一种模拟高原环境的细胞培养箱的制作方法

1.本发明属于生物细胞培养领域，尤其涉及一种模拟高原环境的细胞培养箱。


背景技术：

2.通过控制氧分压和温度湿度的模拟高原环境的细胞培养箱是一种模拟高原环境的科研设备，可应用于高原相关生命科学研究和生物学研究。现有的细胞培养箱只能控制和调节空气温湿度，氧气和二氧化碳含量，但是缺少高原中的气压条件和磁场环境，导致无法真实的表现细胞在高原环境中的生长状态；并且在对培养装置中的细胞溶液进行观察时，通常需要将提取的样品转移出培养装置，然后再进行观察，在这个过程中容易破坏样品的无菌环境，容易被污染，一方面影响观察结果，另一方面工作量较大；当前采用三气培养箱通过冲入氮气控制氧浓度模拟高原缺氧环境，但真实的高原环境是氧气含量与平原含量一样，都是21％，只是高原大气压降低了，导致氧气供应不足。单纯控制氧浓度模拟高原环境忽略了低气压因素以及温湿度因素，无法真实反映在体外细胞水平的研究中高原环境对生物的影响。因此，亟需一种模拟高原环境的细胞培养箱。


技术实现要素：

3.本发明的目的是提供一种模拟高原环境的细胞培养箱，以解决上述问题。
4.为实现上述目的，本发明提供了如下方案：一种模拟高原环境的细胞培养箱，包括箱体总成，所述箱体总成内侧设置有培养区、观察区和补给区，所述培养区和所述观察区位于所述补给区的上方，所述箱体总成的一外侧上部设置有控制面板，所述观察区位于所述箱体总成内靠近控制面板的一侧，所述控制面板的下方设置有防护门；
5.所述补给区内设置有磁场发生器和真空泵，所述磁场发生器对应设置在所述培养区的下方，所述真空泵与所述培养区连通，所述箱体总成远离所述防护门的一侧开设有二氧化碳进气口、空气进气口和固定连接有电磁压力阀，所述二氧化碳进气口、所述空气进气口和所述电磁压力阀分别与所述培养区连通；所述观察区用来观察细胞培养状态，所述补给区还用来提供培养液；
6.所述控制面板内设置有plc控制器，所述plc控制器与所述电磁压力阀、磁场发生器和所述真空泵电性连接；所述培养区内设置有与所述plc控制器电性连接的压力传感器、温湿度传感器、二氧化碳浓度传感器和氧浓度传感器。
7.优选的，所述培养区依次包括原始培养室、磁控培养室、玻片储藏室和器械储藏室，所述玻片储藏室位于所述器械储藏室的上方，所述原始培养室和所述磁控培养室内分别放置有培养瓶，所述原始培养室和所述磁控培养室靠近所述控制面板的一侧外部依次连接有微型泵和滴管，所述微型泵的进口端与所述培养瓶连通；
8.所述磁场发生器对应设置在所述磁控培养室的下方，所述二氧化碳进气口、所述空气进气口和所述电磁压力阀分别与所述原始培养室和所述磁控培养室连通，所述微型泵与所述plc控制器电性连接。
9.优选的，所述培养瓶的瓶口插接有密封塞，所述密封塞内从上至下贯穿有排液管、进液管、循环进气通道和循环出气通道，所述密封塞的下方设置有搅拌机构；所述排液管出口端与所述微型泵的进口端连通，所述进液管与所述补给区连通，所述循环进气通道与所述二氧化碳进气口和所述空气进气口连通，所述循环出气通道的出口端与所述真空泵连通。
10.优选的，所述搅拌机构包括固定连接在所述密封塞下端的微型电机，所述微型电机的下方轴接有转动轴的一端，所述转动轴的另一端轴接有叶片，所述微型电机的下方固定连接有固定杆的一端，所述转动轴转动连接在所述固定杆的内腔，所述固定杆的另一端与所述叶片转动连接，所述微型电机与所述plc控制器电性连接。
11.优选的，所述玻片储藏室内设置有若干层隔板，所述隔板上开设有若干凹槽，所述玻片储藏室内远离所述控制面板的侧壁上固定连接有若干限位凸起，所述限位凸起与所述凹槽对应设置，所述凹槽内倾斜放置有玻片的底部，所述玻片的中部抵接在所述限位凸起上，所述凹槽的底部开设有若干连通孔，最底端的所述隔板下方设置有玻片存放区，所述玻片储藏室外远离所述控制面板的侧壁上设置有传递门和连通有第二真空孔，所述传递门与所述玻片存放区对应设置。
12.优选的，所述器械储藏室内侧顶部连接有紫外线灯，所述器械储藏室内相对的两侧壁上分别连接有挂钩和消毒喷头，所述挂钩位于所述消毒喷头的下方，，所述器械储藏室的底部开设有第一真空孔。
13.优选的，所述观察区内侧上方设置有显微镜，所述显微镜的观察口位于所述箱体总成的外侧顶部，所述显微镜与所述防护门之间设置有观察层，所述观察层上开设有两个操作孔，所述操作孔边缘固定连接有操作手套。
14.优选的，所述补给区内侧顶部还设置有进液泵和排液泵，所述进液泵的进口端通过第一通液管连通有培养液瓶，所述排液泵的出口端通过第二通液管连通有代谢产物瓶，所述进液泵的出口端与所述进液管的进口端连通，所述排液泵的进口端与所述排液管的出口端连通，所述补给区内远离所述控制面板的侧壁连通有排气口。
15.优选的，所述磁控培养室的周边设置有隔离层，所述隔离层采用超导材料，用来限制所述磁场发生器的磁场作用范围。
16.优选的，所述观察层靠近所述防护门的一侧设置有钢化玻璃贴防爆膜。
17.本发明具有如下技术效果：培养区的主要作用是培养细胞；观察区的主要作用是观察细胞在培养过程中的生长状态；磁场发生器的作用是为培养区内的部分细胞提供高原地区的磁场，方便与其他细胞进行对比试验；真空泵的作用是为细胞培养提供高原气压环境，通过真空泵还可以控制氧分压；二氧化碳进气口和空气进气口为细胞培养提供接近高原地区的洁净混合空气；观察区用来观察细胞培养状态，补给区还用来为培养细胞补充培养液；通过电磁压力阀，可以释放调节；通过控制面板，可以根据细胞培养过程中反应的环境变化进行主动调整。
附图说明
18.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施
例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
19.图1为本发明整体示意图；
20.图2为本发明另一角度示意图；
21.图3为本发明主视方向剖视图；
22.图4为本发明内部分布示意图；
23.图5为玻片储藏室内部示意图；
24.其中，1、箱体总成；2、控制面板；3、上外层门；4、下外层门；5、显微镜；6、二氧化碳进气口；7、空气进气口；8、电磁压力阀；9、排气口；10、隔离层；11、排液管；12、进液管；13、密封塞；14、微型电机；15、固定杆；16、转动轴；17、叶片；18、进液泵；19、排液泵；20、第一通液管；21、第二通液管；22、培养液瓶；23、代谢产物瓶；24、磁场发生器；25、第一真空孔；26、挂钩；27、消毒喷头；28、紫外线灯；29、第二真空孔；30、传递门；31、玻片；32、原始培养室；33、磁控培养室；34、玻片储藏室；35、器械储藏室；36、限位凸起；37、隔板；38、连通孔；39、观察层；40、操作孔；41、微型泵；42、滴管；43、循环进气管；44、循环出气管；45、培养瓶；46、真空泵。
具体实施方式
25.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做出创造性劳动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。
26.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
27.参照图1
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5所示，本发明提供了一种模拟高原环境的细胞培养箱，包括箱体总成1，箱体总成1内侧设置有培养区、观察区和补给区，培养区和观察区位于补给区的上方，箱体总成1的一外侧上部设置有控制面板2，观察区位于箱体总成1内靠近控制面板2的一侧，控制面板2的下方设置有防护门；
28.补给区内设置有磁场发生器24和真空泵46，磁场发生器24对应设置在培养区的下方，箱体总成1远离防护门的一侧开设有二氧化碳进气口6和空气进气口7、固定连接有电磁压力阀8，二氧化碳进气口6、空气进气口7和电磁压力阀8分别与培养区连通；观察区用来观察细胞培养状态，补给区还用来提供培养液；
29.控制面板2内设置有plc控制器，plc控制器与电磁压力阀8、磁场发生器24和真空泵46电性连接；所述培养区内设置有与所述plc控制器电性连接的压力传感器、温湿度传感器、二氧化碳浓度传感器和氧浓度传感器。培养区的主要作用是培养细胞；观察区的主要作用是观察细胞在培养过程中的生长状态；磁场发生器24的作用是为培养区内的部分细胞提供高原地区的磁场，方便与其他细胞进行对比试验；真空泵46的作用是为细胞培养提供高原气压环境，通过真空泵46还可以控制氧分压；二氧化碳进气口6和空气进气口7为细胞培养提供接近高原地区的洁净混合空气；观察区用来观察细胞培养状态，补给区还用来为培养细胞补充培养液；通过电磁压力阀8，可以释放调节；通过控制面板2，可以根据细胞培养
过程中反应的环境变化进行主动调整。
30.进一步优化方案，培养区依次包括原始培养室32、磁控培养室33、玻片储藏室34和器械储藏室35，玻片储藏室34位于器械储藏室35的上方，原始培养室32和磁控培养室33内分别放置有培养瓶45，原始培养室32和磁控培养室33靠近控制面板2的一侧外部依次连接有微型泵41和滴管42，微型泵41的进口端与培养瓶45连通；
31.磁场发生器24对应设置在磁控培养室33的下方，二氧化碳进气口6、空气进气口7和电磁压力阀8分别与原始培养室32和磁控培养室33连通，微型泵41与plc控制器电性连接。原始培养室32内培养的细胞生长在当下磁场环境中，磁控培养室33内培养的细胞生长在高原模拟磁场环境中，微型泵41和滴管42的作用是为了在需要的时候抽取培养瓶45内的细胞溶液，通过观察区来观察和记录细胞的生长状态，原始培养室32和磁控培养室33通入的培养环境是相同的，通过电磁压力阀8调节原始培养室32和磁控培养室33内的压力。
32.进一步优化方案，培养瓶45的瓶口插接有密封塞13，密封塞13内从上至下贯穿有排液管11、进液管12、循环进气通道43和循环出气通道44，密封塞13的下方设置有搅拌机构；排液管11出口端与微型泵41的进口端连通，进液管12与补给区连通，循环进气通道43与二氧化碳进气口6和空气进气口7连通，循环出气通道44的出口端与真空泵46连通。通过进液管12为培养瓶45补入新鲜的培养液，通过排液管11为培养瓶45更换使用过的培养液，同时通过排液管11还可以获取细胞培养液观察样品，循环进气通道43和循环出气通道44是为了保证培养瓶45内的空气流动以及空气质量，循环出气通道44在真空泵46的作用下，抽离代谢的空气；搅拌机构的主要作用是针对一种悬浮生长细胞，通过搅拌机构，细胞在离心力的作用下向边缘移动，然后抽离中心位置使用过的培养液。
33.进一步优化方案，搅拌机构包括固定连接在密封塞13下端的微型电机14，微型电机14的下方轴接有转动轴16的一端，转动轴16的另一端轴接有叶片17，微型电机14的下方固定连接有固定杆15的一端，转动轴16转动连接在固定杆15的内腔，固定杆15的另一端与叶片17转动连接，微型电机14与plc控制器电性连接。
34.进一步优化方案，玻片储藏室34内设置有若干层隔板37，隔板37上开设有若干凹槽，玻片储藏室34内远离控制面板2的侧壁上固定连接有若干限位凸起36，限位凸起36与凹槽对应设置，凹槽内倾斜放置有玻片31的底部，玻片31的中部抵接在限位凸起36上，凹槽的底部开设有若干连通孔38，最底端的隔板37下方设置有玻片存放区，玻片储藏室34外远离控制面板2的侧壁上设置有传递门30和第二真空孔29，传递门30与玻片存放区对应设置。玻片31的作用是在细胞培养的不同阶段中，承载不同阶段的细胞溶液，通过观察玻片31来记录细胞的生长状态，玻片储藏室34内存放多个玻片31，有利于周期长的细胞培养；将使用过的玻片31放置在玻片储藏室34的最底端，然后通过传递门30统一将使用过的玻片31清理出去，接着通过第二真空孔29对玻片储藏室34内进行抽真空，保证一个相对无菌的环境。
35.进一步优化方案，器械储藏室35内侧顶部连接有紫外线灯28，器械储藏室35内相对的两侧壁上分别连接有挂钩26和消毒喷头27，挂钩26位于消毒喷头27的下方，器械储藏室35的底部开设有第一真空孔25。挂钩26用来悬挂简单便捷的医疗器械，医疗器械用来拿取玻片31，然后通过消毒喷头27和紫外线灯28对医疗器械进行消毒，消毒完成后通过第一真空孔25进行抽真空处理，保证相对无菌的环境。
36.进一步优化方案，观察区内侧上方设置有显微镜5，显微镜5的观察口位于箱体总
成1的外侧顶部，显微镜5与防护门之间设置有观察层39，观察层39上开设有两个操作孔40，操作孔40边缘固定连接有操作手套图中未显示。将显微镜5与箱体总成1结合，方便抽取细胞生长溶液样品后，能够及时观察记录，避免玻片31接触外界环境，而影响观察结果；同时显微镜5在相对无菌的环境下，有利于保存，延长使用寿命。
37.进一步优化方案，补给区内侧顶部还设置有进液泵18和排液泵19，进液泵18的进口端通过第一通液管20连通有培养液瓶22，排液泵19的出口端通过第二通液管21连通有代谢产物瓶23，进液泵18的出口端与进液管12的进口端连通，排液泵19的进口端与排液管11的出口端连通，补给区内远离控制面板2的侧壁连通有排气口9。当细胞生长一定时间后，需要补入新鲜的培养液，通过进液泵18和排液泵19对培养瓶45的培养液进行补入和抽离，达到更新的目的，有利于细胞的生长。
38.进一步优化方案，磁控培养室33的周边设置有隔离层10，隔离层10采用超导材料，用来限制磁场发生器24的磁场作用范围。
39.进一步优化方案，观察层39靠近防护门的一侧设置有钢化玻璃贴防爆膜。
40.进一步优化方案，压力传感器、温湿度传感器、二氧化碳浓度传感器和氧浓度传感器均连接在培养瓶45内部。通过压力传感器、温湿度传感器、二氧化碳浓度传感器和氧浓度传感器获取细胞培养过程中的环境变化信号，通过传递至plc控制器，plc控制器将转化信号传递至电磁压力阀8、微型电机14、进液泵18、排液泵19、磁场发生器24、微型泵41和真空泵46，根据不同变化对应启动。
41.进一步优化方案，原始培养室32、磁控培养室33、玻片储藏室34和器械储藏室35内均为相对独立的空间，均设置有密封门，密封门与原始培养室32、磁控培养室33、玻片储藏室34和器械储藏室35之间通过耐高温高密封性橡胶圈。
42.进一步优化方案，空气进气口7还连通有hepa高效过滤系统。为细胞培养过程中提供洁净的空气。
43.进一步优化方案，箱体总成1顶部设置为透明材料。方便对培养瓶45进行光照，通过调节光照强度来满足细胞生长条件。
44.进一步优化方案，防护门包括上外层门3和下外层门4，上外层门3与观察区对应设置，下外层门4与补给区对应设置。
45.本实施例的工作过程如下：初始状态下，细胞在培养瓶45内培养；经过一段时间，需要对培养瓶45内的细胞进行观察，首先需要打开防护门，然后单手进入操作孔40内，穿戴好操作手套；然后打开玻片储藏室34和器械储藏室35的密封门，通过医疗器械拿取玻片31，另一只手操作控制面板2，通过plc控制器向微型泵41发送启动指令，依次经过排液管11、微型泵41和滴管42，从滴管42内滴出适量细胞培养液至玻片31上，通过显微镜5观察细胞生长状态；观察完成后，将玻片31放入玻片存放区，待积累一定数量观察周期内的玻片31后，保持密封门关闭状态，打开传递门30，统一清理；同时使用过的医疗器械放置在器械储藏室35内，进行消毒处理，方便下一次使用。当需要更新细胞培养的空气，首先依次通过二氧化碳进气口6、空气进气口7和循环进气管43向培养瓶45内补入新鲜的混合空气，然后依次通过循环出气管44和真空泵46抽离培养瓶45内陈旧的空气。
46.整体装置均在室温的条件下进行。
47.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、
“
左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
48.以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。