一种柔索驱动细胞培养移动平台和移液装置

1.本发明涉及细胞培养技术领域，尤其涉及自动化培养，具体是一种柔索驱动的细胞培养移动平台和移液装置。


背景技术：

2.细胞治疗是近几年兴起的疾病治疗新技术，是指利用某些具有特定功能的细胞的特性，采用生物工程方法获取并通过体外扩增、特殊培养等处理后，产生的特异性功能强大的细胞，回输体内后，新输入的细胞能够替代原有受损细胞，或者发挥更强的免疫杀伤功能，从而达到治疗患者疾病的目的。目前，细胞治疗在血液疾病中已经有较多的应用，且有较好的预后，同时，细胞治疗于实体瘤领域的探索也尚未停歇脚步，对于人类的实体肿瘤治疗也有着强大的效果，但就目前的技术而言，制约细胞治疗广泛开展的重要因素还是过于昂贵，不管是细胞培养还是患者手术，都需要高额的成本。
3.随着细胞治疗的研究越来越热门，作为细胞治疗技术的基础细胞培养也越来越受到重视，为了提高细胞培养的效率和质量，自动化细胞培养设备也成为了研究热门，与之相配合的，为了降低细胞培养的成本，批量培养的研究也势在必行。有学者提出从初代细胞进行临床规模的细胞扩增需要更紧凑的细胞培养平台，且为了满足不同细胞及个体差异化培养，需要在优先区域放置多个细胞培养设备，进行对比及批量的细胞培养。
4.当前自动化细胞培养设备通常使用气压或电动驱动系统，气压驱动系统装置体积较大，电动驱动系统成本较高，当前自动化细胞培养设备传递培养皿等的运输过程不够稳定，可能导致培养基或细胞流出造成浪费，甚至培养失败，细胞培养过程中需要摇动培养皿使细胞均匀分布，目前的自动化细胞培养设备尚难以解决以上问题或难以实现该效果，需要人工配合。因此，为了满足需求，人们需要对现有的细胞培养工艺或设备进行创新和改进。


技术实现要素：

5.为了解决现有技术的不足，本发明提出一种柔索驱动细胞培养移动平台和移液装置，用于进行自动化细胞培养。
6.本发明要解决的技术问题是通过以下技术方案实现的：一种柔索驱动细胞培养移动平台和移液装置，包括柔索驱动单元、移液单元和细胞培养移动平台，细胞培养移动平台上承载有细胞培养皿，柔索驱动单元有八个，通过钢丝绳四个一组的分别牵引移液单元和细胞培养移动平台， 钢丝绳分别绕过位置固定的高位定滑轮，钢丝绳与高位定滑轮一一对应，高位定滑轮有两组，分别与移液单元和细胞培养移动平台相配合。
7.在本发明中，所述柔索驱动单元围绕牵引移液单元和细胞培养移动平台布置，牵引移液单元位于细胞培养移动平台的上方。
8.进一步的，所述柔索驱动单元两个一组，四组柔索驱动单元沿矩形顶点分布，从每
组柔索驱动单元牵引出的钢丝绳绕过的两个高位定滑轮竖直设置，并固定在一个竖直设置的滑轮架上。
9.在本发明中，所述柔索驱动单元包括驱动单元外壳和设置在驱动单元外壳内的步进电机、电机驱动器和卷筒，电机驱动器与步进电机连接，驱动步进电机正反向转动，卷筒安装在步进电机的电机轴上，由步进电机带动，卷筒上缠绕钢丝绳，驱动单元外壳上设置有低位定滑轮，钢丝绳的端头固定在卷筒上，依次绕过低位定滑轮和高位定滑轮，连接到移液单元或细胞培养移动平台上。
10.进一步的，所述驱动单元外壳上开有穿槽，钢丝绳从穿槽内穿出，每个驱动单元外壳上的低位定滑轮有两个，一个设置在穿槽处，另一个设置驱动单元外壳边缘，穿出驱动单元外壳的钢丝绳依次绕过穿槽处的低位定滑轮和驱动单元外壳边缘的低位定滑轮，连接向高位定滑轮。
11.在本发明中，所述移液单元包括移液单元安装底板和固定在移液单元安装底板上的驱动机构、限位机构和移液器，移液单元安装底板竖直设置，驱动机构安装在移液单元安装底板的上部，包括贯通式丝杠电机和与之连接的电机驱动器、电机控制器，贯通式丝杠电机与限位机构连接，限位机构包括设置在移液单元安装底板上的滑台，滑台上设置有导轨和滑块，导轨竖直设置，滑块沿导轨自由升降，导轨的端头设置有限位螺母约束滑块行程，移液器设置在移液单元安装底板的下部，包括移液器管，移液器管的下端设有移液器头，移液器管内设置有移液器活塞，移液器活塞连接有移液器活塞杆，由移液器活塞杆带动沿移液器管内自由升降，移液器活塞杆的上端固定连接到滑块上，滑块由贯通式丝杠电机驱动升降。
12.进一步的，所述移液单元安装底板上设置有四个羊眼钉，四个羊眼钉于水平方向分布在移液单元安装底板的周围，四个羊眼钉分别与四根钢丝绳连接。
13.在本发明中，所述细胞培养移动平台为长方体槽状，中央凹槽内设置细胞培养皿，细胞培养移动平台的上部四角均设置有羊眼钉，分别与四根钢丝绳连接，细胞培养移动平台侧边的固定位置设置有无菌输入试剂瓶。
14.基于上述结构，一种细胞培养方法包括以下环节：其一：细胞培养皿的摇动与升降：在柔索驱动单元对钢丝绳的共同收放配合下，细胞培养皿呈水平状态上升或下降，在柔索驱动单元对钢丝绳的周期性收放配合下，细胞培养皿呈顺时针或逆时针摇动，在相对的两组柔索驱动单元对钢丝绳配合，使得相邻的两组柔索驱动单元同步控制，细胞培养皿往复摆动，柔索驱动单元与另一邻侧的柔索驱动单元交换配合后，细胞培养皿呈“8”字形摇动，经过摇动使得组织细胞在细胞培养皿内均匀分散；其二：细胞培养液的输入：移液单元在柔索驱动单元的带动下，升降和平移，移动到无菌输入试剂瓶处，移液单元的贯通式丝杠电机驱动移液器吸取无菌输入试剂瓶内的组织培养液，然后移液单元在柔索驱动单元的带动下，回到细胞培养皿的正上方，下降并靠近细胞培养皿，然后移液单元的贯通式丝杠电机驱动移液器，将吸取的组织培养液滴入到细胞培养皿中；需换液时，移液单元吸取细胞培养皿中的残液并移动至别处排出，重新吸取无菌输入试剂瓶内的新鲜培养液输入组织培养皿。
15.在本发明中，所述移液单元通过空间坐标定位的办法来识别其与细胞培养皿及无
菌输入试剂瓶的相对位置，并籍此实现细胞培养皿和移液单元的准确移动。
16.与现有技术相比，本发明具有以下优点：采用柔索驱动，传动平稳，结构简单，成本低。柔索驱动单元化四角放置，安装简单，优化设备内空间布置，有效缩减自动化细胞培养设备尺寸，实现设备轻量紧凑。移液单元和细胞培养移动平台分别在四根柔索的控制下实现3个自由度的平移运动，实现自动移液和细胞摇匀功能，平台运输稳定，柔索驱动单元拓展性好，满足了自动化细胞培养过程中的功能需求。
附图说明
17.图1 为本发明的整体结构图；图2 为本发明的柔索驱动单元结构示意图（两个一组）；图3 为本发明的移液单元结构示意图；图4 为本发明的移液单元安装底板结构示意图；图5 为本发明的细胞培养移动平台结构示意图；图6 为本发明未工作时局部状态示意图。
18.图中：柔索驱动单元100、驱动单元外壳101、步进电机102、电机驱动器103、卷筒104、低位定滑轮105/106；钢丝绳200、滑轮架300、高位定滑轮401/402；移液单元500、移液单元安装底板501、羊眼钉502、电机控制器503、电机驱动器504、贯通式丝杠电机505、导轨506、滑块507、滑台508、限位螺母509、移液器活塞杆510、移液器头511、移液器管512、移液器活塞513；细胞培养皿600、细胞培养移动平台700、设备外壳800、无菌输入试剂瓶900。
具体实施方式
19.以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本发明作进一步描述，但并不因此而限制本发明的保护范围。
20.一种柔索驱动细胞培养移动平台和移液装置，设置在如图6所示的设备外壳800内，在图1中，包括8个分布在设备外壳800内底部四角的柔索驱动单元100、八条与柔索驱动单元一一对应的钢丝绳200、竖直固定在设备外壳800内的滑轮架300、两个一组安装在滑轮架300上的高位定滑轮401/402、移液单元500、载有细胞培养皿600的细胞培养移动平台700、无菌输入试剂瓶900。
21.在图2中，柔索驱动单元100包括步进电机102、电机驱动器103、卷筒104、驱动单元外壳101和两个低位定滑轮105/106，驱动单元外壳101上开有穿槽，穿槽处设置有凸台，凸台上设置有低位定滑轮105，另一个低位定滑轮106设置在驱动单元外壳101顶部边缘；电机驱动器103与步进电机102连接，驱动步进电机102正反向转动，卷筒104安装在步进电机102的电机轴上，由步进电机102带动，钢丝绳200的端头固定在卷筒104上，并缠绕在卷筒104上，从穿槽穿出驱动单元外壳101后，分别绕过低位定滑轮105和低位定滑轮106，向上绕过高位定滑轮401或高位定滑轮402，通过羊眼钉502连接到移液单元500或细胞培养移动平台700，在步进电机102的驱动下，钢丝绳200分别带动移液单元500或细胞培养移动平台700运
动。
22.在图3和图4中，移液单元500包括分布在四角的羊眼钉502、贯通式丝杠电机505、电机驱动器504、电机控制器503、导轨506、滑台508、滑块507、限位螺母509、移液器管512、移液器头511、移液器活塞513、移液器活塞杆510和移液单元安装底板501；四根钢丝绳200分别与四个所述羊眼钉502一一对应固定连接，电机驱动器504、电机控制器503、贯通式丝杠电机505、导轨506、移液器管512依次顺序固定安装在所述移液单元安装底板501相应位置上，电机驱动器504和电机控制器503控制贯通式丝杠电机505的工作，滑台508固定在移液单元安装底板501上，滑台508上设置有相互配合的导轨506和滑块507，导轨506竖直设置，滑块507在贯通式丝杠电机505的驱动下沿导轨506自由升降，导轨506的端头设置有限位螺母509，限位螺母509将导轨506固定安装在移液单元安装底板501上，同时约束滑块507沿导轨506运动的行程；移液器管512设置在移液单元安装底板501的下部，移液器管512的下端设有移液器头511，移液器管512内设置有移液器活塞513，移液器活塞513连接有移液器活塞杆510，由移液器活塞杆510带动沿移液器管512内自由升降，移液器活塞杆510的上端固定连接到滑块507上。
23.在图5中，细胞培养移动平台700为长方体槽状，中央凹槽内设置细胞培养皿600，细胞培养移动平台700的上部四角均设置有羊眼钉，分别与四根钢丝绳200连接，细胞培养移动平台700侧边的固定位置设置有无菌输入试剂瓶900。
24.本发明应用于组织细胞培养，培养时，将组织细胞置入细胞培养皿600内，电机驱动器103控制步进电机102，卷筒104驱动绕过高位定滑轮402的钢丝绳200牵引细胞培养移动平台700，将细胞培养皿600提升到合适的高度，与此同时，剩余的电机驱动器103控制步进电机102，卷筒104驱动绕过高位定滑轮401的钢丝绳200牵引移液单元500到达无菌输入试剂瓶900处，电机驱动器504和电机控制器503控制贯通式丝杠电机505工作，滑块507沿导轨506提升，移液器活塞杆510拉动移液器活塞513上升，使得组织培养液从无菌输入试剂瓶900内经移液器头511吸取到移液器管512内，然后电机驱动器103控制步进电机102，卷筒104驱动绕过高位定滑轮401的钢丝绳200牵引移液单元500移动到组织培养皿600上方，下降并靠近细胞培养皿600，然后移液单元500的贯通式丝杠电机505驱动移液器，将吸取的组织培养液滴入到细胞培养皿600中；细胞培养液添加完成后，电机驱动器103控制步进电机102按照预设的顺序工作，卷筒104驱动绕过高位定滑轮402的钢丝绳200带动细胞培养移动平台700呈“8”字形充分摇动；需换液时，移液单元500吸取细胞培养皿600中的残液并移动至别处排出，重新吸取无菌输入试剂瓶900内的新鲜培养液输入组织培养皿600，即可实现细胞培养的自动换液。
25.在本发明中，移液单元通过空间坐标定位的办法来识别其与细胞培养皿及无菌输入试剂瓶的相对位置，并籍此实现细胞培养皿和移液单元的准确移动，此外，本发明可以根据自动化细胞培养设备需求灵活布置各个柔索驱动单元的位置以及滑轮架的高度，优化设备内空间布置，扩大本装置的适用范围。
26.因此，结合上述构造和工作过程可以发现，本发明所述的柔索驱动细胞培养移动平台和移液装置设计新颖，构思巧妙，传动平稳，结构简单，成本低，对空间利用好，设备清凉紧凑，平台运输稳定，拓展性好，能够充分满足自动化细胞培养的需求。