一种细胞培养代谢物实时检测装置

本申请涉及细胞培养领域，特别涉及一种细胞培养代谢物的实时检测装置。

背景技术：

1、细胞培养过程中，代谢物(如葡萄糖、乳酸、谷氨酰胺、氧气等)的动态变化反映了细胞生理状态、代谢水平和对外部刺激的反应，是进行细胞生物学、药物筛选、疾病模型研究等实验的关键参数。因此，实现对细胞培养液中代谢物浓度的实时、连续监测，对于获取细胞状态变化的第一手信息、精细调控培养条件、提高实验重复性与准确性具有重要意义。

2、目前，主流的细胞代谢物检测方法包括质谱(ms)分析、色谱(如hplc、gc)技术和常规生化检测方法。这些方法虽具有良好的检测灵敏度和准确性，但通常依赖于样品的离线采集、处理和分析，存在操作繁琐、耗时较长、难以实时监测等显著局限性。此外，这些方法在处理微量样品时对设备要求高、样品易污染，且无法持续、不间断地提供代谢信息，难以反映细胞状态的动态变化。

3、近年来，也有部分研究尝试通过微流控芯片或自动化系统抽取培养液，再连接传感器或分析设备进行检测。但这些系统往往结构复杂、依赖外部泵或管路，存在潜在污染风险，且抽液行为本身可能扰动细胞生长环境。此外，这种间歇性抽取仍不能满足对快速代谢过程进行高时间分辨率监控的需求。

4、因此本领域急需一种集成化的球状实时监测装置，可以直接检测液体中的目标代谢物浓度。

技术实现思路

1、本申请的目的在于提供一种集成化的球状实时监测装置：装置下部为可长期接触培养液的电化学生物传感器模块，用于直接检测液体中的目标代谢物浓度，其能够自动测量细胞培养过程中实时代谢物曲线的装置，从而确保实验数据实时性反馈。

2、本申请公开了一种细胞培养代谢物实时检测装置，所述装置包括：底部、外壳、电化学采集模块、天线模块和电池模块，其中：

3、所述外壳与所述底部可拆卸的连接，并且所述外壳顶部和一侧具有开口；

4、所述电化学采集模块配置在所述外壳的底部，其包括电化学生物传感器、电极连接头和电化学数据采集器；所述电化学生物传感器一端通过所述电极连接头与所述电池模块连接并通过采集电路与所述电化学数据采集器连接，另一端伸出所述外壳下部并穿过所述底部中预留的开口，保证其处于液面下；所述电化学生物传感器被配置为将采集的资料送入到所述电化学数据采集器中；

5、所述天线模块配置在所述外壳内，其包括一天线，所述天线与采集电路连接并且所述天线从所述外壳顶部开口中伸出；所述天线模块被配置为接受所述电化学数据采集器内的数据并向外部传输；

6、所述电池模块包括锂电池、无线充电线圈和无线充电器；所述锂电池通过所述电极连接头与所述电化学生物传感器连接，所述无线充电线圈配置在所述锂电池的靠近所述外壳侧面开口的位置；所述无线充电器被配置为通过所述外壳的侧面开口与所述无线充电线圈连接。

7、在一个优选例中，所述外壳与所述底部的连接处被配置为封闭连接，所述封闭连接包括使用密封圈或密封胶进行封闭。

8、在一个优选例中，所述底部内部还配置有填充的浮力材料；所述浮力填充材料被配置为保证液面不会超过所述外壳与所述底部的结合处。

9、在一个优选例中，所述电化学生物传感器是基于微纳加工技术设计的三电极系统。

10、在一个优选例中，所述电化学生物传感器的数量不少于3个。

11、在一个优选例中，所述底部中配置有配重块，保证所述检测装置的朝向。

12、在一个优选例中，所述电化学生物传感器可拆卸的配置在所述检测装置内。

13、在一个优选例中，所述外壳与底部为卡扣连接。

14、在一个优选例中，所述检测装置整体的直径为3-7cm。

15、在一个优选例中，多个所述电化学生物传感器中的每一个都被配置为监测不同的生物数据。

16、在一个优选例中，在所述底部和外壳的连接处配置有隔离板，所述隔离版上配置有与所述底部的底部开口对应的开口。

17、在一个优选例中，所述浮力材料的大小大于所述开口。

18、在一个优选例中，所述配重块固定在所述底部上并且所述配重块上配置有开口。

19、本发明的优点包括：

20、(1)本发明采用了模块化设计，便于维护与复用：装置采用上下可拆卸结构，其中电化学生物传感器模块可独立更换，电化学生物传感器使用久了以后性能会下降，便于更换老化的传感器部件。上部控制模块可长期复用，节约实验成本，提升设备使用寿命。

21、(2)本发明无外部连线与管路，操作简便：整个装置设计为完全无线、无外部管道连接，避免传统采样系统中因管道或泵系统引起的污染、堵塞等问题，显著降低细菌滋生和交叉污染风险，简化实验流程。

22、(3)本发明通过对电化学传感器的检测内容进行设置，从而实现兼容性强，可适应多种实验环境的特征：并且本装置体积小巧，封装紧凑，可直接置入各种细胞培养容器中使用，包括多孔板、培养皿、摇瓶、生物反应器等，不需对现有实验体系进行额外改造，便于推广应用。

23、(4)低功耗设计，支持长时间监测：内部电子系统采用低功耗芯片和优化电源管理方案，配合可充电锂电池，可在长时间内持续运行，满足细胞培养过程中的长周期代谢监测需求。

24、(5)可扩展性强：传感器模块可根据实际需求更换为不同类型的电化学传感器，实现对多种代谢物(如葡萄糖、乳酸、谷氨酰胺、氧气、ph等)的定制化检测，适用于不同研究场景。

25、(6)对培养环境干扰极小：装置整体浸入式使用，运行过程中无气泡、无振动、无液体扰动，对细胞生长环境影响极小，尤其适用于对环境变化敏感的类器官、3d培养系统或干细胞培养体系。

26、本申请的说明书中记载了大量的技术特征，分布在各个技术方案中，如果要罗列出本申请所有可能的技术特征的组合(即技术方案)的话，会使得说明书过于冗长。为了避免这个问题，本申请上述 技术实现要素： 中公开的各个技术特征、在下文各个实施方式和例子中公开的各技术特征、以及附图中公开的各个技术特征，都可以自由地互相组合，从而构成各种新的技术方案(这些技术方案均应该视为在本说明书中已经记载)，除非这种技术特征的组合在技术上是不可行的。例如，在一个例子中公开了特征a+b+c，在另一个例子中公开了特征a+b+d+e，而特征c和d是起到相同作用的等同技术手段，技术上只要择一使用即可，不可能同时采用，特征e技术上可以与特征c相组合，则，a+b+c+d的方案因技术不可行而应当不被视为已经记载，而a+b+c+e的方案应当视为已经被记载。

1.一种细胞培养代谢物实时检测装置，其特征在于，所述装置包括：底部、外壳、电化学采集模块、天线模块和电池模块，其中：

2.根据权利要求1所述的细胞培养代谢物实时检测装置，其特征在于，所述外壳与所述底部的连接处被配置为封闭连接，所述封闭连接包括使用密封圈或密封胶进行封闭。

3.根据权利要求1所述的细胞培养代谢物实时检测装置，其特征在于，所述底部内部还配置有填充的浮力材料；所述浮力填充材料被配置为保证不会超过所述外壳与所述底部的结合处。

4.根据权利要求1所述的细胞培养代谢物实时检测装置，其特征在于，所述电化学生物传感器是基于微纳加工技术设计的三电极系统。

5.根据权利要求1所述的细胞培养代谢物实时检测装置，其特征在于，所述电化学生物传感器的数量不少于3个。

6.根据权利要求1所述的细胞培养代谢物实时检测装置，其特征在于，所述底部中配置有配重块，保证所述检测装置的朝向。

7.根据权利要求1所述的细胞培养代谢物实时检测装置，其特征在于，所述电化学生物传感器可拆卸的配置在所述检测装置内。

8.根据权利要求1所述的细胞培养代谢物实时检测装置，其特征在于，所述外壳与底部为卡扣连接。

9.根据权利要求1所述的细胞培养代谢物实时检测装置，其特征在于，所述检测装置整体的直径为3-7cm。

10.根据权利要求1所述的细胞培养代谢物实时检测装置，多个所述电化学生物传感器中的每一个都被配置为监测不同的生物数据。