一种封闭式离心装置的制作方法

1.本发明涉及一种封闭式离心装置，更具体而言，本发明涉及一种将细胞和细胞培养液在封闭状态下进行分离的装置。


背景技术：

2.离心管定义为可用于离心的管状液体容器，在生物科学，特别是生物化学和分子生物学研究领域，已得到十分广泛的应用。离心技术主要用于各种生物样品的分离和制备，生物样品悬浮液盛放在离心管中，在高速旋转下，由于巨大的离心力作用，使悬浮的微小颗粒(如细胞、生物大分子等)以一定的速度沉降，在离心管底部堆积，从而与溶液得以分离。离心管是离心技术必不可少的结构部件，采用不同规格和样式的离心管可达不同的离心目的。
3.生物学实验中，经常需要对细胞进行清洗、更换培养液，或加入其它混合液等，因此常常会涉及到离心操作。传统的离心操作中，实验人员通常会将液体倒入至离心管或从离心管中倒出至其它容器；标准的离心管是一个广口容器，离心管盖经常性被打开/盖上，虽然在超净工作台上完成操作，但整个离心过程处于完全开放的环境，样品存在被污染的风险；尤其在用于临床治疗(患者)的免疫细胞制备中，更需要零污染的高标准、严要求，上述潜在风险是需要绝对避免的。
4.因此，迫切需要一种能够处于封闭、无菌工作状态下的离心装置，以满足上述应用的需求。
5.市面上，biosafe的在线离心系统，可以实现上述封闭工作状态下的离心功能，但离心的效果仅达到细胞分层，不能分离细胞及其悬液；而在很多应用如电转染中，电转染之前的细胞清洗要求完全弃除液体，细胞一定要形成固态、不分散、能和液体分离的团块以方便分离细胞和液体。
6.此外，细胞富集是精确控制细胞液中细胞密度的必要步骤，通过控制细胞密度，可以控制细胞悬液的电导率、提高电转效率和细胞存活率。
7.确切地讲，我们需要设计一种能够在封闭、无菌状态下达到细胞富集离心效果的新型封闭式离心装置。
8.现有专利cn201721562489.7提供一种改进的取样装置，通过气压的作用以确保生物反应器和取样装置在多次取样或者连续取样过程的无菌状态，同时提高生物反应试验的过程中取样的效率；但在无菌取样的过程中，需要先对生物反应器进行加压、再从第二管的位置进行加压，操作过程较为复杂；此外，整个装置包括离心管、第一管和第二管，离心管的密封盖上设置有第一孔和第二孔，并非一体化的管体结构，对于管内的液体而言，仍存在被污染的风险。
9.另一专利cn201721017811.8提供了一种能够保持离心管无菌的无菌离心管套装，整体上包括外管和内管；整个发明旨在提供保持内管在离心前后的过程保持无菌、密闭，从而有利于离心后的各项无菌操作；但内管包括管体、内管塞、封帽和内管附件，并非一体化
的管体结构；实际进样时，需要打开/盖上封帽和内管塞，对于管体内的液体而言，存在被污染的风险。
10.本发明是针对上述现有技术存在的应用局限性，提出一种能够与现有离心机配合使用的、在封闭状态下达到细胞富集离心效果的新型封闭式离心装置。


技术实现要素：

11.本发明克服了上述现有技术中的不足，其目的是提供了一种封闭式离心装置。
12.为了达到上述的目的，本发明所提供的封闭式离心装置的技术方案概述如下：
13.本发明的封闭式离心装置，包括管体，管体上设置至少三个开口，一个为进液口，一个为出液口，一个为通气口；
14.优选所述管体的上部和/或下部呈锥体形状，所述管体的中部呈圆柱形状；
15.优选所述管体的上部和下部均呈锥体形状；
16.优选所述进液口，出液口和通气口均设置于所述管体的上部或下部的同一侧锥体上；
17.优选所述出液口位于所述管体上部或下部锥体的尖端；
18.优选所述管体内部设置围挡，在出液状态下，用以阻挡管体底部的尖端附近的细胞团/块，尤其是一些沙形、离散的细胞沿管壁下滑至出液口；
19.优选所述围挡设置于所述管体下部锥体的侧壁；
20.优选所述围挡的宽度约0.2cm-1cm，长度约1cm-6cm；
21.优选所述围挡的宽度约0.5cm，长度约3cm；
22.优选所述进液口，出液口和通气口上分别设置有阀门，独立地控制与所述进液口，出液口和通气口密封连接的外部管路的打开与关闭；
23.优选所述阀门可选自通止阀，软管夹等；
24.优选所述进液口，出液口和通气口可与外部管路密封连接；
25.优选所述密封连接的方式为通过管路接头连接；
26.优选所述管路接头可选自快接接头，无针接头等；
27.优选所述管路接头为鲁尔接头；
28.优选所述进液口，出液口和通气口处设置保护帽，所述进液口，出液口和通气口分别通过螺纹或卡扣等可拆卸方式与其保护帽密封连接；
29.优选所述管体设置保护罩；
30.优选所述管体内嵌于保护罩内，且两者的管壁部分贴合接触；
31.优选所述保护罩内腔与所述管体外观形状基本相同；
32.优选所述保护罩高度大于管体的高度，可以当所述管体置于保护罩内时，所述管体上的进液口，出液口和通气口及其保护帽能够完全置于所述保护罩内；
33.优选所述管体通过螺纹/和或卡扣等可拆卸方式与保护罩密封和/或固定连接；
34.本发明所述管体在制备时可先拆分成至少两个部分，可分别注塑成型，再通过热熔、焊接等工艺组装成一体；
35.优选本发明所述进液口，出液口和通气口，以及所述管路接头，可与管体一起注塑成型；
36.优选所述管体上设置第四个开口，所述第四个开口可以作为吸液口；
37.优选所述第四个开口处设置吸液管；
38.优选所述管体内部设置吸液管；所述吸液管的一端与所述第四个开口密封连接；优选所述吸液管与第四个开口通过密封胶、超声焊接等连接方式密封连接，所述吸液管与所述管体侧壁通过粘着剂等固定连接；
39.优选所述吸液管的另一端口位于所述管体内部的下部锥体的侧壁，优选所述吸液管的另一端口位于管体中部圆柱体下边缘与管体下部锥体上边缘的交界处。
40.优所述第四个开口在所述管体外的一端可与收集装置密封连接；选所述第四个开口通过吸液管路与收集装置密封连接，优选所述收集装置为负压收集装置；
41.优选所述负压收集装置可选自注射器，移液器，带负压泵的容器等；
42.优选所述管体为硬质和/或软质材料，所述保护罩为硬质材料和/或软质材料；
43.优选所述硬质材料选自陶瓷，玻璃，abs，pc，ps，pa，pom，pmmma等不可变形材料；
44.优选所述软质质材料选自硅胶，橡胶，pet，pe，pp，pvc，tpu，pu，pps等可变形材料；
45.优选当所述管体选自软质材料时，通过管体的形变可实现液体的吸入和排出，所述管体上可省略通气口。
46.上述涉及的术语“接头”，是指医疗管路中常见的管路接头，旨在实现快速、安全、无渗的生物操作环境。当管路接头不内置软塞/橡胶塞时，称作“快接接头”，即不使用工具就能实现管路的导通/断开(常见的鲁尔接头就是其中的一种)；当管路接头内置软塞/橡胶塞时，称作“无针接头”：a)当无针接头旋进管路时，接头一端中间的芯子会把另一端内置的软塞/橡胶塞顶上去，此时管路被导通；b)当无针接头旋出管路时，软塞/橡胶塞恢复原位，此时管路被封死；换言之，若采用无针接头，就无需再使用控制阀门。
47.一种利用封闭式离心装置分离细胞的方法或用途，包括使用上述的封闭式离心装置，离心力范围一般为：200-500g，视应用场景不同而选择。
48.优选所述离心细胞的主要种类包括用于临床治疗的细胞，如pbmc，各类免疫细胞如静息或激活的t细胞，nk细胞，dc细胞，干细胞等；各类工程细胞，如cho-s，hek293等；以及各种生物细胞。
49.本发明与现有技术相比，有益的技术效果是：
50.本发明的封闭式离心装置能够在封闭状态下，对细胞混悬液进行离心操作，实现了快速进液/出液/换液，大大减低了样品受污染的风险。
51.本发明的封闭式离心装置能够达到细胞富集离心效果，较于细胞分层状态下的细胞悬液，能够将需要废弃的液体与细胞分离干净，在电转染应用中保障电转缓冲液不被稀释，同时可以更精确控制细胞密度，达到高电转效率和高细胞存活率。
52.前述涉及的术语“细胞分层”，是指：通过加入分离液(指不同的液体)进行密度梯度离心或涡旋，离心/涡旋后形成不同密度的液体层，不同密度的细胞会分布在相应密度的液体层，从而得到分离；分层的细胞会有一定的富集，但由于是悬浮在液体中的，依然有一定的分散性，不能和液体分离。
53.前述涉及的术语“细胞富集”，是指：通过离心等方式使细胞高度富集，在液体(指单一的液体)中形成固态团块，在液体中不分散，能和液体分离开。
55.本发明的封闭式离心装置的管体的上部和下部均为锥体，能够实现：上部的锥体
是为了排液时，液体从锥体的尖端流出，最少量残留在管内；下部的锥体是为了离心富集细胞时，细胞富集程度高，在锥体的尖端形成结实的细胞团块。
56.本发明的封闭式离心装置的出液口位置设置于上部锥体的尖端：在出液状态下，增大管体的倾斜角度的过程中，确保管体内的细胞液/缓冲液/其它混合液等始终汇集在出液口附近，能够使得细胞液/缓冲液/其它混合液等完全排尽。
57.本发明的封闭式离心装置的管体的下部锥体内设置的围挡，在出液状态下，可用以阻挡富集于锥体的尖端附近的细胞团/块，尤其是一些沙形、离散的细胞沿管壁下滑至出液口。
58.本发明的封闭式离心装置当管体采用软质材料时，可通过管体的形变进行液体的吸入和排出，省略通气口，免去了空气滤芯的结构，简化整个装置结构。
59.本发明的封闭式离心装置的管体的设计，可与市面上的常规的、通用的商用离心机配合使用，无需定制/重新设计一款专用离心机或特殊离心管架。
60.本发明的封闭式离心装置的管路接头处，内外螺纹的配合使用：出液一端为外螺纹，进液一端为内螺纹，始终保证液体往内径方向流动，尽可能避免液体在接头处的残留，减低了液体被污染的风险。
61.本发明的封闭式离心装置的保护帽和保护罩，起到多重保护的作用，大大降低液体被污染的风险：操作过程中，尽可能避免人手对各个管路接头的触碰；管路接头拆下后，均需安装上保护帽；保护罩的高度大于管体的高度，在管体置于保护罩内时，管体上的所有液体和/或空气管路能够完全置于所述保护罩内，不从保护罩的上部开口露出。
62.本发明的封闭式离心装置的核心功能是在封闭环境中实现离心操作，确保全程无菌，提高安全性，最大程度避免污染的风险。满足法规要求三类医疗器械样品处理必须全封闭的要求。同时只要是需要封闭离心的应用，都可以采用本发明的封闭式离心装置。本发明的装置可以用于电转染领域，还可以用于很多其它领域的细胞处理，比如，当收集容器是一个细胞培养袋时，在完成上述出液操作后，可直接进行细胞培养。
附图说明
63.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述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它的附图，其中：图1，本发明所述具有三个开口的封闭式离心装置的整体结构示意图；图2，图1的aa’横截面的俯视图中的围挡；图3，本发明所述具有三个开口的封闭式离心装置处于进液状态的结构示意图；图4，本发明所述具有三个开口的封闭式离心装置处于初始状态/离心状态的结构示意图；图5，本发明所述具有三个开口的封闭式离心装置处于出液状态的结构示意图；图6，本发明所述具有三个开口的封闭式离心装置的另一种整体结构示意图。图7，本发明所述具有四个开口的封闭式离心装置的管体整体结构(含外部管路)示意图；
图8，本发明所述具有四个开口的封闭式离心装置处于初始状态/离心状态的示意图；图9，本发明所述具有四个开口的封闭式离心装置处于出液状态的结构示意图。附图标记：1-管体，2-进液口，3-出液口，4-通气口，5-阀门a，6-阀门b，7-阀门c，8-进液管路，9-出液管路，10-空气滤芯，11-鲁尔接头a，12-鲁尔接头b，13-鲁尔接头c，14-围挡，15-样品容器，16-收集容器，17-保护帽a，18-保护帽b，19-保护帽c，20-保护罩，21-细胞团/块，22-沙形、离散的细胞，23-无针接头a，24-无针接头b，25-无针接头c，26-无针接头d，27-吸液管，28-第四个开口，29-负压收集装置，30-吸液管路，31-保护帽d。
具体实施方式
50.下面将对发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，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它实施例，都属于本发明保护的范围。
51.实施例一
52.本发明所述具有三个开口的封闭式离心装置的整体结构，如图1和图4和图6所示。
53.所述装置包括管体(1)，进液口(2)，出液口(3)，通气口(4)，阀门a(5)，阀门b(6)，阀门c(7)，进液管路(8)，出液管路(9)，空气滤芯(10)，鲁尔接头a(11)，鲁尔接头b(12)，鲁尔接头c(13)，围挡(14)，样品容器(15)，收集容器(16)，保护帽a(17)，保护帽b(18)，保护帽c(19)，保护罩(20)；
54.所述管体(1)的上部和下部呈锥体形状，中部呈圆柱形状；
55.所述进液口(2)，出液口(3)和通气口(4)均设置于所述管体(1)的同一侧锥体上，所述出液口(3)设置于锥体上部的尖端；
56.所述管体(1)的下部锥体内设置有围挡(14)，如图2所示。在出液状态下，围挡(14)用以阻挡管体(1)底部的尖端附近的细胞团/块(21)，尤其是一些沙形、离散的细胞(22)沿管壁下滑至出液口(3)；
57.所述进液口(2)，出液口(3)和通气口(4)上分别对应设置有阀门a(5)，阀门b(6)和阀门c(7)，可独立地控制所述进液口(2)，出液口(3)和通气口(4)的打开与关闭；所述阀门a(5)，阀门b(6)和阀门c(7)，可以是通止阀，也可以是软管夹等；
58.所述进液口(2)通过鲁尔接头a(11)与所述进液管路(8)密封连接，所述进液管路(8)的另一端与样品容器(15)密封连接；
59.所述出液口(3)通过鲁尔接头b(12)与所述出液管路(9)密封连接，所述出液管路(9)的另一端与收集容器(16)密封连接；
60.所述通气口(4)通过鲁尔接头c(13)与所述空气滤芯(10)密封连接，所述空气滤芯(10)用于维持管体(1)内部压强平衡；
61.所述保护帽a(17)，保护帽b(18)和保护帽c(19)可分别通过螺纹等方式与进液口(2)，出液口(3)和通气口(4)密封连接；
62.所述保护罩(20)可通过螺纹等方式与管体(1)固定连接。
63.本发明所述具有三个开口的封闭式离心装置的进液的工作流程，如图3所示。
64.管体(1)保持正立，取下进液口(2)上的保护帽a(17)，将进液口(2)通过鲁尔接头a(11)与进液管路(8)密封连接，进液管路(8)的另一端与样品容器(15)密封连接；取下通气
口(4)上的保护帽c(19)，将通气口(4)通过鲁尔接头c(13)与空气滤芯(10)密封连接；打开阀门a(5)和阀门c(7)，保持阀门b(6)处于关闭状态；细胞液/缓冲液/其它混合液等在重力或外力作用下通过进液口(2)进入管体(1)内；
65.进液结束后，关闭阀门a(5)和阀门c(7)；将进液管路(8)从进液口(2)的鲁尔接头a(11)上拆下；将进液口(2)，出液口(3)和通气口(4)分别加盖保护帽a(17)，保护帽b(18)和保护帽c(19)。
66.本发明所述具有三个开口的封闭式离心装置的离心的工作流程，如图4所示。
67.将保护罩(20)通过螺纹等方式与管体(1)固定连接；将整个离心装置放置离心机的离心管架上进行离心；选择适合的离心参数，使锥体的尖端附近形成了明显的细胞团/块(21)；离心操作结束后，将整个封闭式离心装置从离心机上取下。
68.本发明所述具有三个开口的封闭式离心装置的出液的工作流程，如图4和图5所示。
69.将保护罩(20)从管体(1)上取下；取下出液口(3)上的保护帽b(18)，将出液口(3)通过鲁尔接头b(12)与出液管路(9)密封连接，所述出液管路(9)的另一端与收集容器(16)密封连接；取下通气口(4)上的保护帽c(19)，将通气口(4)通过鲁尔接头c(13)与空气滤芯(10)密封连接。
70.出液口(3)一端朝下倾斜，且管体(1)沿设置有围挡(14)一侧的管壁倾斜一定角度；保持阀门a(5)处于关闭状态，先打开阀门b(6)，再打开阀门c(7)；细胞液/缓冲液/待转物混合液等在重力或外力作用下通过出液口(3)进入收集容器(16)内；同时，逐步缓慢地增大管体(1)的倾斜角度，这一过程中确保管体(1)内的细胞液/缓冲液/其它混合液等始终汇集在出液口(3)附近，直到细胞液/缓冲液/其它混合液等完全排尽；
70.围挡(14)用以阻挡锥体的尖端附近的细胞团/块(21)，尤其是一些沙形、离散的细胞(22)沿管壁下滑至出液口(3)。
70.出液结束后，关闭阀门b(6)和阀门c(7)；将出液管路(9)通过鲁尔接头b(12)从出液口(3)拆下；将进液口(2)，出液口(3)和通气口(4)分别安装保护帽a(17)，保护帽b(18)和保护帽c(19)；将保护罩(20)通过螺纹等方式与管体(1)固定连接。
71.若需要多次“进液
→
离心
→
出液”，可循环重复上述相应的工作流程。
72.实施例二
73.利用本发明的封闭式离心装置进行离心操作
73.用jurkat细胞进行离心富集的测试。
73.将添加了10％(v/v)胎牛血清的rpmi 1640培养液进行细胞培养，培养密度0.2-3
×
106/ml。测试前，进行细胞计数和活率检测，活率检测使用apc-annexin
ⅴ
/7aad染色和流式细胞术分析。总细胞密度为2.32
×
106/ml，annexin
ⅴ-
/7aad-的活细胞比例为96.5％。
73.利用本发明图1所示的离心管(下文称为离心管1)和普通开盖离心管(下文称为离心管2)中收集150ml细胞培养物，分别以200g，250g，300g的离心力,离心3min，5mi n。离心结束后倒置离心管弃除上清液，再用150ml培养液重悬各组细胞，分别取各组细胞进行计数和活率分析，结果如表1。表1
87.结果显示，两种离心管在相同离心条件下，重悬后细胞密度均无显著差异，说明离心富集效果无显著差异。本发明的装置没有因为操作时间较传统离心方法延长而导致细胞活率下降，各组间细胞活率无显著差异。
87.实施例三
88.本发明所述具有四个开口的封闭式离心装置的管体整体结构，如图7和图8所示。
89.所述装置包括管体(1)，进液口(2)，出液口(3)，通气口(4)，第四个开口(28)，进液管路(8)，出液管路(9)，空气滤芯(10)，样品容器(15)，吸液管(27)，吸液管路(30)，收集容器(16)，负压收集装置(29)，无针接头a(23)，无针接头b(24)，无针接头c(25)，无针接头d(26)，保护帽a(17)，保护帽b(18)，保护帽c(19)，保护帽d(31)，保护罩(20)。
90.所述进液口(2)，出液口(3)，通气口(4)，第四个开口(28)均设置于管体(1)上部的同一侧锥体上，所述出液口(3)设置于锥体的尖端；
90.所述进液口(2)，出液口(3)，通气口(4)可分别通过无针接头a(23)，无针接头b(24)，无针接头c(25)与进液管路(8)，出液管路(9)，空气滤芯(10)密封连接；
93.所述空气滤芯(10)用于过滤外部进入管体(1)的空气，以维持管体(1)内部压强平衡；
17.所述第四个开口(28)在所述管体(1)内的一端与所述吸液管(27)密封连接，所述第四个开口(28)在管体(1)外的一端可通过无针接头d(26)与负压收集装置(29)密封连接；
92.所述负压收集装置(29)，可选自注射器、移液器、带负压泵的容器等；
94.所述吸液管(27)的末端位于所述管体(1)的中部圆柱体下边缘与管体(1)下部锥体上边缘的交界处；
95.所述管体(1)内嵌于保护罩(20)内，且两者的管壁贴合接触；
95.所述保护罩(20)通过螺纹等方式与管体(1)固定连接；
96.所述管体(1)与保护罩(20)可通过模具注塑的方式进行制备，使所述管体(1)在安装过程中恰可内嵌于保护罩(20)内；
98.本发明所述具有四个开口的封闭式离心装置的整个工作流程，如图7-9所示。
99.将样品容器(15)中的细胞液/缓冲液/其它混合液等通过进液管路(8)引入至管体(1)，取下进液管路(8)；将管体(1)内嵌于保护罩(20)；将整个离心装置放入离心机上进行离心操作，直至管体(1)锥体的尖端附近出现明显的细胞富集；离心操作结束，将整个离心装置从离心机上取下。
100.接着，将第四个开口(28)在管体(1)外的一端通过吸液管路(30)与负压收集装置(29)密封连接；倾斜放置管体(1)使吸液管(27)的末端与细胞液/缓冲液/其它混合液等接触；利用负压收集装置(29)产生的吸力对细胞液/缓冲液/其它混合液等进行快速抽吸，直至将液体吸干净，达到封闭状态下分离细胞的目的。
100.在上述工作流程中，与实施例一操作类似，当进液管路(8)，出液管路(9)，空气滤芯(10)或吸液管路(30)从整个离心装置上拆下后，均需要即刻分别对进液口(2)，出液口(3)，通气口(4)，第四个开口(28)安装上保护帽a(17)，保护帽b(18)，保护帽c(19)，保护帽d(31)。
101.若需要多次“进液
→
离心
→
出液”，可循环重复上述相应的工作流程。
102.以上所述仅是本发明的优选实施方式，但并不限制本发明，不能认定本发明的实施方式只局限于这些实施例。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理和构思的前提下，还可以做出若干改进或润饰，都应视为本发明的保护范围。