)境自控型細胞學實驗平臺，可用于地面細 胞學微重力效應模擬研究，并具有獨立自主工作和細胞培養(yǎng)環(huán)境自動調(diào)控能力，支持航天 醫(yī)學細胞學地面研究。平臺主要包括細胞培養(yǎng)環(huán)境自主調(diào)控系統(tǒng)、準開放式細胞培養(yǎng)體系、 多參數(shù)監(jiān)測系統(tǒng)和細胞培養(yǎng)區(qū)等部分。設備中細胞培養(yǎng)環(huán)境自主調(diào)控系統(tǒng)是維持細胞必要生長環(huán)境的執(zhí)行機構(gòu)，主要包 括氣體成份控制系統(tǒng)和溫度控制系統(tǒng)。所述的氣體成份控制系統(tǒng)的目標是調(diào)控CO2濃度， 由氣瓶、壓力管、減壓閥、電磁閥、過濾器、CO2傳感器組成，所有組件部件通過壓力管依次聯(lián) 接。從氣瓶流出的CO2氣體通過壓力管流經(jīng)減壓閥后到達電磁閥。設備要求供氣時，電磁 閥開啟，CO2氣體經(jīng)過濾器過濾后注入設備細胞培養(yǎng)區(qū)，濃度滿足要求后電磁閥關(guān)閉設備自 動停止供氣。所述的溫度控制系統(tǒng)由保溫結(jié)構(gòu)、加熱器、散熱器、風機和傳感器組成，保溫結(jié) 構(gòu)包裹在細胞培養(yǎng)區(qū)外側(cè)，加熱器、散熱器和風機固定在細胞培養(yǎng)區(qū)一角，傳感器安裝于細 胞培養(yǎng)區(qū)內(nèi)側(cè)。準開放式細胞培養(yǎng)體系是以半透膜技術(shù)為支撐細胞培養(yǎng)體系，包括專用細胞培養(yǎng) 瓶、樣本支持架、半透膜和密封蓋等部分。樣本支持架內(nèi)置于細胞培養(yǎng)瓶，半透膜固定于密 封蓋內(nèi)側(cè)。多參數(shù)監(jiān)控系統(tǒng)的功能在于監(jiān)控設備工作狀態(tài)參數(shù)，主要包括CO2濃度、細胞培養(yǎng) 溫度和電機工作轉(zhuǎn)速等。多參數(shù)監(jiān)測系統(tǒng)由微處理器、A/D轉(zhuǎn)換、D/A轉(zhuǎn)換、參數(shù)控制器和參 數(shù)傳感器組成。系統(tǒng)通過對溫度、CO2濃度和轉(zhuǎn)速的數(shù)據(jù)采集，比較與設定值的大??；調(diào)節(jié) 控制執(zhí)行元件動作，使實際值趨向設定值。本發(fā)明采用上述技術(shù)方案后，其顯著特點是1)具有獨立自主工作能力，正常工作不依賴其它設備；
2)可自動調(diào)控細胞培養(yǎng)環(huán)境，保證細胞正常生長。


圖1為本發(fā)明整體結(jié)構(gòu)示意圖。實施例本發(fā)明中氣體成份控制系統(tǒng)采用的氣瓶2為300ml高壓氣瓶，可耐受300 個大氣壓，減壓閥1通過M18螺紋與氣瓶2聯(lián)接的，減壓閥1出口與電磁閥4進氣口之間用 外徑5mm紫銅壓力管3相聯(lián)，電磁閥4流出的氣體經(jīng)過22 μ m過濾器5過濾后注入細胞培 養(yǎng)區(qū)6中，CO2傳感器選16用了非擴散紅外傳感器。細胞培養(yǎng)區(qū)6外側(cè)保溫材料11采用聚氨酯泡沫材料直接發(fā)泡成型，加熱器12為 220V膜式電加熱器，加熱面積為5 X 5mm2，散熱器13為鋁質(zhì)直翅散熱器，加熱器12與散熱 器13間涂覆導熱硅脂后用4個M2螺釘固定，風機14為12V軸流式風機，加熱器12和散熱 器13組件用2個M3螺釘固定在風機14出風口上，溫度傳感器15用導熱膠固定在細胞培 養(yǎng)區(qū)6內(nèi)側(cè)。所述準開放式細胞培養(yǎng)體系中細胞培養(yǎng)瓶7用醫(yī)用聚碳酸酯注塑成型，內(nèi)徑 30mm,高40mm，壁厚2mm，樣本架8同樣由醫(yī)用聚碳酸酯注塑成型，可放置6片樣本。半透膜 9由醫(yī)用硅橡膠加工，厚0. 1mm，密封蓋10通過M36螺紋與細胞培養(yǎng)瓶7聯(lián)接，擰緊密封蓋 10后，半透膜9壓緊在細胞培養(yǎng)瓶7瓶口。當設備工作時，加熱器12開始加熱，熱量傳導到散熱器13后由風機14在細胞培 養(yǎng)區(qū)6內(nèi)形成強制對流，使細胞培養(yǎng)區(qū)溫度維持在36. 5°C 士0. 5°C ；CO2氣體從氣瓶2中流 出，經(jīng)減壓閥1減壓后到達電磁閥4，當細胞培養(yǎng)區(qū)6要求補充CO2時，多參數(shù)監(jiān)控系統(tǒng)控制 電磁閥4開啟，CO2氣體流過電磁閥4并經(jīng)過濾器5過濾后注入細胞培養(yǎng)區(qū)6中，確保細胞 培養(yǎng)區(qū)CO2濃度維持在5% 士0.3%水平。CO2通過半透膜9進入細胞培養(yǎng)瓶7內(nèi)，滿足細 胞生長要求。上述方案實現(xiàn)后，設備具有了獨立工作能力，并且能力自動調(diào)節(jié)細胞培養(yǎng)區(qū)環(huán)境， 滿足細胞正常生長要求。
權(quán)利要求
1. 一種環(huán)境自控型細胞學實驗平臺，包括細胞培養(yǎng)環(huán)境自主調(diào)控系統(tǒng)、準開放式細胞 培養(yǎng)體系、多參數(shù)監(jiān)測系統(tǒng)和細胞培養(yǎng)區(qū)，其特征在于所述的細胞培養(yǎng)環(huán)境自主調(diào)控系統(tǒng) 包括氣體成份控制系統(tǒng)和溫度控制系統(tǒng)；氣體成份控制系統(tǒng)由氣瓶、壓力管、減壓閥、電磁 閥、過濾器、CO2傳感器組成，所有組件部件通過壓力管依次聯(lián)接；溫度控制系統(tǒng)由保溫結(jié) 構(gòu)、加熱器、散熱器、風機和傳感器組成，保溫結(jié)構(gòu)包裹在細胞培養(yǎng)區(qū)外側(cè)，加熱器、散熱器 和風機固定在細胞培養(yǎng)區(qū)一角，傳感器安裝于細胞培養(yǎng)區(qū)內(nèi)側(cè)；所述的準開放式細胞培養(yǎng) 體系是以半透膜技術(shù)為支撐細胞培養(yǎng)體系，包括專用細胞培養(yǎng)瓶、樣本支持架、半透膜和密 封蓋，樣本支持架內(nèi)置于細胞培養(yǎng)瓶，半透膜固定于密封蓋內(nèi)側(cè)；所述的多參數(shù)監(jiān)控系統(tǒng)的 功能在于監(jiān)控設備工作狀態(tài)參數(shù)，包括微處理器、A/D轉(zhuǎn)換、D/A轉(zhuǎn)換、參數(shù)控制器和參數(shù)傳 感器組成。
全文摘要
一種具有獨立自主工作和細胞培養(yǎng)環(huán)境自動調(diào)控能力的細胞學實驗平臺。其特征是包括細胞培養(yǎng)環(huán)境自主調(diào)控系統(tǒng)、準開放式細胞培養(yǎng)體系、多參數(shù)監(jiān)測系統(tǒng)和細胞培養(yǎng)區(qū)等部分；細胞培養(yǎng)環(huán)境自主調(diào)控系統(tǒng)包括氣體成份控制系統(tǒng)和溫度控制系統(tǒng)；準開放式細胞培養(yǎng)體系是以半透膜技術(shù)為支撐細胞培養(yǎng)體系，包括專用細胞培養(yǎng)瓶、樣本支持架、半透膜和密封蓋等部分，樣本支持架內(nèi)置于細胞培養(yǎng)瓶，半透膜固定于密封蓋內(nèi)側(cè)；多參數(shù)監(jiān)測系統(tǒng)由微處理器、A/D轉(zhuǎn)換、D/A轉(zhuǎn)換、參數(shù)控制器和參數(shù)傳感器組成。本發(fā)明顯著特點是具有獨立自主工作能力，可用于地面細胞學微重力效應模擬研究，能自動調(diào)控細胞培養(yǎng)環(huán)境，保證細胞正常生長。
文檔編號C12M3/06GK101993823SQ200910169640
公開日2011年3月30日 申請日期2009年8月28日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月28日
發(fā)明者丁柏, 萬玉民, 于建茹, 李瑩輝, 王春艷, 聶捷琳, 譚映軍, 顧寅, 黃增明 申請人:中國航天員科研訓練中心