一种可调节氧气浓度的器官芯片培养装置

1.本发明涉及医疗技术领域，尤其涉及一种可调节氧气浓度的器官芯片培养装置。


背景技术：

2.细胞生物学是研究细胞层次生命过程的学科，早期称细胞学是以形态描述为主的，以后，细胞学吸收了分子生物学的成就，深入到超微结构的水平，主要研究细胞的生长、代谢和遗传等生物学过程，细胞学也就发展成细胞生物学了，而细胞的培养需要依靠细胞培养装置，由于细胞会进行有氧呼吸，需要消耗到细胞培养装置内部的氧气。现有的细胞培养装置，不能对培养箱内部的空气浓度进行调节，培养箱内部的空气消耗完时，会导致内部细胞停止生长，并且取样时需要将箱盖打开，会导致箱体的内部的冷气大量外漏，因此，亟需设计一种可调节氧气浓度的器官芯片培养装置来解决上述问题。
3.公告号为cn217265794u的中国实用新型专利公开了一种3d类器官培养装置，包括培养壳体，培养壳体的右端下部通过管道连接有循环泵，循环泵右端通过管道连接有氧合器，氧合器的前端下部固定插接有第一连接管，培养壳体的前端左侧上部固定插接有第二连接管，培养壳体的上端固定连接有盖板，盖板的中部开有圆孔，且圆孔内部活动插接有插接环，插接环的上端固定连接有连板，连板的上端固定连接有供电壳体，供电壳体的上端固定连接有手把，连板的下端固定连接有连管，连管的下端活动连接培养框，该3d类器官培养装置，通过设备的整体结构，能够使得培养器官长时间的转运而不会被损坏；但是该现有技术不能实现气体的排入、混合和气体的排出。


技术实现要素：

4.针对上述技术问题，本发明公开了一种可调节氧气浓度的器官芯片培养装置，包括底板，还包括培养机构，培养机构位于气体混合机构的上方，用于培养装有细胞的培养皿；气体排入机构，气体排入机构固定安装在底板上，与培养机构相连通，用于向气体混合机构内排入氧气与空气；气体混合机构，气体混合机构固定安装在底板的中部上方，与培养机构相连通，用于混合氧气与空气并将混合气体排入到培养机构内；气体排出机构，气体排出机构固定安装在底板上，且位于培养机构的后侧，与培养机构相连通，用于排出培养机构中的气体。
5.所述气体排入机构包括支撑板，所述支撑板固定安装在底板上，所述支撑板上设有槽口，所述支撑板的顶端转动安装有转动块，所述转动块上固定安装有摆动块的第一端，所述摆动块上固定安装有卡块的第一端，所述卡块的第二端转动安装在支撑板上，所述卡块的下方卡口处啮合有棘轮，所述棘轮的后侧固定安装有齿轮ⅳ，所述齿轮ⅳ后侧固定安装有卷簧，所述卷簧固定安装在旋转开关上且位于卷簧套内部，所述旋转开关转动安装在支撑板上，所述齿轮ⅳ下方啮合有齿轮ⅲ，所述齿轮ⅲ转动安装在支撑板上，所述齿轮ⅲ下方啮合有齿轮ⅱ，所述齿轮ⅱ转动安装在支撑板上，所述齿轮ⅱ下方啮合有齿轮ⅰ。
6.进一步地，所述培养机构包括培养外箱，所述培养外箱内固定安装有培养内箱，所
述培养外箱的顶端设有滑槽，滑槽内滑动安装有培养盖，所述培养盖位于培养内箱的上侧且与培养内箱的顶端接触，所述培养内箱内固定安装有放置板。
7.进一步地，所述气体排入机构还包括气体存放箱，所述气体存放箱设有两个且对称安装在底板上，两个气体存放箱位于培养机构的两侧，所述气体存放箱的侧壁固定安装有气体流出管道的第一端，所述气体流出管道的第二端固定连接有气体连通管道的第一端，所述气体连通管道的外部转动安装有套筒，所述套筒的第一端固定安装有套环，所述套环螺纹安装在螺纹套筒上，所述螺纹套筒与齿轮ⅰ固定连接，所述气体连通管道的内部位于套筒的第二端方向固定安装有带孔挡板，所述套筒的第一端内部固定安装有挡块。
8.进一步地，所述气体排入机构还包括气体输入上管道，所述气体输入上管道的第一端固定连接在气体连通管道的第二端上，且穿过支撑板的槽口，所述气体输入上管道上转动安装有螺纹套筒，所述气体输入上管道的第二端与培养内箱相连通，所述气体输入上管道的下方固定安装有气体输入下管道的第一端，所述气体输入下管道穿过支撑板的槽口，所述气体输入下管道的第二端与气体混合箱相连通，所述气体输入下管道的第二端内部固定安装有阀门固定板ⅰ，所述阀门固定板ⅰ内部转动安装有多个阀门ⅰ，所述气体输入上管道的第二端内部固定安装有逆流阀固定板，所述逆流阀固定板内部转动安装有多个逆流阀。
9.进一步地，所述气体混合机构包括气体混合箱，所述气体混合箱的底端线性阵列有多个下支撑柱，每个所述下支撑柱的底端均固定安装在底板上，所述气体混合箱的底端中部固定安装有下支撑台，所述下支撑台底端设有凹槽，所述气体混合箱的顶端开设有圆形管道，所述圆形管道内固定安装有阀门固定板ⅱ，所述阀门固定板ⅱ内转动安装有多个阀门ⅱ，所述气体混合箱的顶端线性阵列有多个上支撑柱，每个所述上支撑柱的顶端均与培养外箱的底端固定连接。
10.进一步地，所述气体混合机构还包括滑动套筒，所述滑动套筒的第一端对称安装在气体混合箱的底部，所述滑动套筒的第二端滑动安装在伸缩筒上，所述伸缩筒的底端固定安装在底板上，所述伸缩筒的内部滑动安装有伸缩杆的第一端，所述伸缩杆的第二端固定安装在气体排入挡板的下侧。
11.进一步地，所述气体混合机构还包括下连接杆，所述下连接杆的第一端固定安装在下支撑台的底端凹槽内，所述下连接杆的第二端固定连接有竖直连接杆的第一端，所述竖直连接杆的第二端固定安装有齿条，所述齿条与齿轮
ⅴ
相啮合，所述齿轮
ⅴ
固定安装有齿轮连接轴的第一端，所述齿轮连接轴的第二端固定连接有旋转阀门，所述旋转阀门转动安装在气体输入下管道内部。
12.进一步地，所述气体排出机构包括过滤箱，所述过滤箱的顶端固定安装有过滤箱盖板，所述过滤箱盖板上设有圆形通孔，所述过滤箱的侧壁上方固定安装有过滤排出管道，且过滤排出管道与过滤箱内部相连通。
13.进一步地，所述气体排出机构还包括气体排出上管道，所述气体排出上管道的第一端固定安装在培养外箱的后侧，所述气体排出上管道的第一端的内部固定安装有阀门ⅲ，所述阀门ⅲ内转动安装有多个阀门固定板ⅲ，所述气体排出上管道的第二端下方固定安装有气体排出下管道的第一端，且气体排出下管道与气体排出上管道相连通，所述气体排出下管道与过滤箱的通孔相匹配，所述气体排出下管道的第二端内部固定连接有风扇，
所述风扇内部转动安装有成对的风扇叶片。
14.本发明与现有技术相比的有益效果是：（1）本发明通过设置气体排入机构，利用螺纹传动连通气体管道，利用棘轮与齿轮传动阻断气体管道的连通，能够实现气体的定量输入，利用阀门与逆流阀，在压强差的作用下，控制气体向培养箱内输入，方便快捷，不需要单独控制气体的进出，省时省力；（2）本发明通过设置气体混合装置，利用伸缩杆与箱体内部的压强差向培养箱内通入气体，利用伸缩杆与齿轮齿条传动的联动避免气体过量输入，减小细胞培养过程中的误差；（3）本发明通过设置气体排出装置，利用风扇与气压差，控制培养箱内的气体通过过滤箱排出，不需要打开培养箱进行气体的排出，避免了外界细菌进入到培养箱内污染培养细胞。
附图说明
15.图1为本发明的正视图。
16.图2为本发明的整体结构示意图一。
17.图3为本发明的整体结构示意图二。
18.图4为本发明培养机构的结构示意图。
19.图5为本发明气体排入机构的结构示意图。
20.图6为本发明气体排入机构去掉部分零件的结构示意图。
21.图7为图6中的a处放大图。
22.图8为本发明气体混合机构的结构示意图。
23.图9为图8中的b处放大图。
24.图10为本发明气体排出机构的结构示意图。
25.附图标号：1-底板；2-培养机构；201-培养外箱；202-培养盖；203-放置板；204-培养内箱；3-气体排入机构；301-气体存放箱；302-气体流出管道；303-气体连通管道；304-套筒；305-套环；306-螺纹套筒；307-支撑板；308-齿轮ⅰ；309-齿轮ⅱ；310-齿轮ⅲ；311-齿轮ⅳ；312-棘轮；313-卷簧；314-卷簧套；315-卡块；316-摆动块；317-旋转开关；318-转动块；319-阀门固定板ⅰ；320-阀门ⅰ；321-逆流阀固定板；322-逆流阀；323-气体输入上管道；324-气体输入下管道；325-挡块；326-带孔挡板；4-气体混合机构；401-气体混合箱；402-下支撑柱；403-气体排入挡板；404-伸缩杆；405-伸缩筒；406-滑动套筒；407-下支撑台；408-阀门固定板ⅱ；409-阀门ⅱ；410-下连接杆；411-竖直连接杆；412-齿条；413-齿轮
ⅴ
；414-齿轮连接轴；415-旋转阀门；416-上支撑柱；5-气体排出机构；501-过滤箱；502-气体排出上管道；503-阀门固定板ⅲ；504-阀门ⅲ；505-气体排出下管道；506-过滤箱盖板；507-风扇；508-风扇叶片；509-过滤排出管道。
实施方式
26.下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
27.其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本专利的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
28.实施例：如图1-图3所示的一种可调节氧气浓度的器官芯片培养装置，包括底板1，还包括：培养机构2，培养机构2位于气体混合机构4的上方，用于培养装有细胞的培养皿；气体排入机构3，气体排入机构3固定安装在底板1上，与培养机构2相连通，用于向气体混合机构4内排入氧气与空气；气体混合机构4，气体混合机构4固定安装在底板1的中部上方，与培养机构2相连通，用于混合氧气与空气并将混合气体排入到培养机构2内；气体排出机构5，气体排出机构5固定安装在底板1上，且位于培养机构2的后侧，与培养机构2相连通，用于排出培养机构2中的气体。
29.如图4所示，培养机构2包括培养外箱201，培养外箱201内固定安装有培养内箱204，培养外箱201的顶端设有滑槽，滑槽内滑动安装有培养盖202，培养盖202位于培养内箱204的上侧且与培养内箱204的顶端接触，培养内箱204内固定安装有放置板203；拉开培养盖202，将装有细胞的培养皿放置在放置板203上，推入培养盖202，使培养内箱204内形成密封。
30.如图5-图7所示，气体排入机构3还包括气体存放箱301，气体存放箱301设有两个且对称安装在底板1上，两个气体存放箱301分别位于培养机构2的两侧，气体存放箱301的侧壁固定安装有气体流出管道302的第一端，气体流出管道302的第二端固定连接有气体连通管道303的第一端，气体连通管道303的第二端上固定连接有气体输入上管道323的第一端，气体输入上管道323的第二端与培养内箱204相连通，气体输入上管道323上转动安装有螺纹套筒306，气体输入上管道323的下方固定安装有气体输入下管道324的第一端，气体输入下管道324的第二端与气体混合箱401相连通，气体输入下管道324的第二端内部固定安装有阀门固定板ⅰ319，阀门固定板ⅰ319内部转动安装有多个阀门ⅰ320，气体输入上管道323的第二端内部固定安装有逆流阀固定板321，逆流阀固定板321内部转动安装有多个逆流阀322，气体连通管道303的外部转动安装有套筒304，套筒304的第一端固定安装有套环305，套环305螺纹安装在螺纹套筒306上，螺纹套筒306与齿轮ⅰ308固定连接，齿轮ⅱ309下方啮合有齿轮ⅰ308，齿轮ⅱ309转动安装在支撑板307上，齿轮ⅲ310下方啮合有齿轮ⅱ309，齿轮ⅲ310转动安装在支撑板307上，齿轮ⅳ311下方啮合有齿轮ⅲ310，旋转开关317转动安装在支撑板307上，卷簧313固定安装在旋转开关317上且位于卷簧套314内部，齿轮ⅳ311后侧固定安装有卷簧313，棘轮312的后侧固定安装有齿轮ⅳ311，卡块315的下方卡口处啮合有棘轮312，卡块315的第二端转动安装在支撑板307上，摆动块316上固定安装有卡块315的第一端，转动块318上固定安装有摆动块316的第一端，支撑板307的顶端转动安装有转动块318，支撑板307固定安装在底板1上，支撑板307上设有槽口，气体输入上管道323、气体输入下管道324穿过支撑板307的槽口，气体连通管道303的内部位于套筒304的第一端方向固定安装有带孔挡板326，套筒304的第一端内部固定安装有挡块325；气体排入机构3未工作时，转动旋转开关317，拧紧卷簧313，转动套环305，带动套筒304转动并移动，进而带动挡块325远离带孔挡板326，气体通过带孔挡板326的气孔进入到气体输入上管道323内并流向气体输入下管道324，顶开阀门ⅰ320，进入到气体混合箱401内，当通入一定量的气体后，拨动摆动块316，摆动块316发生摇摆并带动卡块315摆动，卡块315带动棘轮312转动进而带动齿轮ⅳ311转动，齿轮ⅳ311在齿轮组的作用下带动齿轮ⅰ308转动，进而带动螺纹套筒306转动，使得套环305带动套筒304向带孔挡板326方向运动，直至挡块325与带孔挡板326贴合，气孔被堵住后停止。
31.气体排入机构3的两个气体存放箱301对称安装在培养机构2的两侧，且两个气体存放箱301内通入的是不同的气体，一个通入氧气，一个通入空气，但两者的排入方式相同。
32.如图8、图9所示，气体混合机构4包括气体混合箱401，气体混合箱401的底端线性阵列有多个下支撑柱402，每个下支撑柱402的底端均固定安装在底板1上，气体混合箱401的底端中部固定安装有下支撑台407，下支撑台407底端设有凹槽，下连接杆410的第一端固定安装在下支撑台407的底端凹槽内，下连接杆410的第二端固定连接有竖直连接杆411的第一端，竖直连接杆411的第二端固定安装有齿条412，齿条412与齿轮
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413相啮合，齿轮
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413固定安装有齿轮连接轴414的第一端，齿轮连接轴414的第二端固定连接有旋转阀门415，旋转阀门415转动安装在气体输入下管道324内部，气体混合箱401的顶端开设有圆形管道，圆形管道内固定安装有阀门固定板ⅱ408，阀门固定板ⅱ408内转动安装有多个阀门ⅱ409，气体混合箱401的顶端线性阵列有多个上支撑柱416，每个上支撑柱416的顶端均与培养外箱201的底端固定连接，气体混合箱401的底部对称安装有滑动套筒406的第一端，滑动套筒406的第二端滑动安装在伸缩筒405上，伸缩筒405的底端固定安装在底板1上，伸缩筒405的内部滑动安装有伸缩杆404的第一端，伸缩杆404的第二端固定安装在气体排入挡板403的下侧；通入到气体混合箱401内的气体混合后，启动伸缩筒405，伸缩杆404带动气体排入挡板403上升，使得气体混合箱401内气体顶开阀门ⅱ409进入到培养内箱204内，气体排入挡板403上升时，带动竖直连接杆411上升，进而带动齿条412上升，齿条412带动齿轮
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413转动进而带动旋转阀门415转动至贴合气体输入下管道324的内壁后停止。
33.如图10所示，气体排出机构5包括过滤箱501，过滤箱501的顶端固定安装有过滤箱盖板506，过滤箱盖板506上设有圆形通孔，气体排出下管道505与过滤箱盖板506的通孔相匹配，气体排出下管道505的第一端固定安装在气体排出上管道502的第二端下方，且气体排出下管道505与气体排出上管道502相连通，气体排出上管道502的第一端固定安装在培养外箱201的后侧，气体排出上管道502的第一端的内部固定安装有阀门ⅲ504，阀门ⅲ504内转动安装有多个阀门固定板ⅲ503，气体排出下管道505的第二端内部固定连接有风扇507，风扇507内部转动安装有成对的风扇叶片508，过滤箱501的侧壁上方固定安装有过滤排出管道509，且过滤排出管道509与过滤箱501内部相连通；在排出培养内箱204内部气体时，启动风扇叶片508，风扇507转动使得气体排出上管道502内气体流入到过滤箱501内，在压强差的作用下，培养内箱204内的气体顶开阀门固定板ⅲ503并通过气体排出上管道502流入到过滤箱501内，过滤后从过滤排出管道509流出至空气中。
34.工作原理：装置未工作时，拉动培养外箱201上方的培养盖202，使培养盖202与培养内箱204、培养外箱201分离，将装有细胞的培养皿放入到培养内箱204内的放置板203上，将培养盖202推入到培养外箱201上侧的滑槽内，使培养内箱204内部形成密封，方便进行细胞的培养。
35.向两个气体存放箱301内分别充入氧气与空气，在气体排入机构3未工作时，转动旋转开关317，旋转开关317带动卷簧313转动，使得卷簧313被拧紧；转动套环305，由于套环305与螺纹套筒306螺纹配合，套环305在转动时发生移动，从而带动套筒304发生转动与移动，进而带动套筒304内部的挡块325发生移动，与带孔挡板326分离，气体流出管道302内的气体通过气体连通管道303，从带孔挡板326周围的气孔中流入到气体输入上管道323内；流入倒气体输入上管道323内的气体，由于逆流阀322的阻挡，从而进入到气体输入下管道324
内，并顶开阀门ⅰ320，进入到气体混合箱401内部，且位于气体排入挡板403的上部。
36.当气体存放箱301内的两种气体均排入到气体混合箱401中后，两者混合，混合后，启动伸缩筒405，伸缩筒405带动伸缩杆404向上运动，进而带动气体排入挡板403向上运动，气体排入挡板403在向上运动时，气体混合箱401内部上方气压增大，从而顶开阀门ⅱ409，使得气体混合箱401内的气体进入到培养内箱204内；在气体排入挡板403向上运动的过程中，带动下支撑台407向上运动，进而带动下连接杆410与竖直连接杆411向上运动，竖直连接杆411带动齿条412向上运动，由于齿条412与齿轮
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413相啮合，从而使得齿轮
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413发生转动，齿轮
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413带动齿轮连接轴414转动进而带动旋转阀门415发生转动，旋转阀门415转动至第二端外周与气体输入下管道324内壁相贴合后停止运动，此时，气体输入下管道324内气体的流通被阻断；由于气体仍旧在向气体输入上管道323内输入，则气体输入上管道323内气压上升，当气压上升到一定强度后，顶开逆流阀322，气体输入上管道323内的气体则直接进入到培养内箱204内。
37.当通入一定量的气体后，松开套环305，拨动摆动块316，使得摆动块316发生摇摆，摆动块316摆动带动卡块315摆动，由于卡块315于棘轮312相啮合，在卷簧313的作用，卡块315带动棘轮312一点一点发生转动，棘轮312转动带动齿轮ⅳ311转动，齿轮ⅳ311带动齿轮ⅲ310转动，齿轮ⅲ310带动齿轮ⅱ309转动进而带动齿轮ⅰ308发生转动，齿轮ⅰ308带动螺纹套筒306发生转动，由于螺纹套筒306与套环305螺纹配合，使得套环305在螺纹套筒306上转动并向与螺纹套筒306相反的方向发生移动，套环305带动套筒304移动进而带动挡块325向带孔挡板326靠近，直至带孔挡板326与挡块325相贴合，挡块325将带孔挡板326周围的气孔堵住，气体的流通被阻断，气体连通管道303内的气体无法再向气体输入上管道323内流入。
38.通过控制套环305的最终位置控制通入气体的体积，利用逆流阀322能够防止培养内箱204内的气体逆流回气体输入上管道323内。
39.当需要将培养内箱204内的气体排出时，启动风扇叶片508，风扇叶片508带动风扇507转动，将气体排出上管道502与气体排出下管道505内部的气体排出至过滤箱501内，此时，气体排出上管道502与气体排出下管道505内呈真空状态，培养内箱204与气体排出上管道502内形成压强差，使得培养内箱204内的气体顶开阀门固定板ⅲ503流入到气体排出上管道502内，并通过气体排出下管道505流入到过滤箱501内，经过滤后，从过滤排出管道509排出到空气中。
40.本发明不局限上述具体实施方式，所属技术领域的技术人员从上述构思出发，不经过创造性的劳动，做出的种种变换，均落在本发明的保护范围之内。